CN102208424A - 固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体摄像装置、该固体摄像装置的制造方法和使用该固体摄像装置的电子装置。该固体摄像装置包括：光电转换元件，其能够根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；电荷保持区域，通过由光电转换元件进行的光电转换产生的电荷在被读出之前保持在电荷保持区域中；及传输栅，其具有完全传输通道和中间传输通道，在光电转换元件中累积的电荷通过完全传输通道完全传输到电荷保持区域中，由光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的电荷通过中间传输通道传输到电荷保持区域，其中，所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中。根据本发明的固体摄像装置能够获得高质量图像。

Description

固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法及电子装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年3月31日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-083597的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法和电子装置。具体地，本发明涉及能够获得高质量图像的固体摄像装置、该固体摄像装置的制造方法和使用该固体摄像装置的电子装置。
背景技术
用于多种用途的固体摄像装置已成为各种电子装置的一部分，例如，诸如数码相机、摄像机等摄像装置、具有摄像功能的移动终端等。固体摄像装置包括基于像素的具有放大元件的APS(有源像素传感器)，而且，CMOS(互补MOS)图像传感器被广泛使用，在CMOS图像传感器中，设置成光电转换元件的光电二极管中累积的信号电荷通过MOS(金属氧化物半导体)晶体管被读出。
通常，在CMOS图像传感器中，在像素阵列中逐行进行读出每个光电二极管中所累积的信号电荷的读出操作，完成读出操作的像素在完成读出操作时重新开始电荷的累积。由于在像素阵列中逐行进行读出操作，所以，在CMOS图像传感器中，不能使所有像素的信号电荷累积时段一致。因此，在被摄像的物体正在移动或处于其它相似情形的情况下，所获得的图像将失真。例如，当对在垂直方向上为直线形且水平移动的物体进行拍摄时，结果物体的图像好像是倾斜的一样。
为了消除图像的这类失真的产生，开发出一种用于CMOS图像传感器的全像素同步电子快门以实现所有像素的相同曝光时段。全像素同步电子快门是一种确保同时启动并同时结束所有有效摄像像素的曝光的快门，这种系统也称为全局快门(全局曝光)。用于实现全局曝光的系统包括机械系统和电气系统。
例如，在用于全局曝光的机械系统中，使用能够打开和关闭用于阻挡CMOS图像传感器前侧上的光的机械快门(光阻挡部)。具体地，打开机械快门以同时启动所有像素的曝光。在曝光时段结束时，关闭机械快门以同时对所有像素遮光。因此，所有像素的光电二极管中的光电荷的产生时段是一致的。
另一方面，在用于全局曝光的电气系统中，对所有像素同时执行电荷放电操作以将累积电荷从光电二极管清空，并启动曝光。在曝光时段结束时，同时驱动所有像素的传输栅，使得所累积的光电荷全部传输到浮动扩散层(电容)中，然后关闭传输栅。因此，所有像素的光电二极管中的光电荷的产生时段是一致的。
然而，在电气系统中，对于所有像素，同时将电荷传输到浮动扩散层的操作伴随着去除噪声方面的困难，这可能会使图像的质量不好。为了抑制图像质量的这类劣化，开发出具有存储部的像素结构。
在具有存储部的像素结构中，对所有像素同时进行电荷放电操作以将所累积的电荷从光电二极管清空，并启动曝光。在曝光时段结束时，同时驱动所有像素的传输栅，使得所累积的光电荷全部传输到存储部中以保持在其中。然后，在复位浮动扩散层之后，保持在存储部中的电荷传输到浮动扩散层中，然后读出信号电平。
用于临时保持光电二极管中所累积的电荷的存储部与浮动扩散层分开设置的像素结构能够降低噪声。然而，在像素的内部加入存储部必然导致光电二极管的面积的减少，这降低了光电二极管中所能累积的电荷的最大量(最大电荷量)。
鉴于前述原因，提出了如下像素结构：在该像素结构中，光电二极管和存储部通过溢出通道整体地联合在一起，以便于避免光电二极管的最大电荷量的降低(例如，参照日本专利公开公报No.2009-268083，在下文中称为专利文献1)。
同时，在专利文献1所披露的固体摄像装置中，采用了如下结构：在光电二极管和存储部之间的电荷传输通道中形成势垒时，在该结构中获得耗尽状态。具体地，该结构具有形成势垒的杂质扩散层，使得即使施加足以关闭存在于光电二极管和存储部之间的第一传输栅的电压的条件下，当超过预定电荷量的电荷累积在光电二极管中时，光电二极管中所产生的光电荷仍溢出到存储部。
这种结构能够抑制由噪声所导致的图像质量的劣化，并避免光电二极管中最大电荷量的降低。
发明内容
然而，在如上所述的光电二极管和存储部通过溢出通道整体地联合在一起的像素结构中，如果在固体摄像装置中所设置的像素的溢出通道之间存在势垒分散，该摄像装置获得的图像的质量将会降低。因此，需要抑制在固体摄像装置所具有的像素的溢出通道中的势垒分散，由此提高所获得的图像的质量。
因此，期望获得具有提高图像质量的图像。
根据本发明的一个实施例，提供了一种固体摄像装置，所述固体摄像装置包括：光电转换元件，其能够操作以根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；电荷保持区域，通过由所述光电转换元件进行的光电转换产生的所述电荷在被读出之前保持在所述电荷保持区域中；及传输栅，其具有完全传输通道和中间传输通道，在所述光电转换元件中累积的所述电荷通过所述完全传输通道完全传输到所述电荷保持区域中，由所述光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的所述电荷通过所述中间传输通道传输到所述电荷保持区域。所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种固体摄像装置的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：形成光电转换元件，所述光电转换元件能够操作以根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；形成电荷保持区域，通过由所述光电转换元件进行的光电转换产生的所述电荷在被读出之前保持在所述电荷保持区域中；及形成传输栅，所述传输栅具有完全传输通道和中间传输通道，在所述光电转换元件中累积的所述电荷通过所述完全传输通道完全传输到所述电荷保持区域中，由所述光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的所述电荷通过所述中间传输通道传输到所述电荷保持区域。所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种电子装置，所述电子装置包括：固体摄像装置，其包括：光电转换元件，其能够操作以根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；电荷保持区域，通过由所述光电转换元件所进行的光电转换产生的所述电荷在被读出之前保持在所述电荷保持区域中；及传输栅，其具有完全传输通道和中间传输通道，在所述光电转换元件中累积的所述电荷通过所述完全传输通道完全传输到所述电荷保持区域中，由所述光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的所述电荷通过所述中间传输通道传输到所述电荷保持区域。所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中。在布置成矩阵图案的单位像素中，多个行中的所述单位像素同时进行电荷累积，并且由所述传输栅传输的所述电荷被依次读出。
因此，在本发明的所述一个实施例、另一实施例和又一实施例中，所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中
根据本发明的再一实施例，提供了一种固体摄像装置，其包括：第一电荷保持区域，其能够操作以累积通过光电转换产生的电荷；栅，其能够操作以传输来自所述第一电荷保持区域的所述电荷；及第二电荷保持区域，其能够操作以保持电荷，所述第二电荷保持区域所保持的所述电荷是所述第一电荷保持区域中所累积的电荷的至少一部分并且是由所述栅传输来的。在所述第一电荷保持区域和所述第二电荷保持区域之间形成有第一电荷传输通道，所述第一电荷传输通道能够操作以通过所述栅的至少一部分传输电荷。在不同于所述第一电荷传输通道的区域的区域中形成有第二电荷传输通道，所述第二电荷传输通道能够操作以传输通过光电转换产生并超过所述第一电荷保持区域中所能够保持的电荷量的电荷。
根据本发明的上述实施例，能够获得高图像质量的图像。除此之外，能够制造可以产生高图像质量的图像的固体摄像装置。
附图说明
图1是表示应用有本发明的固体摄像装置的实施例的结构示例的框图；
图2表示第一实施例的单位像素的结构；
图3是表示根据第一实施例的单位像素的结构的平面图；
图4表示穿过完全传输通道的部分及其电势状态；
图5表示穿过中间传输通道的部分及其电势状态；
图6A～图6C表示通过共同结构实现的中间传输通道和完全传输通道的结构；
图7A～图7C表示通过共同结构实现的中间传输通道和完全传输通道的结构；
图8表示第一实施例的第一变型的结构；
图9表示单位像素的制造方法；
图10表示第一实施例的第二变型的结构；
图11表示第一实施例的第三变型的结构；
图12A和图12B表示第二实施例的单位像素的结构；
图13A和图13B表示第二实施例的单位像素的电势状态；
图14A和图14B表示第二实施例的第二变型的结构；
图15A和图15B表示第三实施例的单位像素的结构；
图16表示单位像素的制造方法；
图17表示第三实施例的第一变型的结构；
图18表示第三实施例的第二变型的结构；
图19表示第三实施例的第三变型的结构；
图20表示第三实施例的第四变型的结构；
图21表示第三实施例的第五变型的结构；
图22表示第三实施例的第六变型的结构；
图23表示第四实施例的单位像素的结构；
图24A和图24B表示第四实施例的单位像素的电势状态；
图25A和图25B表示单位像素的制造方法；
图26A～图26D表示单位像素的制造方法；
图27表示第四实施例的第一变型的结构；
图28A～图28C表示单位像素的制造方法；
图29A～图29C表示单位像素的制造方法；
图30A～图30C表示第五实施例的单位像素的结构；
图31A～图31C表示第五实施例的第一变型的结构；
图32A～图32C表示第五实施例的第二变型和第三变型的结构；
图33A～图33C表示第五实施例的第四变型和第五变型的结构；
图34表示单位像素的第一其它结构示例的结构；
图35表示单位像素的第二其它结构示例的结构；
图36表示单位像素的第三其它结构示例的结构；
图37表示单位像素的第四其它结构示例的结构；及
图38是表示作为应用有本发明的电子装置的摄像装置的结构示例的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细说明本发明的具体实施例。
图1是表示应用有本发明的固体摄像装置的实施例的结构示例的框图。
固体摄像装置的结构示例
图1是表示作为应用有本发明的固体摄像装置的CMOS图像传感器的结构示例的框图。
CMOS图像传感器100包括像素阵列部111、垂直驱动部112、列处理部113、水平驱动部114和系统控制部115。像素阵列部111、垂直驱动部112、列处理部113、水平驱动部114和系统控制部115形成在半导体基板(芯片)(附图中未图示)上。
在像素阵列部111中，将单位像素(例如，图2中的单位像素120A)二维布置成矩阵形式，单位像素均具有可操作以产生光电荷并在自身中累积光电荷的光电转换元件，产生的光电荷的电荷量对应于入射光的量。应指出，在下文中，其电荷量对应于入射光的量的光电荷有时简称为“电荷”，单位像素有时简称为“像素”。
在像素阵列部111中，矩阵形式的像素布置中的各行沿着附图的左右方向(像素在像素行中的布置方向)还形成有像素驱动线116，矩阵形式的像素布置中的各列沿着附图的垂直方向(像素在像素列中的布置方向)还形成有垂直信号线117。虽然每个像素驱动线116是由图1中的一条线构成，但构成每个像素驱动线116的线的数量不限于一条。每个像素驱动线116的一端连接到垂直驱动部112中的对应于每个行的输出端。
CMOS图像传感器100还包括信号处理部118和数据存储部119。信号处理部118和数据存储部119可通过外部信号处理部(例如，数字信号处理器(DSP)或软件)执行处理，外部信号处理部可设于不同于CMOS图像传感器100的基板上或设于与CMOS图像传感器100的基板相同的基板上。
垂直驱动部112具有移位寄存器或地址解码器等，垂直驱动部112是像素驱动部，其同时驱动像素阵列部111中的所有像素或以每次驱动一行等方式驱动像素阵列部111中的像素。垂直驱动部112(附图中省略了其具体结构)通常具有两个扫描系统，即，读出扫描系统和清除扫描系统。
读出扫描系统对像素阵列部111中的单位像素以每次扫描一行的方式依次进行选择扫描，以便从单位像素中读出信号。清除扫描系统对经过读出扫描系统所进行的读出扫描的读出行进行清除扫描，清除扫描比读出扫描领先对应于快门速度的一个时段。
由于清除扫描系统进行的清除扫描，将不需要的电荷从读出行中的单位像素的光电转换元件清除出去(即，复位光电转换元件)。除此之外，由于清除扫描系统将不需要的电荷清除出去(复位)，从而进行所谓的电子快门操作。这里，电子快门操作表示对光电转换元件中的光电荷进行放电和重新启动曝光(启动光电荷的累积)的操作。
读出扫描系统的读出操作所读出的信号对应于在前一读出操作或电子快门操作之后入射的光的量。然后，从前一读出操作的读出时刻或前一电子快门操作的清除时刻至当前读出操作的读出时刻之间的时段成为光电荷在单位像素中的累积时间(曝光时间)。
从经历垂直驱动部112所进行的选择扫描的像素行中每个单位像素输出的像素信号通过每个垂直信号线117供应到列处理部113。列处理部113基于像素阵列部111中的各像素列、对通过垂直信号线117从选择行的每个单位像素输出的像素信号进行预定的信号处理，并临时保持由信号处理所获得的像素信号。
具体地，列处理部113至少进行噪声去除处理，例如，作为信号处理的相关双采样(CDS)处理。由于列处理部113所进行的CDS处理，去除了诸如复位噪声、放大晶体管的阈值分散等像素内在的固定模式噪声。列处理部113不仅可设置有用于噪声去除处理的功能，还可设置有例如AD(模拟至数字)转换功能以便输出数字信号形式的信号电平。
水平驱动部114具有移位寄存器或地址解码器等，水平驱动部114在列处理部113中依次选择对应于像素列的单元电路。由于水平驱动部114所进行的选择扫描，在列处理部113中经过信号处理的像素信号依次输出到信号处理部118。
系统控制部115例如具有可操作以产生各种时序信号的时序发生器，基于时序发生器所产生的各种时序信号对垂直驱动部112、列处理部113和水平驱动部114等进行驱动控制。
信号处理部118至少具有加法处理功能，对从列处理部113输出的像素信号进行诸如加法处理之类的各种信号处理。数据存储部119临时存储信号处理部118进行的信号处理所需要的数据。
单位像素的结构
下文将说明像素阵列部111中的布置成矩阵图案的单位像素120A的具体结构。单位像素120A除具有浮动扩散区域(电容)之外还具有电荷保持区域(下文中，称为“存储部”)，电荷保持区域用于保持传输自光电转换元件的光电荷。
图2示出了单位像素120A的结构。应指出，如在下文中参照图3～图5所述，图2所示的单位像素120A是沿图3的平面图的Y-Y’线的部分(穿过中间传输通道的部分)。
单位像素120A例如具有作为光电转换元件的光电二极管(PD)121。光电二极管121例如是通过如下方法形成的掩埋型光电二极管：在形成在N型基板131中的P型阱层132中，在基板表面侧形成P型层133(P+)以掩埋N型掩埋层134(N)。在这个实施例中，将N型视为第一导电类型，将P型视为第二导电类型。
除光电二极管121之外，单位像素120A还具有第一传输栅122、存储部(MEM)123、第二传输栅124和浮动扩散区域(FD)125。应指出，通过遮光膜(未图示)对单位像素120A遮光，该遮光膜对用于将光导入到光电二极管121的开口部分和每个晶体管的触点部分等之外的其它部分遮光。
传输脉冲TRX一施加到栅极122A，第一传输栅122就传输由光电二极管121光电转换产生且在光电二极管121中累积的电荷。这里，如在下文中参照图3所述，第一传输栅122分成中间传输通道140和完全传输通道150。图2表示穿过中间传输通道140的部分。通过设置杂质扩散区域142形成中间传输通道140，在杂质扩散区域142的基板表面侧上形成杂质扩散区域141(P)。应指出，下文将参照图5说明杂质扩散区域141和142。
存储部123具有形成在栅极122A下方的N型掩埋沟道135(N)，存储部123保持由第一传输栅122传输自光电二极管121的电荷。通过具有掩埋沟道135的存储部123，能够在基板界面处抑制暗电流的产生，这有助于提高图像质量。
在存储部123中，栅极122A布置在存储部123的上部，通过在栅极122A上施加传输脉冲TRX能够对存储部123进行调制。具体地，通过施加到栅极122A的传输脉冲TRX，使存储部123的电势变得更深。于是，与未调制时的饱和电荷量相比，能够增加存储部123中的饱和电荷量。
传输脉冲TRG一施加到栅极124A，第二传输栅124就传输保持在存储部123中的电荷。浮动扩散区域125是具有N型层(N+)的电荷至电压转换部，其将由第二传输栅124传输自存储部123的电荷转换成电压。
单位像素120A还具有复位晶体管126、放大晶体管127和选择晶体管128。在图2所示的示例中，N沟道MOS晶体管用作复位晶体管126、放大晶体管127和选择晶体管128。然而，图2所示的复位晶体管126、放大晶体管127和选择晶体管128的导电类型的组合仅是示例，该组合是非限制性的。
复位晶体管126连接在电源VDB和浮动扩散区域125之间，复位晶体管126在复位脉冲RST施加到其栅极时复位浮动扩散区域125。放大晶体管127的漏极连接到电源VDO，栅极连接到浮动扩散区域125，放大晶体管127读出浮动扩散区域125的电压。
选择晶体管128的漏极例如连接到放大晶体管127的源极，源极连接到垂直信号线117。当选择脉冲SEL施加到选择晶体管128的栅极，选择晶体管128选择被读出像素信号的单位像素120A。应指出，也可采用如下结构：选择晶体管128连接在电源VDO和放大晶体管127的漏极之间。
取决于像素信号读取方法，可省略复位晶体管126、放大晶体管127和选择晶体管128中的一个或多个晶体管，或者多个像素共享这三个晶体管中的一个或多个晶体管。
而且，单位像素120A具有用于释放光电二极管121中所累积的电荷的电荷释放部129。当控制脉冲ABG在曝光起始的同时施加到栅极129A时，电荷释放部129将光电二极管121中的电荷释放到具有N型层的漏极部136(N+)。而且，电荷释放部129用于在曝光完成后防止由于光电二极管121在读出操作期间的饱和而引起的电荷溢出发生。预定电压施加到漏极部136。
存储部123的栅极的电势
这里，将说明充当电荷保持区域的存储部123处的栅极的电势，即，第一传输栅122的栅极122A的电势。
在这个实施例中，充当电荷保持区域的存储部123处的栅极的电势设置成：使得在第一传输栅122和第二传输栅124中的至少一个栅极(例如，第一传输栅122)处于非导电状态期间，能够实现钉扎状态。
更具体地，在使第一传输栅122和第二传输栅124中的一个或两个栅极处于非导电状态时，施加到栅极122A、124A上的电压设置成使得实现在栅极下部的Si表面处累积载流子的钉扎状态。
在这个实施例中，在构成传输栅的晶体管是N型的情况下，在使第一传输栅122处于非导电状态时施加到栅极122A的电压设置成如下电压：相对P型阱层132，该电压的电势更低于接地GND的电势。应指出，尽管未图示，但在构成传输栅的晶体管是P型的情况下，由N型阱层替代上文中的P型阱层，上文所提到的电压设置成如下电压：相对N型阱层，该电压更高于电源电压VDD。
因此，在使第一传输栅122处于非导电状态时，设置施加到栅极122A的电压以实现能够在栅极下部的Si表面处累积载流子的钉扎状态。原因如下。
当第一传输栅122的栅极122A的电势设置成与P型阱层132相同的电势(例如，0V)时，由Si表面处的晶体缺陷产生的载流子在存储部123中累积，可能成为暗电流，这导致较低的图像质量。鉴于此，在本实施例中，相对P型阱层132，形成在存储部123上方的栅极122A的OFF电势设置成为负电势，如-2.0V。在本实施例中，这保证了能够在电荷保持时段期间在存储部123的Si表面处产生空穴，能够使Si表面处产生的电子再结合。于是，降低了暗电流。
应指出，在图2所示的结构中，第二传输栅124的栅极124A存在于存储部123的一个端部处。因此，通过也将栅极124A设置成负电势，相似地，能够抑制在存储部123的该端部处产生的暗电流。另外，虽然在下面的每个实施例中将说明使用N型基板的结构示例，但也可使用P型基板。例如，在这种情况下，图2所示的结构示例中的N型基板131和P型阱层132均由P型半导体区域组成。
在CMOS图像传感器100中，同时启动所有像素的曝光，并同时结束所有像素的曝光，光电二极管121中所累积的电荷依次传输到存储部123(被遮光)和浮动扩散区域125，由此实现了全局曝光。全局曝光实现了所有像素的曝光时段是相同的，由此能够实现无失真图像。
应指出，这个实施例中的“所有像素”是指出现在图像中的部分中的所有像素，不包括虚拟像素等。除此之外，如果时间差异和图像失真较小以致于不产生任何问题，可由每次高速扫描多个行(如，数十行)的操作代替对所有像素同时进行的操作。另外，本发明也可应用如下情况：对预定区域中的多个行进行全局曝光，以代替对出现在图像中的部分中的所有像素进行曝光。
第一实施例
下文将参照图3～图5说明第一实施例中的单位像素120A的结构。在图3～图5及后面附图中，使用与图2相同的附图标记来表示与图2中的单位像素中的部件相同的部件，并省略了它们的详细说明。
图3是表示单位像素120A的结构的平面图。
如图3所示，在单位像素120A中布置光电二极管121、存储部123和浮动扩散区域125。光电二极管121和存储部123形成为具有如下杂质浓度：使得在电荷放电时获得耗尽状态。浮动扩散区域125形成为具有如下杂质浓度：使得用于获取电压的布线触点能够电连接到浮动扩散部125。
除此之外，在单位像素120A中，第一传输栅122设于光电二极管121和存储部123之间，第二传输栅124设于存储部123和浮动扩散区域125之间。另外，栅极122A设置成覆盖第一传输栅122和存储部123，栅极124A设置成覆盖第二传输栅124。
而且，在单位像素120A中，形成在光电二极管121和存储部123之间的边界上的第一传输栅122分成中间传输通道140和完全传输通道150。具体地，在第一传输栅122的一部分中形成中间传输通道140，未形成中间传输通道140的部分用作完全传输通道150。
图4表示单位像素120A沿着图3的X-X’线的部分和沿着该部分的电势状态，该部分穿过完全传输通道150，图5表示单位像素120A沿着图3的Y-Y’线的部分和沿着该部分的电势状态，该部分穿过中间传输通道140。
如图4所示，光电二极管121和存储部123之间的边界区域是P型阱层132的一部分。这个区域用作(第一传输栅122的)完全传输通道150，通过完全传输通道150，光电二极管121中所累积的电荷完全传输到存储部123。
具体地，如图4所示的电势状态中的实线所示，在传输脉冲TRX未施加到栅极122A的条件(OFF条件)下，完全传输通道150的电势为高。如图4所示的电势状态中的虚线所示，在传输脉冲TRX施加到栅极122A的条件(ON条件)下，存储部123的电势变深，除此之外，完全传输通道150的电势具有如下梯度：该电势沿着从光电二极管121向存储部123的方向变深。
另外，如图5所示，设置在光电二极管121和存储部123之间的边界处的杂质扩散区域142用作(第一传输栅122的)中间传输通道140，通过中间传输通道140，光电二极管121中所累积的超过预定电荷量的电荷传输到存储部123。
具体地，如图5中的电势状态所示，中间传输通道140的电势低于完全传输通道150的电势(图4)。于是，超过由中间传输通道140的电势所确定的预定电荷量的电荷通过中间传输通道140流入到存储部123作为信号电荷(即，出现电荷溢出)。
另外，在杂质扩散区域142的表面侧上设置杂质扩散区域141，杂质扩散区域141的导电类型不同于光电二极管121和存储部123中的导电类型。杂质扩散区域141确保即使在传输脉冲TRX施加到栅极122A时中间传输通道140的电势仍不发生变化。具体地，在传输脉冲TRX不施加到栅极122A的条件(OFF条件)下及在传输脉冲TRX施加到栅极122A的条件(ON条件)下，中间传输通道140的电势都保持恒定。
为了形成中间传输通道140，杂质扩散区域142的电势应设置为低。可通过如下方法形成N-型杂质扩散区域142：将N型杂质稍微加入(掺杂)到用于形成杂质扩散区域142的区域，以便减小那里的P型杂质浓度。或者，在形成电势垒的同时将P型杂质加入到用于形成杂质扩散区域142的区域中的情况下，能够通过降低P型杂质的浓度以形成N-型杂质扩散区域142。
因此，N-型杂质扩散区域142设于光电二极管121和存储部123之间的边界部分处，借此降低边界中的电势，电势被降低的这个部分用作中间传输通道140。因此，在光电二极管121中产生并超过中间传输通道140的电势的电荷自动地泄露到存储部123而被累积。换句话说，在光电二极管121中产生而未超过中间传输通道140的电势的电荷累积在光电二极管121中。
具体地，在所有多个单位像素进行摄像动作的曝光时段中，由光电二极管121中的光电转换所产生且超过由中间传输通道140的电势所确定的预定电荷量的电荷传输到存储部123作为信号电荷。因此，在单位像素120A中，形成在光电二极管121和存储部123之间的边界部分中的中间传输通道140用作如下部分：该部分用于优先地在光电二极管121中累积由低亮度产生的电荷。
应指出，在图5中，采用通过设置N-型杂质扩散区域142形成中间传输通道140的结构。然而，也可采用通过设置P-型杂质扩散区域142而不是设置N-型杂质扩散区域142形成中间传输通道140的结构。
由于以如上方式配置单位像素120A以及以如上方式分开形成中间传输通道140和完全传输通道150，能够降低由于高浓度杂质扩散区域中的杂质扩散、第一传输栅122处的栅极122A的位置和电势以及光电二极管121中所累积的电荷量等的电势垒差异。
另外，基于用于形成中间传输通道140的杂质扩散区域142中的杂质的浓度能够形成稳定的势垒。因此，在不损害完全传输的传输效率的情况下，既能通过最大化光电二极管121的面积来提高灵敏度，也能通过最大化低噪声信号范围来提高输出图像的图像质量。
这里，将参照图6A～图7C说明具有在第一传输栅中组合地形成中间传输通道和完全传输通道的结构的单位像素。
如同在上述专利文献1中所披露，图6A～图7C均表示单位像素20，在单位像素20中，在光电二极管21和存储部23之间的第一传输栅22中形成势垒
Figure BSA00000464019700151
在以此方式形成势垒
Figure BSA00000464019700152
及通过第一传输栅22实现中间传输通道的功能和完全传输通道的功能的情况下，由于以下两个原因限制了势垒的分散度的降低。
第一个原因在于：用于形成势垒的杂质扩散区域OFB的间距L(在下文中，适当的情况下称为“L长度”)优选地设计成尽可能地小，以使光电二极管21中的累积电荷Qm及存储部23中的最大电荷量Qc最大化。然而，如图6B所示，当杂质扩散区域OFB的L长度设计成小时，在离子注入时设置的抗蚀剂掩模160中的抗蚀剂宽度的分散度Δd极大地影响势垒的分散度具体地，在为了确保光电二极管21和存储部23的面积而将杂质扩散区域OFB的L长度设计成小时，抗蚀剂宽度的分散度Δd的差异引起杂质扩散区域OFB中的杂质浓度的巨大差异和势垒
Figure BSA00000464019700157
的分散度的巨大差异。
另一方面，如图6C所示，当杂质扩散区域OFB的L长度设计成大时，能够抑制势垒
Figure BSA00000464019700159
的分散度
Figure BSA000004640197001510
但是，极大减少了光电二极管21和存储部23的面积。因此，从最大化光电二极管21中的累积电荷Qm和最大化存储部23中的最大电荷量Qc的角度来看，由第一传输栅22组合地实现中间传输通道的功能和完全传输通道的功能的结构中的传输通道长度(L长度)难以扩大。
第二个原因在于：更容易受到掩模的未对准的影响。具体地，第一传输栅22的栅极22A覆盖用于在第一传输栅22中形成势垒的杂质扩散区域OFB，因此，在形成栅极22A之前进行离子注入。如图7A所示，在离子注入之后进行的用于形成栅极22A的处理中，栅极22A优选地形成为与杂质扩散区域OFB的端部重合。
然而，由于通过形成具有不同掩模图案的抗蚀剂来形成栅极22A和杂质扩散区域OFB，将会引起未对准，这导致势垒的分散。
具体地，栅极22A用作完全传输通道，通过该完全传输通道，在施加传输脉冲TRX时光电二极管21中所累积的电荷全部传输到存储部23。如图7B所示，在栅极22A的端部朝存储部23侧偏离的情况下，杂质扩散区域OFB的一部分未被栅极22A覆盖，在这种情况下，由栅极22A所进行的电势调制部分地失效，使得在完全传输时存在势垒。另一方面，在栅极22A的端部朝光电二极管21侧偏离的情况下，在施加传输脉冲TRX时产生传输势垒，使得不能精确地读出输出信号。
因此，为了稳定完全传输中的传输特性，例如，在形成栅极22A之后进行光电二极管21的离子注入的自对准是有效的。然而，在这种情况下，在形成杂质扩散区域OFB之后进行光电二极管21的离子注入，因此，将会在用于栅极22A的掩模和用于杂质扩散区域OFB的掩模之间产生未对准，这导致杂质扩散区域OFB中的杂质浓度的差异。
因此，存在如下问题：由于上述第一和第二个原因，限制了势垒的分散的降低。这个问题起因于如下事实：通过第一传输栅22组合地实现中间传输通道的功能和完全传输通道的功能，以便能够实现栅极22A所进行的势垒调制以完全传输光电二极管21的电荷。具体地，即使在电压施加到第一传输栅22时，确定中间传输通道的溢出的势垒
Figure BSA00000464019700162
仍是完全传输通道中最低的势垒。因此，对于掩模未对准，难以在第一传输栅22中同时形成中间传输通道和完全传输通道。
鉴于上述事实，如上文中所提到，在这个实施例中，中间传输通道140和完全传输通道150分开形成在单位像素120A中，由此能够降低势垒的分散。在单位像素120A中，势垒的分散的降低确保能够获得低噪声信号和较高的图像质量。
这里，将说明如何在单位像素120A中获得低噪声信号和较高的图像质量。
设根据入射光的强度所累积的信号电荷为Qsig，设通过中间传输通道140传输到存储部123的电荷为Qh，并设通过完全传输通道150传输到存储部123的电荷为Ql，由此，信号电荷Qsig等于电荷Qh和电荷Ql的和。这里，在入射光为暗及累积的电荷未超过光电二极管121和存储部123之间的势垒
Figure BSA00000464019700171
的情况下，Qh为0。
而且，设势垒
Figure BSA00000464019700172
所确定的电荷Ql的最大值为Qm，在入射光为亮及累积电荷满足(信号电荷Qsig)＞(最大值Qm)的情况下，通过中间传输通道140将满足关系(电荷Qh)＝(信号电荷Qsig)-(最大值Qm)的电荷Qh传输到存储部123中以在存储部123中保持。在这种情形下，设势垒出现分散及存在具有
Figure BSA00000464019700174
的像素。设由势垒的差异
Figure BSA00000464019700176
所引起的电荷Qm的变化为ΔQm，则在累积电荷Qsig超过(电荷Qm)+(变化ΔQm)的情况下在存储部123中开始累积，于是满足关系(电荷Qh)＞0的电荷Qh保持在存储部123中。
具体地，在(信号电荷Qsig)≤(电荷Qm)+(变化ΔQm)的情况下，(电荷Ql)＝(信号电荷Qsig)及(电荷Qh)＝0，使得两个输出的和满足关系(电荷Qh)+(电荷Ql)＝(信号电荷Qsig)，由此获得精确的信号。另一方面，在(信号电荷Qsig)＞(电荷Qm)+(变化ΔQm)的情况下，电荷Qh和电荷Ql读出为(电荷Qh)＝(信号电荷Qsig)-{(电荷Qm)+(变化ΔQm)}及(电荷Ql)＝(电荷Qm)+(变化ΔQm)，使得两个输出的和满足关系(电荷Qh)+(电荷Ql)＝(信号电荷Qsig)，由此以与上面相同的方式获得精确的信号。尤其是，在电荷Ql的输出充分小于电荷Qm的情况下，电荷Qh不增加，由此能够消除噪声的混叠。
因此，如果在中间传输通道140传输电荷Qh之后光电二极管121中所累积的电荷Ql(≤Qm)为如下电荷量：在完全传输通道150将该电荷量传输到存储部123之后，存储部123能够保持该电荷量，则势垒
Figure BSA00000464019700177
的分散将不会引起输出图像的收缩(collapse)。
为了获得不收缩的输出图像，应当满足条件(最大电荷Qc)＞(电荷Qm)，其中Qc是存储部123中所能保持的最大电荷。对于给定势垒
Figure BSA00000464019700178
通过扩大存储部123的面积及减小光电二极管121的面积能够容易地建立关系(最大电荷Qc)＞(电荷Qm)。然而，实际上，光电二极管121的面积的扩大增加了开口面积，这在灵敏度方面是有利的。另外，电荷Qm的增加能够扩展没有混叠KTC噪声的低噪声信号范围。所以，为获得更高的图像质量，在维持关系(最大电荷Qc)≥(电荷Qm)的同时电荷Qm的最大化是重要的。
尤其是，在(信号电荷Qsig)≤(电荷Qm)的情况下，优选地，在不将电荷Qh添加到电荷Ql的情况下获得输出，由此防止噪声的混叠。在电荷Qh不为零(Qh≠0)的情况下，需要上述添加。由此，需要将电荷Qm的最小值用作阈值来判断是否进行添加。具体地，在由于势垒
Figure BSA00000464019700181
的较大分散的原因而将具有(电荷Qm)+(变化ΔQm)的像素作为最小值的情况下，不混叠有电荷Qh的噪声的低噪声信号范围将变窄。除此之外，由于应当满足关系(最大电荷Qc)≥(电荷Qm)，在将具有(电荷Qm)+(变化ΔQm)的像素作为最大值的情况下，应当扩大最大电荷Qc，这将会伴随着存储部123的扩大及光电二极管121的减小，由此，将会减少电荷Qm。
由此，通过减少势垒
Figure BSA00000464019700182
的分散，能够通过光电二极管121的面积的最大化提高灵敏度及通过低噪声信号范围的最大化提高输出图像的图像质量。除此之外，由于如上所述中间传输通道140和完全传输通道150分开形成在单位像素120A中，能够减小势垒的分散，能够获得低噪声信号和更高的图像质量。
现在，将说明单位像素120A中的杂质扩散区域的杂质浓度。
例如，假设单位像素120A具有如下结构：在该结构中，P型阱层132形成在N型基板131上，N型杂质扩散到P型阱层132中以形成光电二极管121和存储部123。在这种情形下，P型阱层132的P型杂质浓度为1015cm-3，光电二极管121和存储部123形成为具有如下N型杂质浓度：使得在电荷放电时获得耗尽状态，该N型杂质浓度例如是1016～1017cm-3。
除此之外，作为中间传输通道140的杂质扩散区域142相似地形成为具有如下杂质浓度：使得在电荷放电时处于耗尽状态并能够形成势垒。通过上述预定电荷量所确定的势垒的大小，杂质扩散区域142中的杂质浓度调整为处于P型杂质浓度和N型杂质浓度之间的范围内，该N型杂质浓度低于光电二极管121和存储部123中的杂质浓度。另外，形成在中间传输通道140的表面侧上的杂质扩散区域141形成为具有高于杂质扩散区域142的杂质浓度的P型杂质浓度，杂质扩散区域141的杂质浓度例如是1018～1019cm-3。
另一方面，浮动扩散区域125形成为具有如下N型杂质浓度：使得布线触点能够电连接到浮动扩散区域125，浮动扩散区域125的N型杂质浓度例如是1019～1020cm-3。应指出，可采用如下结构：在该结构中，与上述结构相比，颠倒P型和N型，具体地，可采用如下结构：在该结构中，N型阱层形成在P型基板上，并形成P型杂质扩散区域。
如上所述，在形成中间传输通道140时，降低了充当传输电荷的目的地的存储部123中的杂质浓度和用于形成势垒的杂质扩散区域142中的杂质浓度之间的差异，由此能够防止由于存储部123中的杂质的扩散所引起的在杂质扩散区域142处损害势垒的可控性。
第一实施例的第一变型
现在，参照图8，下面将说明作为根据第一实施例的单位像素120A的第一变型的单位像素120A-1。图8表示单位像素120A-1沿图3的Y-Y’线的部分的结构示例。
在图8所示的单位像素120A-1中，与光电二极管121和存储部123具有不同导电类型的杂质扩散区域143(P型)形成在用于形成中间传输通道140的杂质扩散区域142的下侧。
比如，在比杂质扩散区域142深的区域中不存在杂质分布的情况下，电场梯度在杂质扩散区域142的深度方向上小，这导致电荷溢出到存储部123之外的其它区域。鉴于此，在单位像素120A-1中，杂质扩散区域143形成在杂质扩散区域142的下侧，由此抑制电荷溢出到存储部123之外的其它区域。由此，能够产生如下效果：超过光电二极管121的预定电荷量的光电荷稳定地溢出到存储部123中。
单位像素120A-1的制造方法
现在，下文将参照图9说明单位像素120A-1的制造方法。
在第一步骤中，在P型阱层132中设有掩埋沟道135的基板表面上形成抗蚀剂160-1。如图3的平面图所示，抗蚀剂160-1用于在部分第一传输栅122中形成中间传输通道140，将抗蚀剂160-1中的对应于中间传输通道140的区域开口。除此之外，抗蚀剂160-1的开口形成为稍微与掩埋沟道135重叠。
在第二步骤中，使用抗蚀剂160-1进行P型离子注入以在对应于预定深度的位置处形成杂质扩散区域143。在第三步骤中，使用抗蚀剂160-1进行N型离子注入以形成与杂质扩散区域143的上表面接触的杂质扩散区域142。在第四步骤中，使用抗蚀剂160-1进行P型离子注入以形成与杂质扩散区域142的上表面接触并到达基板的表面的杂质扩散区域141。
因此，在第二至第四步骤中，使用同一抗蚀剂160-1进行离子注入操作，通过在深度方向上的浓度分布确定势垒。所以，在杂质扩散区域141至143中没有发生任何掩模未对准问题。
接下来，在去除抗蚀剂160-1之后，进行第五步骤，在基板表面上形成待成为栅极122A的多晶硅层122A’。在第六步骤中，在对应于待形成栅极122A的区域中的多晶硅层122A’的表面上形成抗蚀剂160-2。在第七步骤中，进行蚀刻以去除不需要的多晶硅层122A’，形成栅极122A。
在第八步骤中，进行N型离子注入以形成N型掩埋层134，由此提供光电二极管121。
第一实施例的第二变型
现在，参照图10，下面将说明作为根据第一实施例的单位像素120A的第二变型的单位像素120A-2。图10是表示单位像素120A-2的结构的平面图。应指出，单位像素120A-2沿着图10的线X-X’和线Y-Y’的部分的结构与图4和图5所示的单位像素120A的结构相同。
在图10中，虚线圆圈170表示入射到光电二极管121的入射光所聚集的区域。在单位像素120A-2中，中间传输通道140布置在光电二极管121和存储部123之间的离光电二极管121的光学中心(即，虚线圆圈170的中心)最远的边界处。
通过由此形成在远离入射光所聚集的区域中的中间传输通道140，能够抑制由中间传输通道140的耗尽区域上的入射光产生的光电荷泄露到存储部123。在单位像素120A-2中，这确保了能够减少由于这类光电荷泄露到存储部123所引起的噪声。
第一实施例的第三变型
现在，参照图11，下面将说明作为根据第一实施例的单位像素120A的第三变型的单位像素120A-3。图11是表示单位像素120A-3的结构的平面图。应指出，单位像素120A-3沿图11的线X-X’和线Y-Y’的部分的结构与图4和图5所示的单位像素120A的结构相同。
在图11的平面图中，在光电二极管121的区域中示出了表示电势深度的轮廓线，点171表示最深的电势部分，此处的电势是最深的。在单位像素120A-3中，中间传输通道140布置在光电二极管121和存储部123之间的离最深电势部分中的点171最远的边界处。
取决于完全传输通道150的位置和用于强制地对电荷进行放电的电荷释放部129的栅极129A的位置，以改善传输效率的方式设计光电二极管121的最深电势部分。在单位像素120A-3中，通过在最远离最深电势部分中的点171的位置处布置的中间传输通道140，能够降低电荷的累积对中间传输通道140的势垒调整的影响。
另外，这种结构确保能够提高传输效率，这是因为光电二极管121的最深电势部分和完全传输通道150相互靠近布置以实现电荷的完全传输。除此之外，通过在远离光电二极管121的最深电势部分的位置处布置的中间传输通道140，能够减少光电二极管121和势垒之间的电容，由此降低电荷的累积对势垒调整的影响。
第二实施例
现在，下文将参照图12A～图13B说明根据第二实施例的单位像素120B。图12A是表示单位像素120B的结构的平面图，图12B是单位像素120B沿图12A的线Z-Z’的剖面图。除此之外，图13A表示沿图12B中的穿过完全传输通道150的线X-X’的电势状态，图13B表示沿图12B中的穿过中间传输通道140的线Y-Y’的电势状态。
在单位像素120B中，光电二极管121的N型掩埋层134和存储部123的掩埋沟道135形成为：使得在平面图中N型掩埋层134的一部分和掩埋沟道135的一部分在光电二极管121和存储部123之间的边界部分处的整个表面的宽度方向(图12A的垂直方向)上相互重叠。除此之外，在它们之间的隔开区域中的深度方向上形成杂质扩散区域142，由此，提供中间传输通道140。具体地，超过预定电荷量的电荷通过作为深度方向上的中间传输通道140的杂质扩散区域142溢出。
另外，在单位像素120B中，形成在硅基板的表面处的沟道在传输脉冲TRX施加到第一传输栅122的栅极122A时用作完全传输通道150。应指出，虽然在图12A和图12B所示的单位像素120B中，N型掩埋层134的一部分和掩埋沟道135的一部分相互重叠，使得N型掩埋层134的该部分位于基板表面侧上而掩埋沟道135的该部分位于基板底部侧上，但重叠关系可以是相反的，使得N型掩埋层134的该部分位于基板底部侧上而掩埋沟道135的该部分位于基板表面侧上。由此，在单位像素120B中，能够通过将存储部123布置在深度位置处以降低进入存储部123的入射光的量。
第二实施例的第一变型
现在，下文将参照图14A和图14B说明作为根据第二实施例的单位像素120B的第一变型的单位像素120B-1。图14A是表示单位像素120B-1的结构的平面图，图14B是单位像素120B-1沿图14A的线Z-Z的剖面图。应指出，单位像素120B-1沿图14B的线X-X’和线Y-Y’的电势状态与图13A和图13B所示的单位像素120B的电势状态相同。
在单位像素120B-1中，光电二极管121的N型掩埋层134和存储部123的掩埋沟道135形成为：使得在平面图中N型掩埋层134的一部分和掩埋沟道135的一部分在光电二极管121和存储部123之间的边界部分处相互在宽度方向(图14A的垂直方向)上部分重叠。
因此，在单位像素120B-1中，N型掩埋层134和掩埋沟道135的重叠区域小于图12A和图12B所示的单位像素120B中的重叠区域。由于这样减小重叠区域的尺寸，杂质扩散区域142形成得小，由此能够限制由于光电二极管121上的入射光进入中间传输通道140的杂质扩散区域142的过程的原因而引起的光电荷漏入存储部123中。
第三实施例
现在，下文将参照图15A和图15B说明根据第三实施例的单位像素120C。图15A是表示单位像素120C的结构的平面图，图15B是单位像素120C沿图15A的线Z-Z’的剖面图。
在单位像素120C中，光电二极管121的N型掩埋层134形成为延伸到存储部123的一部分或整个部分的下侧(基板的深侧)。因此，N型掩埋层134在图15B所示的部分中形成为L形状。除此之外，在单位像素120C中，杂质扩散区域142形成在存储部123的掩埋沟道135的下表面和延伸到存储部123的下侧的N型掩埋层134的上表面之间，由此提供中间传输通道140。
由于由此形成在掩埋沟道135的下表面和N型掩埋层134的上表面之间的边界部分处的杂质扩散区域142，例如与杂质扩散区域142形成在掩埋沟道135的侧面和N型掩埋层134的侧面之间的边界部分处的情况相比，能够抑制入射到杂质扩散区域142中的入射光的泄露。另外，扩大光电二极管121的最深电势部分与中间传输通道140之间的距离，使得能够降低取决于累积电荷量的势垒调整。
应指出，图15A所示的平面图中的靠近存储部123的中心布置中间传输通道140的结构不是限制性的。具体地，例如，与图15A所示的布置相比，中间传输通道140可布置在离光电二极管121更远的位置处，或可布置成离光电二极管121的最深电势部分更远。通过由此布置在远离光电二极管121的位置处的中间传输通道140，能够进一步降低入射光泄露到中间传输通道140中。
单位像素120C的制造方法
现在，下文将参照图16说明单位像素120C的制造方法。
在第一步骤中，使用形成在基板的表面上的抗蚀剂160-1进行N型离子注入，形成N型掩埋层134的一部分134’。如图15B的剖面图所示，抗蚀剂160-1用于形成延伸到掩埋沟道135的下侧的N型掩埋层134，将抗蚀剂160-1中的对应于N型掩埋层134的部分134’的区域开口。
在第二步骤中，在基板的表面上形成抗蚀剂160-2。抗蚀剂160-2用于形成杂质扩散区域142，将抗蚀剂160-2中的对应于杂质扩散区域142的区域开口。
在第三步骤中，使用抗蚀剂160-2进行N型离子注入，形成与N型掩埋层134的部分134’的上表面接触的杂质扩散区域142。
在第四步骤中，使用形成在基板的表面上的抗蚀剂160-3进行N型离子注入，形成掩埋沟道135，由此设置存储部123。抗蚀剂160-3用于形成掩埋沟道135，将抗蚀剂160-3中的对应于掩埋沟道135的区域开口。
接下来，在去除抗蚀剂160-3之后，进行第五步骤，在基板表面上形成待成为栅极122A的多晶硅层122A’。在第六步骤中，在对应于栅极122A的区域中的多晶硅层122A’的表面上形成抗蚀剂160-4。然后，在第七步骤中，进行蚀刻以去除不需要的多晶硅层122A’，形成栅极122A。
在第八步骤中，进行N型离子注入，形成除在第一步骤中形成的部分134’之外的其它部分，由此形成N型掩埋层134。
第三实施例的第一变形
现在，下文将参照图17说明作为根据第三实施例的单位像素120C的第一变型的单位像素120C-1。图17表示单位像素120C-1的对应于图15A和图15B的线Z-Z’的部分的结构示例。
在单位像素120C-1中，除了作为完全传输通道150的硅基板的表面和作为中间传输通道140的杂质扩散区域142，P型杂质浓度高于P型阱层132的杂质扩散区域144形成在光电二极管121和存储部123之间的边界部分处。
通过形成的这个杂质扩散区域144，能够防止光电荷扩散。这能够抑制超过光电二极管121中的预定电荷量的光电荷溢出到存储部之外的部分，并能够使超过预定电荷量的光电荷稳定溢出。另外，能够抑制泄露地入射到中间传输通道140和完全传输通道150之外、光电二极管121和存储部123之间的边界部分的光所产生的光电荷向周围扩散。
第三实施例的第二变型
现在，图18示出了作为根据第三实施例的单位像素120C的第二变型的单位像素120C-2的剖面图。如图18所示，用于复位单位像素120C-2的浮动扩散区域125中的电荷的复位晶体管126、用于读出信号电荷的放大晶体管127和用于选择单位像素120C-2的选择晶体管128连接到浮动扩散区域125。另外，在单位像素120C-2的漏极部136处，设置用于对光电二极管121和栅极129A中的电荷进行放电的电荷释放部129。
第三实施例的第三变型
现在，图19示出了作为根据第三实施例的单位像素120C的第三变型的单位像素120C-3的剖面图。如图19所示，单位像素120C-3设有用于调节存储部123的栅极122B，栅极122B与第一传输栅122的栅极122A分开设置。单位像素120C-3设置成使得当调节脉冲TRZ施加到栅极122B时调节存储部123。
第三实施例的第四变型
现在，图20示出了作为根据第三实施例的单位像素120C的第四变型的单位像素120C-4的剖面图。如图20所示，在单位像素120C-4中，存储部123具有形成在硅基板的内部的N型杂质扩散区域135A，在N型杂质扩散区域135A的表面上形成用于反转存储部123的基板表面的杂质扩散区域135B。
第三实施例的第五变型
现在，图21示出了作为根据第三实施例的单位像素120C的第五变型的单位像素120C-5的剖面图。如图21所示，在单位像素120C-5中，第一传输栅122的栅极122A是由两个多晶硅层构成。具体地，第一传输栅122的栅极122A可由与第二传输栅124的栅极124A相同的电极层构成，即，可由单个多晶硅层构成，或者可由两个多晶硅层构成。
第三实施例的第六变型
现在，图22示出了作为根据第三实施例的单位像素120C的第六变型的单位像素120C-6的剖面图。如图22所示，在单位像素120C-6中，通过使用阈值调整型元件来形成浮动扩散区域125和放大晶体管127。
第四实施例
现在，下文将参照图23和图24A及图24B说明根据第四实施例的单位像素120D的结构。
图23的上侧表示单位像素120D的平面图，图23的中间部分表示单位像素120D沿平面图中的线X-X’的剖面图，图23的下侧表示单位像素120D沿平面图中的线Y-Y’的剖面图。除此之外，图24A表示单位像素120D沿穿过中间传输通道140的线a-a’的电势状态，图24B表示单位像素120D沿穿过完全传输通道150的线b-b’的电势状态。
在单位像素120D中，第一传输栅122的栅极122A的位于光电二极管121侧上的侧面的中心部分中设有凹部。除此之外，在单位像素120D中，第一传输栅122中的对应于凹部的部分用作中间传输通道140，第一传输栅122中的对应于凹部之外的部分用作完全传输通道150。因此，单位像素120D具有如下结构：在该结构中，形成中间传输通道140的部分和形成完全传输通道150的部分互不相同。
另外，如沿线Y-Y’的剖面图所示，第一传输栅122在其对应于栅极122A中的凹部的区域之外的部分处设有P+型杂质扩散区域149。通过由此设置具有高的P型杂质浓度的杂质扩散区域149，能够降低完全传输通道150中的电势的分散。在传输脉冲TRX施加到栅极122A上时，完全传输通道150的电势发生变化，光电二极管121中所累积的电荷传输到存储部123。
另外，如沿线X-X’的剖面图所示，通过在对应于栅极122A中的凹部的区域中形成P-杂质扩散区域142来形成中间传输通道140。这确保使超过光电二极管121中的预定电荷量的电荷通过作为中间传输通道140的杂质扩散区域142溢出。除此之外，由于杂质扩散区域142没有被栅极122A覆盖，所以即使在传输脉冲TRX施加到栅极122A上时，中间传输通道140中的电势仍保持不变。
另外，能够通过例如如下方法形成中间传输通道140的杂质扩散区域142：第一传输栅122的栅极122A形成有凹部，As(砷)或P(磷)的离子注入到凹部处的暴露区域以抵抗该区域中的B(硼)，由此使该区域中杂质浓度部分地为P-。应指出，杂质扩散区域142的杂质浓度可以是N-。在采用这种制造方法的情况下，与根据相关技术的制造方法相比，能够仅通过改变用于栅极122A的掩模并适当改变用于设置杂质扩散区域142的杂质浓度和离子注入能量来形成杂质扩散区域142。换句话说，能够使得根据相关技术的制造方法的过程改变较小，能够抑制由于抗蚀剂开口尺寸的分散或由于掩模未对准等的势垒的分散。
单位像素120D的制造方法
现在，下文将参照图25A～图26D说明单位像素120D的制造方法。应指出，在图26A～图26D中，左侧表示单位像素120D沿图23的平面图的线Y-Y’的剖面图，右侧表示单位像素120D沿图23的平面图的线X-X’的剖面图。
在第一步骤中，如图25A所示，在P型阱层132的表面上形成在对应于存储部123的区域中具有开口的抗蚀剂160-1，随后进行As或P离子注入，形成掩埋沟道135。
在第二步骤中，如图25B所示，在P型阱层132的表面上形成在对应于第一传输栅122的区域中具有开口的抗蚀剂160-2，随后进行B离子注入以形成P+型杂质扩散区域149。应指出，在这个步骤中形成的杂质扩散区域149的中心处的部分是在后面的步骤中变成杂质扩散区域142的区域。除此之外，由于使杂质扩散区域149成为P+型，能够减少抗蚀剂开口尺寸的分散所引起的势垒的分散。
在第三步骤中，如图26A所示，通过在存储部123处的基板表面上沉积的氧化物膜(SiO2)形成待成为栅极122A的多晶硅(多晶Si)，随后进行形成如图23的平面图所示的凹部的处理。于是，杂质扩散区域149的一部分在对应于栅极122A中的凹部的基板表面处暴露。
在第四步骤中，形成抗蚀剂163-3，并进行As或P离子注入以形成光电二极管121。在这种情形下，使待形成光电二极管121的区域成为N型，除此之外，在对应于栅极122A中的凹部的区域中，通过As或P抵抗杂质扩散区域149中的在表面处暴露的部分的杂质，由此，使该部分成为P-(或N-)型，于是形成杂质扩散区域142。能够以几纳米的精度控制这种情形下的离子注入的峰值浓度。由此，与掩模未对准的控制的情况相比，能够形成具有较少分散的势垒。
在第五步骤中，如图26C所示，将B离子注入到基板表面的邻近区域以形成P型层133(P+)。由此，制造出作为HAD(空穴累积二极管)传感器的光电二极管121。
在第六步骤中，剥离抗蚀剂163-3，将布线连接到栅极122A以形成单位像素120D的结构。
这里，P型阱层132的P型杂质浓度为1015cm-3，例如，光电二极管121和存储部123形成为具有如下N型杂质浓度：使得在电荷放电时，获得耗尽状态。例如，光电二极管121和存储部123的N型杂质浓度为1016～1017cm-3。
第四实施例的第一变型
现在，下文将参照图27说明作为根据第四实施例的单位像素120D的第一变型的单位像素120D-1的结构。在图27中，上侧表示单位像素120D-1的平面图，中间部分表示单位像素120D-1沿平面图中的线X-X’的剖面图，下侧表示单位像素120D-1沿平面图中的线Y-Y’的剖面图。
在单位像素120D-1中，不同于图23的单位像素120D，第一传输栅122的栅极122A的位于光电二极管121侧上的侧面形成为平坦的。除此之外，在单位像素120D-1中，位于第一传输栅122的中心的部分形成为朝向光电二极管121侧凸出，朝向光电二极管121侧凸出并且未覆盖有栅极122A的该部分用作中间传输通道140。
除此之外，在单位像素120D-1中，第一传输栅122中的中间传输通道140之外的部分(覆盖有栅极122A的部分)用作完全传输通道150。如同在图23的单位像素120D中，在完全传输通道150处，形成P+杂质扩散区域149。应指出，单位像素120D-1沿图27的平面图中的线a-a’和b-b’的电势状态与图24A和图24B所示的单位像素120D的电势状态相同。
单位像素120D-1的制造方法
现在，下文将操作图28A～图29C说明单位像素120D-1的制造方法。应指出，在图28A～图29C中，左侧表示沿图27的平面图的线Y-Y’的剖面图，右侧表示沿图27的平面图的线X-X’的剖面图。
在第一步骤中，如图28A所示，在P型阱层132的表面上形成在对应于存储部123的区域中具有开口的抗蚀剂160-1，随后进行As或P离子注入以形成掩埋沟道135。在这种情形下，抗蚀剂160-1形成为在对应于图27的平面图中所示的中间传输通道140的区域处具有凹部。因此，在第一步骤中，掩模沟道135形成为具有朝向光电二极管121的形成侧凸出的凸出部分(该区域在下面的步骤中成为中间传输通道140)。
在第二步骤中，如图28B所示，在P型阱层132的表面上形成在对应于第一传输栅122的区域中具有开口的抗蚀剂160-2，随后进行B离子注入以形成P+型杂质扩散区域149。应指出，如图27的平面图所示，在这个步骤中形成的P+杂质扩散区域149的中心处的部分是在后面的步骤中成为杂质扩散区域142的区域，该区域朝向光电二极管121的形成侧凸出，并向掩埋沟道135侧凹陷。
在第三步骤中，如图28C所示，通过在存储部123处的基板表面上沉积的氧化物膜(SiO2)形成待成为栅极122A的多晶硅(多晶Si)。在这种情形下，栅极122A形成为覆盖待成为完全传输通道150的区域而不覆盖待成为中间传输通道140的区域。
在第四步骤中，如图29A所示，形成抗蚀剂160-3，并进行As或P离子注入以便形成光电二极管121。在这种情形下，使待形成光电二极管121的区域成为N型；除此之外，位于杂质扩散区域149的中心的部分形成为向光电二极管121侧凸出，通过As或P抵抗杂质以使其成为P-(或N-)型，由此形成杂质扩散区域142。由于能够以几纳米的精度控制这种情形下的离子注入的峰值浓度，所以，与掩模未对准的控制的情况相比，能够形成具有较少分散的势垒。
在第五步骤中，如图29B所示，将B离子注入到基板表面的邻近区域以形成P型层133(P+)。因此，制造出作为HAD传感器的光电二极管121。
在第六步骤中，剥离抗蚀剂163-3，将布线连接到栅极122A以形成单位像素120D-1的结构。
因此，抵抗经历离子注入的完全传输通道150的区域的一部分中的杂质以形成中间传输通道140，由此能够稳定地形成如下势垒：该势垒用于确定与光电二极管121中的溢出到存储部123的累积电荷相关的预定电荷量。
第五实施例
现在，下文将参照图30A～图30C说明根据第五实施例的单位像素120E的结构。图30A表示单位像素120E的平面图，图30B表示单位像素120E沿平面图中的线X-X’的剖面图，图30C表示单位像素120E沿平面图中的线Y-Y’的剖面图。
如图30A～图30C所示，在单位像素120E中，中间传输通道140和完全传输通道150在第一传输栅122的沟道宽度方向上相互分开，中间传输通道140形成在沟道宽度的一端处。
除此之外，在单位像素120E中，成为中间传输通道140的杂质扩散区域142和成为完全传输通道150的杂质扩散区域146形成为使得中间传输通道140的有效沟道长度大于完全传输通道150的有效沟道长度，且中间传输通道140的有效沟道宽度小于完全传输通道150的有效沟道宽度。
在单位像素120E中，控制杂质扩散区域146的杂质浓度，使得完全传输通道150的势垒足够高以确保如下情况：在光电二极管121中累积的电荷通过中间传输通道140溢出到存储部123时，这种溢出不会出现在完全传输通道150中。例如，对于单位像素120E的杂质浓度，可采用下面的设置。P型阱层132的受体浓度为1015cm-3。在P型阱层132中形成供体浓度均为1016～1018cm-3的光电二极管121和存储部123及受体浓度均为1016～1018cm-3的中间传输通道140和完全传输通道150，其中完全传输通道150的受体浓度高于中间传输通道140的受体浓度。
第五实施例的第一变型
现在，下文将参照图31A～图31C说明作为根据第五实施例的单位像素120E的第一变型的单位像素120E-1的结构。如同图30A～图30C，图31A表示单位像素120E-1的平面图，图31B和图31C表示单位像素120E-1的剖面图。
如图31A～图31C所示，在单位像素120E-1中，中间传输通道140和完全传输通道150在第一传输栅122的沟道宽度方向上相互分开。具体地，中间传输通道140形成在沟道宽度的中心，而完全传输通道150形成在中间传输通道140的两侧。单位像素120E-1中的中间传输通道140和完全传输通道150之间的有效沟道长度、有效沟道宽度和沟道浓度等关系与图30A～图30C中的单位像素120E的这些关系相同。
因此，在单位像素120E-1中，中间传输通道140形成在沟道宽度的中心。这种结构导致光电二极管121和存储部123的面积小于单位像素120E的光电二极管121和存储部123的面积。然而，这个结构能够减少由于用于形成中间传输通道140的光刻中的对准的分散所引起的特性分散。
第五实施例的第二和第三变型
现在，下文将参照图32A～图32C说明作为根据第五实施例的单位像素120E的第二变型的单位像素120E-2的结构及作为单位像素120E的第三变型的单位像素120E-3的结构。图32A表示单位像素120E-2的平面图，图32B表示单位像素120E-3的平面图。另外，单位像素120E-2和单位像素120E-3沿平面图中的线X-X’的剖面形状相同，鉴于此，图32C表示与该相同剖面形状相关的剖面图。
如图32A和图32B所示，如同单位像素120E，在单位像素120E-2和单位像素120E-3中，完全传输通道150与存储部123在它们之间的边界处接触，完全传输通道150与光电二极管121在它们之间的边界处接触。另一方面，在单位像素120E-2和单位像素120E-3中，在中间传输通道140和存储部123之间边界处及在中间传输通道140和光电二极管121之间的边界处设置间隙。间隙区域的受体浓度低于与其邻近的杂质扩散区域142的受体浓度，间隙区域的供体浓度低于光电二极管121和存储部123的供体浓度。例如，间隙区域设置成与P型阱层132具有相同的浓度。
另外，对于在单位像素120E-2和单位像素120E-3中的中间传输通道140和完全传输通道150，有效沟道长度、有效沟道宽度和沟道浓度与图30A～图30C的单位像素120E的有效沟道长度、有效沟道宽度和沟道浓度相同。在如此配置的单位像素120E-2和单位像素120E-3中，与单位像素120E和单位像素120E-1相比，减少了光电二极管121和存储部123的面积，但进一步降低了由于用于形成中间传输通道140的光刻中的对准的分散所引起的特性分散。
第五实施例的第四和第五变型
现在，下文将参照图33A～图33C说明作为根据第五实施例的单位像素120E的第四变型的单位像素120E-4的结构及作为单位像素120E的第五变型的单位像素120E-5的结构。如同图32A～图32C，图33A～图33C表示单位像素120E-4和单位像素120E-5的平面图和剖面图。
如图33A～图33C所示，在单位像素120E-4和单位像素120E-5中，构成中间传输通道140的杂质扩散区域142扩展到光电二极管121侧，并扩展到存储部123侧。除此之外，对于单位像素120E-4和单位像素120E-5中的中间传输通道140和完全传输通道150，有效沟道长度、有效沟道宽度和沟道浓度与图30A～图30C的单位像素120E的有效沟道长度、有效沟道宽度和沟道浓度相同。
在由此配置的单位像素120E-4和单位像素120E-5中，与单位像素120E和单位像素120E-2等相比，虽然在用于形成扩展到(形成为凸出到)光电二极管121侧的杂质扩散区域142及用于形成光电二极管121的光刻中的对准(对齐)中重新产生分散，但能够在扩大中间传输通道140的有效沟道长度时进一步抑制光电二极管121和存储部123的面积的减小。
在由此配置的单位像素120E至单位像素120E-5中，根据对于光电二极管121和存储部123的面积最大值和产品分散实现稳定的中间传输通道140。另外，能够通过像素尺寸的减小实现像素数量的增加，或以相同的像素尺寸实现饱和电荷量的增加及通过灵敏度的改善提高图像质量。
另外，从器件操作的角度看，优选地，在设计中，将不需要大量电流通过的中间传输通道140的有效沟道宽度缩小，并尽可能地将期望通过大量电流以在短时间内传输信号电荷的完全传输通道150的有效沟道宽度加宽。
在最大化光电二极管121和存储部123的面积时，上面提到的如下结构是有利的：缩小具有大的有效沟道长度的中间传输通道140的有效沟道宽度，加宽具有小的沟道长度的完全传输通道150的有效沟道宽度。具体地，与简单地对于整个沟道宽度扩大有效沟道长度的装置相比，这种结构能够扩大相同像素尺寸内的光电二极管121和存储部123的面积。
因此，根据本发明，能够改善由于像素尺寸的降低所导致的中间传输通道140的特性不稳定性与由于光电二极管121和存储部123的面积的减少所导致的像素特性的劣化之间的平衡。
应指出，虽然通过将其信号电荷是电子的图像传感器作为示例说明了上述实施例，但本发明也可适用于其信号电荷是空穴的这类图像传感器。
单位像素的第一其它结构示例
图34示出作为单位像素120的第一其它结构示例的单位像素120F-1的结构。
在单位像素120F-1中，省略了图2的单位像素120A中的第一传输栅122和存储部123，光电二极管121和浮动扩散区域125布置成为隔着P型阱层132相互邻近。在光电二极管121和浮动扩散部125之间的P型阱层132的上侧上，布置第二传输栅124。
下面说明单位像素120F-1中的全局曝光操作。首先，进行用于同时将所有像素的累积电荷从掩埋型光电二极管121放电的电荷放电操作，此后启动曝光。于是，光电荷在光电二极管121的PN结电容中累积。在曝光时段结束时，同时开启所有像素的第二传输栅124，由此累积的光电荷全部传输到浮动扩散区域125。关闭第二传输栅124，由此在所有像素相同的曝光时段期间累积的光电荷保持在浮动扩散区域125中。此后，通过垂直信号线117将保持在浮动扩散区域125中的光电荷依次读出作为图像信号。最后，复位浮动扩散区域125，接着读出复位电平。
因此，在单位像素120F-1中，浮动扩散区域125在进行全局曝光操作的情况下成为电荷保持区域。在单位像素120F-1中，在光电二极管121和浮动扩散区域125之间的边界部分中的第二传输栅124处，形成杂质扩散区域以便实现中间传输通道和完全传输通道相互分开的结构。
单位像素的第二其它结构示例
图35示出作为单位像素120的第二其它结构示例的单位像素120F-2的结构。
单位像素120F-2具有如下结构：与浮动扩散区域125相似的存储部123加入到图2的单位像素120A的结构中。具体地，在单位像素120F-2中，第一传输栅122的栅极122A设置在P型阱层132的上部，P型阱层132位于光电二极管121和存储部123之间的边界处。除此之外，在单位像素120F-2中，存储部123具有与浮动扩散区域125相似的N型层238。
以下面的步骤在单位像素120F-2中进行全局曝光操作。首先，对所有像素同时进行电荷放电操作，由此，启动同时曝光。由此产生的光电荷累积在光电二极管121中。在曝光结束时，同时开启所有像素的第一传输栅122，于是所累积的光电荷传输到存储部123中并在存储部123中保持。在完成曝光操作之后，通过顺序操作读出复位电平和信号电平。具体地，复位浮动扩散区域125，读出复位电平。接着，保持在存储部123中的电荷传输到浮动扩散区域125，读出信号电平。
在单位像素120F-2中，存储部123的N型区域238在进行全局曝光操作的情况下成为电荷保持区域。在单位像素120F-2中，在第一传输栅122中形成杂质扩散区域以便实现中间传输通道和完全传输通道相互分开的结构，由此实施本发明。
单位像素的第三其它结构示例
图36示出作为单位像素120的第三其它结构示例的单位像素120F-3的结构。
在图36所示的单位像素120F-3中，采用存储部123具有用于代替掩埋沟道135的N型扩散区域239的结构。
在存储部123具有N型扩散区域239的情况下，也能够获得与存储部具有掩埋沟道135的情况相同的效果。具体地，N型扩散区域239形成在P型阱层132的内部，在N型扩散区域239的基板表面侧上形成P型层240。这种结构能够避免如下情形：在界面处产生的暗电流将会在存储部123的N型扩散区域239中累积。这有利于提高图像质量。
这里，优选地，存储部123的N型扩散区域239的杂质浓度设置成低于浮动扩散区域125的杂质浓度。通过如此设置杂质浓度，能够提高第二传输栅124从存储部123向浮动扩散区域125传输电子的传输效率。单位像素120F-3中的全局曝光操作与图2的单位像素120A中的全局曝光操作相同。
应指出，虽然在图36所示的单位像素120F-3的结构中存储部123具有掩埋型N型扩散区域239，但也可采用如下结构：该区域也可以不是掩埋型区域，但存储部123中产生的暗电流会增大。
除此之外，在单位像素120F-3的结构中，如同图2的单位像素120A，也可采用省略电荷释放部129的结构，并将传输脉冲TRX和TRG及复位脉冲RST全部置于有效状态。由于所采用的这种结构，能够获得与电荷释放部129的效果等同的效果，换句话说，能够对光电二极管121中的电荷进行放电，能够使光电二极管121处的溢出的电荷在读取操作期间逃逸到基板侧。
在单位像素120F-3中，存储部123的N型扩散区域239在进行全局曝光操作的情况下成为电荷保持区域。在单位像素120F-3中，形成杂质扩散区域，以便实现中间传输通道和完全传输通道相互分开的结构，由此实施本发明。
单位像素的第四其它结构示例
图37示出作为单位像素120的第四其它结构示例的单位像素120F-4的结构。
在图2的单位像素120A中，在光电二极管121和浮动扩散区域125之间布置了单个存储部(MEM)123。在图37的单位像素120F-4中，额外布置了另一存储部(MEM2)242。于是，存储部具有两级结构。
第三传输栅241具有如下功能：在传输脉冲TRX2施加到栅极241A时传输存储部123中所累积的电荷。存储部242具有形成在栅极241A的下面的N型掩埋沟道243，并通过第三传输栅241累积传输自存储部123的电荷。由于具有掩埋沟道243的存储部242，能够抑制在界面处产生的暗电流，这有利于改善图像质量。
存储部242的结构与存储部123的结构相同。因此，如同存储部123，存储部242是有利的，这是因为，与未应用调整的情况相比，当应用调整时，能够增加存储部242中的饱和电荷量。
在单位像素120F-4的全局曝光操作中，所有像素同时累积的光电荷保持在光电二极管121或存储部123中。存储部242用于在读出图像信号之前保持光电荷。
在单位像素120F-4中，存储部123的掩埋沟道135和存储部242的掩埋沟道243在进行全局曝光操作的情况下用作电荷保持区域。在单位像素120F-4中，由于杂质扩散区域形成在第一传输栅122处以便实现中间传输通道和完全传输通道相互分离的结构，由此能够应用本发明。而且，可采用如下结构：不仅中间传输通道和完全传输通道在光电二极管121和浮动扩散区域125中相互分开，而且存储部123和存储部242中的传输沟道也相似地相互分开。具体地，如参照图3和图30A～图30C所说明的内容，中间传输通道140和完全传输通道150可在传输栅241的下方相互分开。而且，如参照图15A和图15B所说明的内容，存储部123可形成为延伸到存储部242的下侧，由此在存储部242的下侧形成中间传输通道。
由此，也可在单位像素120A之外的结构中采用本发明。除此之外，也可通过反转导电类型的极性(N型，P型)将本发明相似地应用到根据单位像素120A～120F-4变型的单位像素。
应用有本发明的电子装置的结构示例
而且，本发明的应用不限于固体摄像装置。本发明一般来说可应用到如下电子装置，即这些电子装置中的固体摄像装置用作摄像部(光电转换部)，例如，诸如数码相机、摄像机等摄像装置、具有摄像功能的个人数字助理(PDA)、将固体摄像装置用作图像读出部的复印机等。固体摄像装置可形成为单芯片形式，或制造成具有摄像功能的模块形式，摄像部和信号处理部或光学系统共同封装在模块中。
图38是表示作为应用有本发明的电子装置的摄像装置的结构示例的框图。
图38所示的摄像装置300包括具有透镜组等的光学单元301、固体摄像装置302和作为相机信号处理电路的数字信号处理(DSP)电路303，固体摄像装置302采用上面提到的单位像素120中的一种结构。另外，摄像装置300具有帧存储器304、显示单元305、记录单元306、操作单元307和电源单元308。DSP电路303、帧存储器304、显示单元305、记录单元306、操作单元307和电源单元308通过总线309相互连接。
光学单元301收集来自物体的入射光(图像光)，并在固体摄像装置302的摄像平面上形成图像。固体摄像装置302按照像素将在摄像平面上形成为图像的入射光的量转换成电信号，并将电信号作为图像信号输出。对于固体摄像装置302，能够使用诸如CMOS图像传感器100之类的固体摄像装置，具体地，能够采用可以通过全局曝光实现无失真成像并可以基于各RGB像素限制泄露信号抑制比的固体摄像装置。
显示单元305具有平板型显示器，例如，液晶面板或有机光致发光(EL)面板显示器，显示单元305显示由固体摄像装置302获取的动态画面或静止图像。记录单元306将由固体摄像装置302拍摄的动态画面或静止图像记录在诸如录像带、数字通用光盘(DVD)等记录媒介上。
操作单元307在用户的操作下发出与摄像装置300所拥有的各种功能相关的操作命令。电源单元308按照需要向DSP电路303、帧存储器304、显示单元305、记录单元306和操作单元307供应各种电功率，以作为用于这些部件单元的操作的功率。
如上所述，在将根据上述任一实施例的CMOS图像传感器100用作固体摄像装置302的情况下，能够通过全局曝光实现无失真成像，并可以基于各RGB像素限制泄露信号抑制比。因此，在诸如摄像机、数码相机和如手机等的移动装置中使用的相机模块之类的摄像装置300中，也能够实现获取图像的图像质量的提高。
通过将本发明应用到CMOS图像传感器的情况作为示例说明了上述实施例，其中该CMOS图像传感器中的用于根据可见光的量来检测作为物理量的信号电荷的单位像素布置成矩阵图案。然而，本发明的应用不限于应用到CMOS图像传感器。本发明通常可应用到如下的列型固体摄像装置：在这种列型固体摄像装置中，根据像素阵列部中的每个像素列布置列处理部。
另外，本发明的应用不限于应用到用于通过检测入射可见光的量的分布进行成像的固体摄像装置。本发明也可应用到用于通过检测红外(IR)射线、X射线或粒子等的入射量的分布进行成像的固体摄像装置。而且，本发明可大体上或广义上应用到通过检测诸如压力、电容量等其它物理量的分布进行成像的固体摄像装置(物理量分布检测器)，例如，指纹传感器。
应指出，固体摄像装置可形成为单芯片形式或制造成具有摄像功能的模块形式，摄像部和信号处理部或光学系统共同封装在模块中。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，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 (20)

1.一种固体摄像装置，其包括：
光电转换元件，其能够操作以根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；
电荷保持区域，通过由所述光电转换元件进行的光电转换产生的所述电荷在被读出之前保持在所述电荷保持区域中；及
传输栅，其具有完全传输通道和中间传输通道，在所述光电转换元件中累积的所述电荷通过所述完全传输通道完全传输到所述电荷保持区域中，由所述光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的所述电荷通过所述中间传输通道传输到所述电荷保持区域，
其中，所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述电荷保持区域的杂质浓度形成为使得在对所述电荷保持区域中所保持的所述电荷进行放电时所述电荷保持区域处于耗尽状态。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
通过在所述光电转换元件和所述电荷保持区域之间的边界处设置第一导电类型的杂质扩散区域形成所述中间传输通道，并且
在所述杂质扩散区域和基板表面之间设有不同于所述中间传输通道的第二导电类型的杂质扩散层。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，在构成所述中间传输通道的第一导电类型的杂质扩散区域的与基板表面侧相对的侧上设有第二导电类型的杂质扩散区域，所述第二导电类型的杂质扩散区域用于形成高于所述中间传输通道的势垒。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，构成所述中间传输通道的第一导电类型的杂质扩散区域布置在比所述完全传输通道更远离所述光电转换元件上所聚集的光的中心的区域中，或布置在比所述完全传输通道更远离所述光电转换元件的最深电势部分的区域中。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，沿着基板深度方向看，所述光电转换元件和所述电荷保持区域形成为使得所述光电转换元件的一部分和所述电荷保持区域的一部分相互重叠，构成所述中间传输通道的第一导电类型的杂质扩散区域设在所述光电转换元件的所述一部分和所述电荷保持区域的所述一部分相互重叠的区域的深度方向上的边界处。
7.如权利要求6所述的固体摄像装置，其中，所述光电转换元件的所述一部分和所述电荷保持区域的所述一部分相互重叠的区域布置在比所述完全传输通道更远离所述光电转换元件上所聚集的光的中心的区域中，或布置在比所述完全传输通道更远离所述光电转换元件的最深电势部分的区域中。
8.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，构成所述光电转换元件的第一导电类型的杂质扩散区域的一部分形成为延伸到所述电荷保持区域的部分或全部的基板底面侧，并且构成所述中间传输通道的第一导电类型的杂质扩散区域设置在所述光电转换元件和所述电荷保持区域之间在深度方向上的边界处。
9.如权利要求8所述的固体摄像装置，其中，沿着基板深度方向看，构成所述中间传输通道的所述第一导电类型的杂质扩散区域布置在比所述电荷保持区域的中心更远离所述光电转换元件的侧上。
10.如权利要求8所述的固体摄像装置，其中，在构成所述中间传输通道的所述第一导电类型的杂质扩散区域之外的区域中，并在所述完全传输通道之外的区域中，设有用于增强势垒的第二导电类型的杂质扩散区域，所述完全传输通道形成于所述光电转换元件和所述电荷保持区域之间边界处的基板表面附近的位置处。
11.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述完全传输通道设置在由用于施加电压以驱动所述传输栅的电极所覆盖的区域中，所述中间传输通道设置在由用于施加电压以驱动所述传输栅的所述电极所覆盖的所述区域之外的区域中。
12.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述传输栅的电极的位于所述光电转换元件侧的侧面设有凹部，所述传输栅的所述中间传输通道形成为向所述光电转换元件侧凸出。
13.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述完全传输通道和所述中间传输通道的形状形成为：使得所述中间传输通道的有效沟道长度大于所述完全传输通道的有效沟道长度，所述中间传输通道的有效沟道宽度小于所述完全传输通道的有效沟道宽度；并且
所述完全传输通道和所述中间传输通道的沟道杂质浓度控制为：使得在所述中间传输通道中，超过所述预定电荷量的所述电荷在所述曝光时段期间传输到所述电荷保持区域，在所述完全传输通道中，在所述曝光时段期间禁止所述电荷传输到所述电荷保持区域。
14.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，所述中间传输通道形成在与所述传输栅的沟道宽度的末端对应的区域中，所述完全传输通道形成在所述传输栅的沟道宽度中的形成有所述中间传输通道的区域之外的区域中。
15.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，所述中间传输通道形成在所述传输栅的沟道宽度的末端之外的区域中，所述完全传输通道形成在所述中间传输通道的两侧。
16.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，所述中间传输通道形成在所述传输栅的沟道宽度的多个预定位置处，所述完全传输通道形成在所述传输栅的沟道宽度中的形成有所述中间传输通道的区域之外的位置处。
17.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，在构成所述中间传输通道的第一导电类型的杂质扩散区域和设置在所述中间传输通道周围的第二导电类型的杂质扩散区域之间，设有间隙区域，所述间隙区域的杂质浓度低于所述第一导电类型的杂质扩散区域和所述第二导电类型的杂质扩散区域的杂质浓度。
18.一种固体摄像装置的制造方法，其包括以下步骤：
形成光电转换元件，所述光电转换元件能够操作以根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；
形成电荷保持区域，通过由所述光电转换元件进行的光电转换产生的所述电荷在被读出之前保持在所述电荷保持区域中；及
形成传输栅，所述传输栅具有完全传输通道和中间传输通道，在所述光电转换元件中累积的所述电荷通过所述完全传输通道完全传输到所述电荷保持区域中，由所述光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的所述电荷通过所述中间传输通道传输到所述电荷保持区域；
其中，所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中。
19.一种电子装置，其包括：
固体摄像装置，其包括：
光电转换元件，其能够操作以根据入射光的光量产生电荷并在内部累积所述电荷；
电荷保持区域，通过由所述光电转换元件进行的光电转换产生的所述电荷在被读出之前保持在所述电荷保持区域中；及
传输栅，其具有完全传输通道和中间传输通道，在所述光电转换元件中累积的所述电荷通过所述完全传输通道完全传输到所述电荷保持区域中，由所述光电转换元件在曝光时段期间产生并超过预定电荷量的所述电荷通过所述中间传输通道传输到所述电荷保持区域，
所述完全传输通道和所述中间传输通道形成在不同的区域中，
其中，在布置成矩阵图案的单位像素中，多个行中的所述单位像素同时进行电荷累积，并且
由所述传输栅传输的所述电荷被依次读出。
20.一种固体摄像装置，其包括：
第一电荷保持区域，其能够操作以累积通过光电转换产生的电荷；
栅，其能够操作以传输来自所述第一电荷保持区域的所述电荷；及
第二电荷保持区域，其能够操作以保持电荷，所述第二电荷保持区域所保持的所述电荷是所述第一电荷保持区域中所累积的电荷的至少一部分并且是由所述栅传输来的，
其中，在所述第一电荷保持区域和所述第二电荷保持区域之间形成有第一电荷传输通道，所述第一电荷传输通道能够操作以通过所述栅的至少一部分传输电荷，并且
在不同于所述第一电荷传输通道的区域的区域中形成有第二电荷传输通道，所述第二电荷传输通道能够操作以传输通过光电转换产生并超过所述第一电荷保持区域中所能够保持的电荷量的电荷。
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