CN102208427B - 固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法和电子设备。所述固体摄像器件包括：第一导电型的第一半导体区域；光电转换部，所述光电转换部具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；像素晶体管，所述像素晶体管形成在所述第一半导体区域中；第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中；以及电极，所述电极形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上，并且被施加有预定偏压。

Description

固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法和电子设备
相关申请的交叉参考
本申请包含与在2010年3月31向日本专利局提出的日本优先权专利申请JP2010-082772的公开内容相关的主题，在此将该日本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、该固体摄像器件的制造方法和装配有该固体摄像器件的例如照相机等电子设备。
背景技术
作为已知的固体摄像器件(或者图像传感器)，有电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)型固体摄像器件和互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)型固体摄像器件。它们可用于数码照相机、数码摄像机以及例如内置有照相机的手机等各种便携式终端设备。
通常已知的CCD型固体摄像器件具有呈阵列状布置的多个光电转换元件(光电二极管)，并且在光电转换元件的各行之间还具有CCD结构的垂直传输部，这些垂直传输部读出由光电转换而得到的电荷。此外，已知的CCD型固体摄像器件还具有CCD结构的水平传输部并且具有输出部，所述水平传输部传输从所述垂直传输部传送来的信号电荷，所述输出部将从所述水平传输部传送来的信号电荷转换为电压，然后将该电压输出。上面提到的CCD型固体摄像器件的垂直传输部、水平传输部和输出部被由诸如钨等金属性材料制成的遮光膜覆盖着。另外，上述遮光膜具有分别在各光电转换元件上形成的开口。
作为已知的CMOS型固体摄像器件，可以是这样的固体摄像器件：由于具有全局快门功能，该固体摄像器件能够一次同时地将(由光电转换元件或者光电二极管的光电转换而得到的)信号电荷传输到电荷保持部。与CCD型固体摄像器件一样，具有全局快门功能的固体摄像器件也具有钽或者钨的遮光膜，该遮光膜覆盖着固体摄像器件的除了光电二极管和接触部开口之外的表面。
人们曾开发出一种新的CCD型固体摄像器件，它允许遮光膜兼用作用于减小暗电流的电极。图17示出了引自专利文献1的这种CCD型固体摄像器件的示例。这种CCD型固体摄像器件包括依次层叠形成的n型半导体基板301、p型阱区域302和用于光电转换的n型半导体区域(或者光电二极管)303。光电转换区域303上设有高浓度p型的累积区域329，该累积区域329形成在光电转换区域303的表面侧。p型阱区域302中形成有p型读出区域305、n型传输沟道区域304和p型沟道停止区域306。在紧跟着n型传输沟道区域304的下方形成有p型阱区域308。
在n型传输沟道区域304、p型读出区域305和p型沟道停止区域306上，形成有层叠于栅极绝缘膜上的传输电极311。在传输电极311上形成有层叠于层间绝缘膜314上的导电遮光膜315，然后形成有透明导电膜321。在顶部上依次形成有平坦化膜318、滤色器层319和片上微透镜320。
在日本专利公报No.4247235(以下将称作为专利文献1)中，CCD型固体摄像器件(图17所示)在光电转换区域303上方设有层叠于层间绝缘膜314上的导电遮光膜315和透明导电膜321。这些部件构成金属氧化物半导体(MetalOxideSemiconductor，MOS)电容器结构。该结构中，通过向导电遮光膜315和透明导电膜321施加负电压，在光电转换区域303的表面上形成了高浓度p型累积区域329。通过施加电压而形成的p型累积区域329能够捕获在光电转换区域303的基板表面侧出现的暗电流。从电压施加装置向导电遮光膜315施加负电压，这致使信号电荷被读出到垂直传输部的n型传输沟道区域304。该步骤包括从电压施加装置向导电遮光膜315施加0V的电压或者与负极性相反的极性的电压。
在CMOS型固体摄像器件的情况下，浮动扩散部(以下简称为FD部)在通常操作中需要几微秒的保持时间，或者如果要进行全局快门操作则需要长于帧频(framerate)的保持时间。这就导致与光电二极管的情况中一样，会引起关于如何减小FD部中的暗电流的严重问题。不幸的是，通过具有上述结构的固体摄像器件无法有效地实现FD部中暗电流的减小。
图18示出了引自日本专利特许公报No.2005-142503(以下将称作为专利文献2)的CMOS型固体摄像器件的示例。图示的CMOS型固体摄像器件包括n型半导体基板2201、在n型半导体基板2201上形成的p型阱区域2202以及在p型阱区域2202上形成的由LOCOS氧化物膜制成的隔离电介质区域2204。该CMOS型固体摄像器件还具有与隔离电介质区域2204的下表面接触的p型沟道停止层2203。在p型阱区域2202内形成有由n型扩散层制成的浮动扩散区域2205(以下简称为FD区域)，由此形成了光电二极管(未图示)并且也形成了像素晶体管，该像素晶体管具有层叠于栅极绝缘膜2207上的栅极电极2206。
由于图18所示的CMOS型固体摄像器件具有紧挨在耗尽层(该耗尽层出现在由LOCOS氧化物膜制成的隔离电介质区域2204下方)上方的栅极电极2206，因而该CMOS型固体摄像器件很容易出现暗电流。换句话说，在FD区域2205(其是高浓度n+层)与沟道停止层2203(p+层)彼此靠近处的那部分在信号读取期间处于这样的状态下：FD区域2205被施加了相对于p型阱区域2202的电压为正的电压。这意味着向该pn结施加了反向电压。
另外，图18示出了区域“b”，在该区域“b”中，由n+多晶硅制成的栅极电极2206形成在隔离电介质区域2204上。该栅极电极2206的功函数不同于p型沟道停止层2203的功函数，因此即使栅极电极2206与p型阱区域2202处于相同的电位，也会与功函数之差成比例地将沟道停止层2203的多数载流子显著高浓度化为p+型。结果，FD区域2205与p型阱区域2202之间的耗尽区域2208变得不均匀，使得区域“b”短于不存在栅极电极2206的区域“c”，即表现为d1＜d2。同时，在n+的FD区域2205和p+的沟道停止层2203间施加了高电场，这很容易导致出现漏电流。换句话说，如果置于耗尽区域附近的材料(电极)是能够将相反导电型的半导体区域(该相反导电型的半导体区域通过与FD区域相接合而形成了耗尽层)中的多数载流子显著高浓度化的材料，则容易出现漏电流。
更具体地，如果FD区域由具有能够使空穴区域中的多数载流子的浓度显著增加的功函数的n型硅或者铝形成，则容易出现漏电流。如果FD区域由具有能够使n型区域中的多数载流子的浓度显著增加的功函数的p型硅形成，则也容易出现漏电流。因此，在这种情况下，如图18所示，需要对布局进行设计，使得FD区域的耗尽层尽量不靠近p+沟道停止层。
图19A和图19B示出了引自日本专利特许公报No.2001-28433(以下将称作为专利文献3)的CMOS型固体摄像器件的另一示例。图19A所示的CMOS型固体摄像器件包括n型半导体基板411、在n型半导体基板411上形成的p型阱区域412、在p型阱区域412上形成的由LOCOS氧化物膜制成的隔离电介质区域413、由n型半导体区域构成的光电二极管414以及读出用晶体管421。读出用晶体管421将光电二极管414的信号电荷引导至垂直信号线。此外，光电二极管414和n型半导体区域415分别作为读出用晶体管421的源极和漏极，并且读出用晶体管421还具有层叠于栅极绝缘膜416上的栅极电极417。p型阱区域412中具有p型半导体区域422，该p型半导体区域422被形成得围绕着隔离电介质区域413。
FD区域具有这样的区域：缺陷集中于该区域中，并且该区域是应力集中的场边缘。当上述区域与耗尽层重叠时，FD区域的暗电流增加。即使将遮光膜置于LOCOS氧化物膜上(如引自专利文献1的图17所示)并且向FD区域施加负偏压，p阱区域中的载流子也会变得高浓度化，耗尽层变窄，并且电场强度增大(如专利文献2所述和如图18所示)。耗尽层是存在有缺陷的场边缘。这导致暗电流增大，并且暗电流随着温度的升高而加速增大。
根据Hurkx等人的文章“ANewRecombinationModelforDeviceSimulationIncludingTunneling”(IEEETED.，Vo1.39，No.2，pp.331-338，1992)和G.Eneman等人的文章“Analysisofjunctionleakageinadvancedgermaniump+/njunctions”(proc.EuropeanSolid-stateDeviceResearchConf.，2007，pp.454-457)，当电场强度由于施加给pn结的反向偏压而集中在晶体缺陷处时，半导体器件通常会由于晶体缺陷而出现漏电流，这归因于被称作陷阱辅助隧穿模式(Trap-Assisted-Tunnelingmodel，TAT)的机制。因此，众所周知的是，由于TAT机制而引发了前述问题。
专利文献2中曾提议了一种布局，该布局通过氧化物膜来使耗尽层尽量不受到电极的偏压的影响。不幸的是，由于耗尽层本身是存在有缺陷的场边缘，因而这个提议不能有效地大幅降低FD区域中的漏电流。
上述问题可这样解决：如引自专利文献3的图19A所示，通过在隔离电介质区域413的边缘(所谓的场边缘)形成p型半导体区域422，从而对作为缺陷层的场边缘进行空穴钉扎。结果，耗尽层自身从表面露出，但场边缘中的缺陷较少，因而暗电流降低。不幸的是，如图19B所示，由于为了场边缘的空穴钉扎而设置的p型半导体区域422是借助于抗蚀剂掩模423而被图形化的，因而不能用自对准方法形成隔离电介质区域413。因此，形成在n型半导体区域415中的耗尽层的面积会由于p型半导体区域422和n型半导体区域415的重叠线宽的变化而变化。这将导致暗电流波动较大。
发明内容
鉴于以上情况完成了本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种固体摄像器件，该固体摄像器件的特征在于浮动扩散区域中的漏电流的量得到了限制并且像素间的漏电流差异也得到了限制。本发明的另一目的是提供一种装配有该固体摄像器件的例如照相机等电子设备。
本发明一实施例的固体摄像器件包括多个单元，各个所述单元包括：第一导电型的第一半导体区域；光电转换部，它具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；以及像素晶体管，所述像素晶体管形成在所述第一半导体区域中。各个所述单元还包括：第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中；以及电极，它形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上，并且被施加有预定偏压。
在本发明一实施例的固体摄像器件中，各个单元具有形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上的电极，且该电极被施加预定偏压。该结构能够防止形成在浮动扩散区域中的耗尽层变宽。结果，存在于半导体表面处的耗尽层具有较小的表面积，因而能使漏电流减小。
用于制造本发明一实施例的固体摄像器件的方法包括如下步骤：在半导体基板上形成第一导电型的第一半导体区域、隔离电介质区域和第一导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域围绕着所述隔离电介质区域，且所述第二半导体区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度。所述方法还包括如下步骤：在通过所述隔离电介质区域而被分界的区域中，形成具有第二导电型的第二半导体区域的光电转换部；并且在通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中，形成第二导电型的浮动扩散区域。所述方法还包括如下步骤：在所述第一半导体区域中形成具有栅极电极的像素晶体管。所述方法还包括如下步骤：在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上形成电极，所述电极将要被施加预定偏压。
用于制造本发明一实施例的固体摄像器件的方法包括在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上形成将要被施加预定偏压的电极的步骤。该方法提供了如下优点：能够防止在浮动扩散区域中出现的耗尽层变宽，因而能减小存在于半导体表面处的耗尽层的面积并减小漏电流。
本发明另一实施例的固体摄像器件包括多个单元，各个所述单元包括：第一导电型的第一半导体区域；光电转换部，它具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；以及像素晶体管，它们形成在所述第一半导体区域中。各个所述单元还包括：第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中；以及绝缘膜，所述绝缘膜带有负固定电荷，并形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上。
本发明另一实施例的固体摄像器件的特征在于带有负固定电荷并形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上的绝缘膜。该结构能够防止在浮动扩散区域中出现的耗尽层变宽，因而能够使存在于半导体表面处的耗尽层的面积较小。
用于制造本发明另一实施例的固体摄像器件的方法包括以下步骤：在半导体基板上形成第一导电型的第一半导体区域、隔离电介质区域和第一导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域围绕着所述隔离电介质区域，且所述第二半导体区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度。该方法还包括如下步骤：在通过所述隔离电介质区域而被分界的区域中形成具有第二导电型的第二半导体区域的光电转换部，并在通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中形成第二导电型的浮动扩散区域。该方法还包括如下步骤：在所述第一半导体区域中形成具有栅极电极的像素晶体管。该方法还包括如下步骤：在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上，形成带有负固定电荷的绝缘膜。
用于制造本发明另一实施例的固体摄像器件的方法包括在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上形成带有负固定电荷的绝缘膜的步骤。该方法提供了以下优点：能够防止在浮动扩散区域中出现的耗尽层变宽，从而减小了存在于半导体表面处的耗尽层的面积，并减小了漏电流。
本发明再一实施例的电子设备包括：固体摄像器件；光学系统，它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，它用于处理来自所述固体摄像器件的输出信号。所述固体摄像器件由上面提及的各部件构成。
也就是说，固体摄像器件包括多个单元，各个所述单元包括：第一导电型的第一半导体区域；光电转换部，它具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；以及像素晶体管，它们形成在所述第一半导体区域中。各个所述单元还包括：第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中；以及电极，它形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上，并且被施加有预定偏压。
作为可供替换的方案，固体摄像器件的各个单元包括：第一导电型的第一半导体区域；光电转换部，它具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；以及像素晶体管，它们形成在所述第一半导体区域中。各个所述单元还包括第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中。各个所述单元还包括绝缘膜，所述绝缘膜带有负固定电荷，并形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上。
装配于电子设备中的本发明固体摄像器件的特征在于，被施加有预定偏压的电极或者带有负固定电荷的绝缘膜形成在位于浮动扩散区域与隔离电介质区域之间的第一半导体区域上。该结构能够防止在浮动扩散区域中出现的耗尽层变宽，并且使存在于半导体表面处的耗尽层的面积较小。
本发明一实施例的固体摄像器件具有被施加有预定偏压的电极。该结构提供了以下优点：能够使存在于半导体表面处的耗尽层的面积较小，从而能够减小浮动扩散区域中的漏电流并减小像素间的漏电流差异。
用于制造本发明一实施例的固体摄像器件的方法包括形成将要被施加预定偏压的电极的步骤。由该方法制造出的固体摄像器件中，浮动扩散区域中的漏电流很小且像素间的漏电流差异较小。
本发明另一实施例的固体摄像器件具有带有负固定电荷的绝缘膜。该结构提供了以下优点：能够使存在于半导体表面处的耗尽层的面积较小，从而能够减小浮动扩散区域中的漏电流并减小像素间的漏电流差异。
用于制造本发明另一实施例的固体摄像器件的方法包括形成带有负固定电荷的绝缘膜的步骤。由该方法制造出的固体摄像器件中，浮动扩散区域中的漏电流很小且像素间的漏电流差异较小。
本发明再一实施例的电子设备装配有上述固体摄像器件。优点在于，能够减小浮动扩散区域中的漏电流，并能减小像素间的漏电流差异。因此，这对产生高质量图像的例如照相机等高质量电子设备是有益的。
附图说明
图1是示出了适用于本发明各实施例的固体摄像器件的一个示例的示意图。
图2是示出了本发明第一实施例固体摄像器件的示意性平面图。
图3是沿图2中的A-A线截取的示意性截面图。
图4是用于说明第一实施例的截面图。
图5是用于说明第一实施例的对照截面图。
图6是用于说明第一实施例的图，该图示出了直流(DC)偏压与浮动扩散区域(FD)中的漏电流之间的关系。
图7A是样品的截面图，图7B是示出了载流子密度的分布根据偏压而变化的图。
图8A、图8B和图8C是示出了用于制造第一实施例固体摄像器件的第一方法(部分1)的图。
图9D、图9E和图9F是示出了用于制造第一实施例固体摄像器件的第一方法(部分2)的图。
图10A和图10B是示出了用于制造第一实施例固体摄像器件的第二方法的图。
图11是示出了本发明第二实施例固体摄像器件的示意性截面图。
图12是对第二实施例固体摄像器件进行驱动的时序图。
图13是示出了本发明第三实施例固体摄像器件的重要部件的示意性截面图。
图14是示出了本发明第四实施例固体摄像器件的重要部件的示意性截面图。
图15是示出了本发明第五实施例固体摄像器件的重要部件的示意性截面图。
图16是示出了本发明第六实施例的电子设备的示意图。
图17是示出了已知CCD型固体摄像器件的一个示例的重要部件的截面图。
图18是示出了已知CMOS型固体摄像器件的一个示例的重要部件的截面图。
图19A和图19B是示出了已知CMOS型固体摄像器件的另一示例的重要部件的截面图。
具体实施方式
下面将按照以下顺序对本发明的实施例进行说明。
1.CMOS型固体摄像器件的结构概要
2.第一实施例(固体摄像器件的结构和固体摄像器件的制造方法)
3.第二实施例(固体摄像器件的结构)
4.第三实施例(固体摄像器件的结构)
5.第四实施例(固体摄像器件的结构)
6.第五实施例(固体摄像器件的结构)
7.第六实施例(电子设备的结构)
1.CM0S型固体摄像器件的结构概要
图1示出了本发明各实施例的CMOS型固体摄像器件的结构概要。固体摄像器件1包括半导体基板11(例如硅基板)、像素区域3(或者所谓的摄像区域)和周边电路。像素区域3包括多个像素2(各个像素包括光电转换部)，这些像素2呈二维阵列状规则地布置着。像素2具有一个光电转换部和多个像素晶体管。可替换地，像素2可以被构造得让多个光电转换部共用像素晶体管(除了传输晶体管之外)。像素晶体管包括传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管(根据需要可省略选择晶体)。
周边电路包括垂直驱动电路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(这些电路称作逻辑电路)。
控制电路8接收输入时钟信号和用于指示操作模式的数据，并且还将诸如固体摄像器件的内部信息等数据输出。换句话说，控制电路8处理垂直同步信号、水平同步信号和主时钟信号，从而生成用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的基准的时钟信号及控制信号。这些信号被输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6。
垂直驱动电路4由移位寄存器构成。垂直驱动电路4选择像素驱动线，并向所选的像素驱动线提供脉冲来驱动各行中的全部像素。换句话说，垂直驱动电路4在垂直方向上以行为单位依次选择并扫描像素区域3中的各个像素2。然后，让垂直信号线9将像素信号发送到列信号处理电路5。上述像素信号基于如下信号电荷：该信号电荷与由各个像素2的例如光电二极管等光电转换元件接收到的光量成比例。
列信号处理电路5被布置得与像素2的各个列对应。列信号处理电路5以列为单位对来自一行中的像素2的信号进行处理(例如，除去噪声)。换句话说，列信号处理电路5进行相关双采样(CorrelatedDoubleSampling，CDS)处理(以除去像素2固有的固定模式噪声)和其他信号处理(诸如信号放大和AD转换)。在列信号处理电路5的输出级处，设有与水平信号线10连接的水平选择开关(未图示)。
水平驱动电路6由移位寄存器构成，由此将水平扫描脉冲依次输出，从而依次选择列信号处理电路5并使各个信号处理电路5将像素信号输出到水平信号线10。
输出电路7处理通过水平信号线10从各个列信号处理电路5依次提供的上述那些信号，然后输出经过处理后的信号。这里所述的信号处理包括缓存、黑电平调节、列间差异校正和数字信号处理等。输入输出端子12与外部电路交换信号。
2.第一实施例
固体摄像器件的结构
图2和图3示出了本发明第一实施例的固体摄像器件或者CMOS型固体摄像器件。图2是与摄像区域的单位像素对应的一部分的示意性平面图(布局)，在该摄像区域中，呈二维阵列(或者所谓的矩阵)状布置有多个像素。图3是沿图2中的A-A线截取的示意性截面图。
第一实施例的固体摄像器件21包括第二导电型的硅半导体基板22、在硅半导体基板22中形成的第一导电型的半导体阱区域23以及在半导体阱区域23中形成的像素24，像素24包括作为光电转换部的光电二极管PD且包括多个像素晶体管。摄像区域包括呈二维阵列(或者矩阵)状规则布置着的多个像素24。根据本实施例，摄像区域包括在形成于n型半导体基板22中的p型半导体阱区域23中形成的多个像素24。
光电二极管PD包括n型半导体区域25和布置在n型半导体区域25上的p型半导体区域26，n型半导体区域25进行光电转换和电荷累积，而p型半导体区域26由于具有比该n型半导体区域高的杂质浓度(具有较高剂量)因而能够抑制暗电流。根据本实施例，像素晶体管包括传输晶体管Tr1、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。
p型半导体阱区域23具有在其内形成的隔离电介质区域28，该隔离电介质区域28用于像素间分界和像素内分界。在本实施例中，隔离电介质区域28可由STI结构的绝缘膜或者LOCOS氧化物膜的绝缘膜形成。根据本实施例，隔离电介质区域28是LOCOS氧化物膜的绝缘膜。隔离电介质区域28在p型半导体阱区域23中被p型半导体区域29围绕着，p型半导体区域29的杂质浓度高于p型半导体阱区域23的杂质浓度(或者说p型半导体区域29具有较高剂量)。
光电二极管PD和传输晶体管Tr1被形成在通过隔离电介质区域28而被分界的区域内。剩余的像素晶体管(复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4)一起被形成在通过隔离电介质区域28与光电二极管PD分离的区域中。
传输晶体管Tr1包括兼用作源极的光电二极管PD、形成在兼用作漏极的n型半导体区域中的浮动扩散区域FD、以及传输栅极电极32，在传输栅极电极32的下方形成有例如硅膜等栅极绝缘膜31。浮动扩散区域FD的杂质浓度高于p型半导体区域29(其围绕着隔离电介质区域28)的杂质浓度和p型半导体阱区域23的杂质浓度(或者说浮动扩散区域FD具有较高剂量)。浮动扩散区域FD通过离子注入n型杂质而予以形成，优选通过离子注入砷(As)而予以形成。
复位晶体管Tr2包括作为源极的n型半导体区域34、作为漏极的公共n型半导体区域35、以及复位栅极电极38，在该复位栅极电极38的下方形成有栅极绝缘膜31。放大晶体管Tr3包括作为漏极的公共n型半导体区域35、作为源极的公共n型半导体区域36、以及放大栅极电极39，在该放大栅极电极39的下方形成有栅极绝缘膜31。选择晶体管Tr4包括作为漏极的公共n型半导体区域36、作为源极的n型半导体区域37、以及选择栅极电极41，在该选择栅极电极41的下方形成有栅极绝缘膜31。各个n型半导体区域34～37由与浮动扩散区域相同的工序形成。各个栅极电极32、38、39和41由掺杂有杂质的多晶硅膜形成。
如稍后所述，浮动扩散区域FD通过接触部42、43和44而被电连接至放大栅极电极39和用作复位晶体管Tr2的源极的n型半导体区域34。放大晶体管Tr3和用作复位晶体管Tr2的漏极的公共n型半导体区域35通过接触部45而被连接至电源。n型半导体区域37(其用作选择晶体管Tr4的源极)通过接触部46而被连接至垂直信号线。
传输晶体管Tr1的传输栅极电极32通过接触部47而被连接至传输线，该传输线将会被施加有传输用栅极脉冲。当传输晶体管Tr1导通时，光电二极管PD的信号电荷被传输至浮动扩散区域FD然后被保持在浮动扩散区域FD中。复位晶体管Tr2的复位栅极电极38通过接触部48而被连接至复位线，该复位线将会被施加有复位用栅极脉冲。当复位晶体管Tr2导通时，复位晶体管Tr2将已保持在浮动扩散区域FD中的信号电荷复位。选择晶体管Tr4的选择栅极电极41通过接触部49而被连接至选择线，该选择线将会被施加有选择用栅极脉冲。当选择晶体管Tr4导通时，选择晶体管Tr4对各列进行选择，从而将通过放大晶体管Tr3进行电荷电压变换而得到的像素信号输出到垂直信号线。
根据本实施例，浮动扩散区域FD被形成得与隔离电介质区域28及围绕着隔离电介质区域28的p型半导体区域29分离。此外，浮动扩散区域FD被形成为这样：里面含有浮动扩散区域FD的pn结“j”的耗尽层51不与隔离电介质区域28重叠，并且耗尽层51的一部分存在于半导体表面处。需要说明的是，在图3中，耗尽层51不与隔离电介质区域28及围绕着隔离电介质区域28的p型半导体区域29重叠，此外，向着p型半导体阱区域23延伸的耗尽层51和耗尽层51的向着浮动扩散区域FD延伸的一部分从半导体表面露出。
栅极电极32、38、39和42以及包括隔离电介质区域28的半导体基板表面被氧化硅膜50、氮化硅膜30和氧化硅膜40覆盖着。除了各栅极电极之外的其他剩余表面被由上述栅极绝缘膜31(诸如氧化硅膜)、氮化硅膜30和氧化硅膜40构成的层叠绝缘膜完全覆盖着。此外，在半导体基板上或者说在层叠绝缘膜上以及在浮动扩散区域FD与隔离电介质区域28之间，形成有将会被施加有预定DC偏压的电极53。换句话说，在如下区域中形成有电极53(该电极53将会被施加有预定的DC偏压)：该区域中，耗尽层51的一部分从半导体表面露出。预定的偏压被设定为用于增大半导体阱区域23与绝缘膜之间的界面中的多数载流子密度。根据半导体阱区域23为p型的本实施例，优选向电极53施加负电压，以便在上述界面中诱发空穴(作为多数载流子)。另外，如稍后所述，通过向电极53施加0V的电压也可以产生前述效果。电极53可以是由例如钨(W)等金属形成的膜，并且它也可以兼用作遮光膜。根据本实施例，电极53形成在除了光电二极管PD和接触部用开口54之外的整个表面上。
固体摄像器件具有多层布线层57(其包括被层间绝缘膜55分隔开的多层布线56)，该多层布线层57布置在半导体阱区域23的形成有光电二极管FD和像素晶体管Tr1～Tr4的表面的上方。图3仅示出了第一层布线56。各个接触部通过导电插塞58连接至布线56。浮动扩散区域FD通过电极53的开口54连接至布线56。此外，电极53通过导电插塞58连接至布线56(见图3)。导电插塞58可以是通过阻挡金属59而被分隔的钨插塞。布线56可以是通过上面和下面的阻挡金属59而被分隔的铝线。
多层布线层57上覆盖有滤色器和片上透镜(未图示)，从而获得了所需的表面照射型固体摄像器件21。
第一实施例的固体摄像器件21被构造为使得层叠于绝缘膜上的将会被施加负偏压的电极53形成在如下区域中：该区域中，耗尽层51的出现在浮动扩散区域的pn结“j”两侧的一部分从半导体表面露出。该结构在与p型半导体阱区域23的界面中诱发空穴，因此该界面发生空穴钉扎。如图4所示，该结果表明，从p型半导体阱区域23侧边的半导体表面露出的耗尽层具有较小的延展宽度。同时，电子密度在变成浮动扩散区域FD的n型半导体侧倾向于减小。然而，由于作为浮动扩散区域FD的n型半导体区域的杂质浓度高于p型半导体阱区域23的杂质浓度，因而从半导体表面露出的耗尽层延展得较少。换句话说，n型浮动扩散区域FD产生很多电子，以致于即使在负偏压的条件下也会很少耗尽。为此，从半导体表面露出的耗尽层51的宽度t1(如图4所示)小于当电极53保持为接地电压(0V)时出现的耗尽层51的延展宽度t2(如图5所示)，并且从半导体表面露出的耗尽层51的面积较小。这使得浮动扩散区域FD中的漏电流(或者所谓的暗电流)减小，并使得像素间的漏电流差异减小。从半导体表面露出的耗尽层51的面积越小，则漏电流越小。
因负偏压的施加而导致的问题是耗尽层的面积减小，从而引起了浮动扩散区域FD的pn结处的电场强度增大。然而，当形成有隔离电介质区域时，浮动扩散区域FD的半导体表面会比隔离电介质区域28的边缘(或者所谓的场边缘)较少受到应力。此外，由于不存在因隔离电介质区域28而引起的台阶并且半导体表面较少受到上层的膜应力的影响，因此制造过程几乎不会产生晶体缺陷。即使由于零星出现了晶体缺陷而使电场强度增大，也能够抑制根据TAT机制因晶体缺陷导致的漏电流。此外，由于从半导体表面露出的耗尽层的面积取决于施加给电极53的偏压，因此从半导体表面露出的耗尽层对于各像素而言具有恒定面积，这使得像素间的漏电流差异得到限制。
图6示出了当施加给电极53的偏压从正值变化到0V并进一步变化到负值时浮动扩散区域FD中的结漏电流(junctionleakagecurrent)的变化。需要说明的是，如直线I所示，结漏电流随着负偏压的增加而减小。还需要说明的是，即使在0V时，浮动扩散区域FD中的结漏电流也减小。从图6可以清楚地看到，如果不存在电极53(在此情况下，绝缘膜中存在正离子)，那么结漏电流增加。
图7A示出了在浮动扩散区域FD的顶面中的载流子浓度分布和在p型半导体阱区域23中的载流子浓度分布根据施加给电极53的偏压而发生的变化。图7A所示样品中包含的与图3中相同的部件用与图3中相同的附图标记表示，并不再重复说明。在图7B中，左侧的曲线代表围绕着由LOCOS氧化物膜制成的隔离电介质区域28的p型半导体区域29中的空穴密度(载流子密度)，而右侧的曲线代表浮动扩散区域FD中的电子密度(载流子密度)。左侧右侧两条曲线之间的间隙对应于耗尽层。
此外，在图7B中，曲线II代表当向电极53施加接地电压(0V)时出现的分布，曲线III代表当向电极53施加-2V的负偏压时出现的分布，曲线IV代表当向电极53施加-4V的负偏压时出现的分布。
负电压的施加致使在p型半导体阱区域23中出现累积，因此与施加接地电压时的情况(如曲线II所示)相比，表面耗尽层中的空穴浓度增加更多(如曲线IV所示)。另一方面，由于在n型浮动扩散区域FD中将杂质密度(或者杂质剂量)设定为较高，因此电子密度在表面耗尽层中的减小微小得可以忽略。因此，如图7B所示，当施加负偏压时出现的耗尽层的宽度t1小于当施加接地电压时出现的耗尽层的宽度t2。这致使从半导体表面露出的耗尽层51的面积减小。因此，本实施例证实了能够使浮动扩散区域FD中的漏电流减小的效果。
另一方面，p型半导体阱区域23与绝缘膜之间的界面处的空穴钉扎抑制了该界面中的暗电流。具有高杂质浓度的n型浮动扩散区域FD远离具有高杂质浓度且围绕着隔离电介质区域28的p型半导体区域29的这个事实将浮动扩散区域FD中的pn结的电场强度保持为较低，从而抑制了浮动扩散区域FD中的漏电流。此外，耗尽层51不与存在有晶体缺陷的隔离电介质区域28重叠的这个事实避免了漏电流的增加。
因为由氧化硅膜31、氮化硅膜30和氧化硅膜40构成的层叠绝缘膜能防止光反射，所以光电二极管PD被该层叠绝缘膜覆盖着的这个事实允许入射光有效地进入光电二极管PD。在电极53兼用作遮光膜的情况下，不需要单独布置有遮光膜，这能使结构简化。
制造方法的示例1
下面参照图8A至图8C和图9D至图9F说明用于制造第一实施例固体摄像器件的方法的示例1。如图8A所示，该方法从准备好的n型硅半导体基板22开始。对该基板22进行氧化处理，使它的表面上覆盖有氧化硅膜。然后，通过化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)方法用氮化硅膜覆盖上述氧化硅膜。随后，通过光刻工艺对上述氮化硅膜进行干式蚀刻，选择性地除去它的特定部分(在该特定部分处，将要形成有隔离电介质区域)。在该步骤之后，进行场氧化处理(fieldoxidationtreatment)从而用LOCOS氧化物膜形成隔离电介质区域28。n型半导体基板22经过牺牲氧化，由此在n型半导体基板22的表面上形成牺牲氧化物膜59。然后，通过离子注入过程引入例如硼(B)等p型杂质，之后在850℃下进行热处理，从而形成了p型半导体阱区域23。在形成隔离电介质区域28之前或者之后，形成围绕着隔离电介质区域28的p型半导体区域29。
接着，如图8B所示，除去牺牲氧化物膜59，再通过热氧化过程用氧化硅膜形成栅极绝缘膜31。用掺杂有p型杂质的多晶硅膜覆盖栅极绝缘膜31的要形成有像素晶体管的部分。通过光刻工艺和干式蚀刻工艺来将上述多晶硅膜图形化，使得该图形化后的多晶硅膜形成像素晶体管的栅极电极。该图形化过程的执行使得栅极电极31留在活性区域上。换句话说，形成了传输栅极电极32、复位栅极电极38、放大栅极电极39和选择栅极电极41。
接着，通过抗蚀剂掩模61进行离子注入，形成n型半导体区域25和位于n型半导体区域25上的p型半导体区域26，由此形成了光电二极管PD。通过离子注入例如砷(As)等n型杂质来形成n型半导体区域25。通过在表面附近离子注入硼(B)来形成p型半导体区域26。
然后，如图8C所示，通过抗蚀剂掩模62形成用作像素晶体管的源极和漏极(包括浮动扩散区域FD)的n型半导体区域34、35、36和37。浮动扩散区域FD和n型半导体区域34～37应当优选通过离子注入砷(As)而予以形成。期望采用砷(As)的原因是：砷(As)具有较小的扩散系数，因而在n型半导体区域与p型半导体阱区域之间的界面中杂质浓度急剧改变。
浮动扩散区域FD被布置为这样：从浮动扩散区域FD的pn结延展的耗尽层不与隔离电介质区域28的其他部分重叠。换句话说，浮动扩散区域FD被形成得与隔离电介质区域28以及围绕着隔离电介质区域28的p型半导体区域29隔开一定距离。
围绕着隔离电介质区域28的p型半导体区域29被形成得具有比p型半导体阱区域高的杂质浓度。浮动扩散区域FD被形成得具比p型半导体区域29及p型半导体阱区域23高的杂质浓度。浮动扩散区域FD应当优选具有满足以下条件的杂质浓度：即使当向上述电极53施加负偏压时，该杂质浓度也不会受到在表面中诱发的空穴浓度的影响，能抑制耗尽层的延展宽度，也能抑制结漏电流，并且允许与浮动扩散区域FD的充分接触。
p型半导体阱区域23可以具有约1×1012～1×1013/cm3的杂质浓度(按照剂量)。围绕着隔离电介质区域的p型半导体区域29可以具有1×1013～1×1014/cm3的杂质浓度(按照剂量)。
分别用作摄像区域和周边电路中的n沟道MOS晶体管和p沟道MOS晶体管的源极和漏极的n型半导体区域和p型半导体区域每一者都具有未图示的LDD结构的高浓度区域和低浓度区域。
在图9D所示的下个步骤中，用由氧化硅膜50、氮化硅膜30和氧化硅膜40构成的层叠绝缘膜覆盖包括栅极电极32以及栅极电极38、39和41(未图示)的整个表面。氧化硅膜50和40可以是TEOS膜。用由例如钨(W)等高熔点金属或者其他任意金属制成的金属膜53A覆盖上述层叠绝缘膜，金属膜53A稍后将会变成电极53。在固体摄像器件需要遮光特性的情况下，该金属膜兼用作遮光膜。氧化硅膜50、氮化硅膜30和氧化硅膜40的层叠绝缘膜兼用作防反射膜。该层叠绝缘膜应当具有约10nm～250nm的总厚度。
在图9E所示的下个步骤中，对金属膜53A进行图形化从而形成开口，这些开口分别对应于用于光电二极管PD的区域、用于栅极电极的接触部以及用于将要变成源极和漏极的n型半导体区域的接触部。完成图形化从而以如下方式形成电极53：金属膜53A延伸于浮动扩散区域FD和p型半导体阱区域23上方，且完全覆盖从半导体表面露出的耗尽层。
在图9F所示的下个步骤中，沉积层间绝缘膜55，之后通过化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)进行平坦化。然后，形成用于接触部的开口。该开口的内壁上覆盖有由诸如钛(Ti)等高熔点金属或TiN制成的阻挡金属59。然后，通过CVD方法用钨(W)填充该开口。对沉积的钨(W)进行回蚀(etchback)或者CMP处理，从而形成了导电插塞58。
在下个步骤中，用依次沉积得到的由TiN制成的阻挡金属59、铝和阻挡金属59覆盖于层间绝缘膜55上，然后进行图形化从而形成由铝制成的布线56。重复该步骤，以形成多层的布线56。这样，完成了多层布线。
在下个步骤中(未图示)，在形成于各个多层布线上的平坦化膜上，依次形成滤色器和片上透镜。这样就获得了固体摄像器件21。
制造方法的示例2
下面参照图10A和图10B说明用于制造第一实施例固体摄像器件的方法的示例2。本实施例采用了浅沟槽隔离(ShallowTrenchIsolation，STI)结构的隔离电介质区域28。
第一步先制造出n型硅半导体基板22并在该基板中形成p型半导体阱区域23，随后对p型半导体阱区域23进行蚀刻，从而在要形成有隔离电介质区域的区域中形成预定深度的凹槽61。在凹槽61的内壁上覆盖有氧化硅膜62。用p型半导体区域29围绕着凹槽61，该p型半导体区域29是通过在凹槽61内部向p型半导体阱区域23中选择性地离子注入例如硼(B)等p型杂质而形成的。用牺牲氧化物膜59覆盖p型半导体阱区域23的表面。
在图10B所示的下个步骤中，用氧化硅膜63填充凹槽61，从而形成STI结构的隔离电介质区域28。在该步骤之后，执行与图8B～图9F所示的步骤相同的步骤。以与p型半导体区域29分离的方式形成浮动扩散区域FD，使它们二者不相互重叠。可以在形成STI结构的隔离电介质区域28之后形成p型半导体区域29。以与上述相同的方式进行其他步骤(示例1)，因而省略对它们的详细说明。
制造方法的上述示例1和2给出了第一实施例的固体摄像器件21的制造过程，该固体摄像器件21能够限制浮动扩散区域中的漏电流，并且能限制像素间的漏电流差异。
3.第二实施例
固体摄像器件的结构
图11示出了本发明实施例的固体摄像器件或者本发明第二实施例的CMOS型固体摄像器件。本实施例可适用于能够进行全局快门操作的固体摄像器件。第二实施例的固体摄像器件71的基本结构与第一实施例的固体摄像器件21相同。因此，图11中与图3所示的那些部件相同的部件用相同的附图标记表示，并不再重复说明。
本实施例的固体摄像器件71这样构造而成：对全部像素同时将信号电荷从光电二极管PD传输到浮动扩散区域FD，并且在预定时段的期间内将信号电荷保持在浮动扩散区域FD中。换句话说，固体摄像器件71被构造为：将累积在各光电二极管PD中的信号电荷(对于全部像素)传输到它们对应的浮动扩散区域FD并保持在浮动扩散区域FD中，然后将每行像素的信号电荷依次转换为电荷电压并输出。也就是说，浮动扩散区域FD具有存储功能并能够保持电荷。
固体摄像器件71根据图12所示的驱动时序图进行工作。首先，使全部像素的传输晶体管Tr1和复位晶体管Tr2导通，将光电二极管PD中的电荷复位。换句话说，向传输栅极电极发送传输用栅极脉冲TGi和TGi+1，并向复位栅极电极发送复位用栅极脉冲RSTi和RSTi+1。随后，开始曝光并将电荷累积在光电二极管PD中。
接着，固体摄像器件71将全部像素的浮动扩散区域FD复位，然后将信号电荷从光电二极管PD传输到浮动扩散区域FD。换句话说，发送复位用栅极脉冲RSTi和RSTi+1，使复位晶体管Tr2导通并将浮动扩散区域FD复位。期间A对应于全部像素共同的曝光期间。
向电极53持续施加负偏压。然而，仅当将信号电荷从光电二极管PD向浮动扩散区域FD传输时，为了可靠地传输电荷，施加接地电压或者正偏压。在完成信号电荷的传输之后，与传输用栅极电压TGi及TGi+1同时地将电极53的电压Vw恢复到负偏压状态，并且当浮动扩散区域FD保持电荷的时候使电极53处于负偏压状态。换句话说，传输用栅极电压TGi和TGi+1变成负偏压状态。期间Bi对应于保持第i行的电荷的期间，而期间Bi+1对应于保持第i+1行的电荷的期间。
保持在浮动扩散区域FD中的信号电荷将选择用栅极脉冲SELi和SELi+1施加到选择栅极电极并使选择晶体管Tr4导通，从而以行为单位读取像素。在这种情况下，浮动扩散区域FD的电荷保持期间当从第i行移向第i+1行时延长了读取第i行所必需的期间。因此，当读取操作进行到后续的行时，电荷保持期间变长。理想地，在电荷保持期间内，浮动扩散区域FD应当保持电位VFD恒定。然而，实际上，如虚线所示，随着保持期间的延长，由于漏电流的增加，电位会逐渐降低。
另外，在图12中，D期间对应于在浮动扩散区域FD中累积电荷的期间，而P期间对应于在浮动扩散区域FD中不存在电荷的期间。
第二实施例的固体摄像器件71提供了以下优点：能够减小当信号电荷被保持在浮动扩散区域FD中时的漏电流，并且还能够减小像素间的漏电流差异。另外，还能够产生与第一实施例中相同的效果。
4.第三实施例
固体摄像器件的结构
图13示出了本发明实施例的固体摄像器件或者本发明第三实施例的CMOS型固体摄像器件。本实施例可适用于能够进行全局快门操作的固体摄像器件。第三实施例的固体摄像器件73具有位于光电二极管PD与浮动扩散区域FD之间的电荷保持部(所谓的存储部)74，该电荷保持部74暂时保持来自光电二极管PD的信号电荷。电荷保持部74与光电二极管PD相邻接，并且包括n型半导体区域75和栅极电极76，n型半导体区域75形成在p型半导体阱区域23中，栅极电极76形成在n型半导体区域75之上的栅极绝缘膜31上。n型半导体区域74可以在形成要作为浮动扩散区域FD的n型半导体区域时以相同的方式予以形成。在电荷保持部75与浮动扩散区域FD之间的p型半导体阱区域23的表面上，形成有层叠于栅极绝缘膜31上的栅极电极32。电极53被形成得也覆盖着电荷保持部的栅极电极76和传输栅极电极32。
固体摄像器件73的其他结构与第一实施例的固体摄像器件21的结构相同。因此，图13中与图3所示的那些部件相同的部件用相同的附图标记表示，并且不再重复说明。
可以通过与上述第一实施例中的制造方法的示例1和示例2相同的方式来制造第三实施例的固体摄像器件73。根据该制造方法，可以通过与浮动扩散区域FD以及要作为源极和漏极的其他n型半导体区域所采用的步骤相同的步骤，形成电荷保持部74的n型半导体区域75。
第三实施例的固体摄像器件73以如下方式工作：使全部像素在统一期间内曝光，然后向电荷保持部74的栅极电极76施加读取用栅极脉冲，从而将全部像素的光电二极管PD的信号电荷暂时读出到电荷保持部74的n型半导体区域75并保持在电荷保持部74中。然后，像通常那样向传输栅极电极施加传输用栅极脉冲，从而对于全部像素以行为单位将保持在电荷保持部74中的信号电荷传输到浮动扩散区域FD，并且使选择晶体管导通并读出像素信号。除了传输用栅极脉冲的时刻之外以及除了把要施加到电荷保持部74的栅极电极76的读取用栅极脉冲替换为图12所示的栅极脉冲之外，时序图与图12所示的时序图相同。
第三实施例的固体摄像器件73提供了以下优点：由于向电极53施加负偏压，因而能够减小浮动扩散区域FD中的漏电流，并且还能减小像素间的漏电流差异。另一优点是：电荷保持部74的漏电流由栅极电极76的偏压进行控制。另外，还能够产生与第一实施例相同的效果。
5.第四实施例
固体摄像器件的结构
图14示出了本发明实施例的固体摄像器件或者本发明第四实施例的CMOS型固体摄像器件。本实施例的固体摄像器件78不具有被施加负偏压的电极53，但是具有绝缘膜79，该绝缘膜79带有负固定电荷并且完全覆盖着光电二极管PD和浮动扩散区域FD。该绝缘膜79上覆盖有依次形成的氮化硅膜30和氧化硅膜40。带有负固定电荷的绝缘膜79应当具有例如约3nm～100nm的厚度，该厚度对于在p型半导体阱区域23上累积空穴(增加空穴浓度)来说是足够的。
带有负固定电荷的绝缘膜79可以由以下任一种材料形成：二氧化铪(HfO2)、氧化铝(A12O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化镧(La2O3)、氧化钇(Y2O3)。绝缘膜79还可以由以下任一种材料的氧化物形成：Zn、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ti。绝缘膜79可以利用原子层沉积(AtomicLayerDeposition，ALD)方法或者金属有机化学气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，MOCVD)方法予以形成。
固体摄像器件78的其他结构与上述第一实施例的固体摄像器件21的结构相同。图14中与图3所示的那些部件相同的部件用相同的附图标记表示，并不再重复说明。
可以通过与直到图8A～8C所示的步骤相同的方式来制造第四实施例的固体摄像器件78。在这些步骤之后，用依次层叠布置的带有负固定电荷的绝缘膜79、氮化硅膜30和氧化硅膜40覆盖在整个表面上。随后，形成层间绝缘膜、导电插塞和布线。重复该步骤从而形成多层布线层，并在该多层布线层上的平坦化膜上设置滤色器和片上透镜。这样，就获得了固体摄像器件78。
第四实施例的固体摄像器件78提供了以下优点：由于带有负固定电荷的绝缘膜79，因而能够增加p型半导体阱区域23表面中的空穴浓度，从而允许在该表面中出现空穴钉扎。这降低了浮动扩散区域FD的n型半导体区域的表面中的电子密度，并且由于n型半导体区域中的杂质浓度高于p型半导体阱区域23中的杂质浓度，因而能够防止n型半导体区域被耗尽。所得到的状态相当于向电极53施加负偏压的状态，并且这能够减小浮动扩散区域FD中的漏电流(暗电流)，还能够减小像素间的漏电流差异。
带有负固定电荷的绝缘膜79(如第四实施例中所述)可以具有与允许上述全局快门操作的图11和图13所示的结构相同的结构。
6.第五实施例
固体摄像器件的结构
图15示出了本发明实施例的固体摄像器件或者本发明第五实施例的CMOS型固体摄像器件。本实施例的固体摄像器件81具有绝缘膜79，该绝缘膜79带有负固定电荷，并且均匀地形成在位于层叠绝缘膜(其包括氧化硅膜50、氮化硅膜30和氧化硅膜40)之上的层间绝缘膜55上。除了前述结构之外，固体摄像器件81的其他结构与第四实施例的结构相同。因此，图15中与图14所示的那些部件相同的部件用相同的附图标记表示，并不再重复说明。
除了在第四实施例的形成步骤之后执行用于形成带有负固定电荷的绝缘膜79的步骤之外，可以用与第四实施例的固体摄像器件78基本上相同的方式来制造第五实施例的固体摄像器件81。
第五实施例的固体摄像器件81(其具有带有负固定电荷的绝缘膜79以代替被施加负偏压的电极53)产生了与第四实施例相同的效果。该效果为：能够减小浮动扩散区域FD中的漏电流(暗电流)，并且能减小像素间的漏电流差异。
带有负固定电荷的绝缘膜79(如第五实施例中所述)可以具有与允许上述全局快门操作的图11和图13所示的结构相同的结构。
在前述各实施例的固体摄像器件中，各个单位像素可以非共有地包括一个光电二极管和多个像素晶体管(例如四个晶体管或者三个晶体管)；作为可替换的方案，也可以共有地包括多个光电二极管、一个浮动扩散区域FD和一个像素晶体管。
前述各实施例的固体摄像器件被构造为：信号电荷为电子，第一导电型为p型，而第二导电型为n型。然而，该结构也可以应用于信号电荷为正电荷(或者空穴)的固体摄像器件。在这种情况下，第一导电型为n型，而第二导电型为p型。
7.第六实施例
电子设备的结构
上述的本发明实施例的固体摄像器件可以装配在例如照相机系统(诸如数码照相机和摄像机)和具有摄像功能的手机等各种电子设备中。
图16示出了作为本发明第六实施例的电子设备的示例的照相机或摄像机。照相机91包括固体摄像器件92、用于将入射光引导至固体摄像器件92的光电二极管PD的光学系统93以及快门94。照相机91还具有用于驱动固体摄像器件92的驱动电路95和用于对来自固体摄像器件92的输出信号进行处理的信号处理电路96。
固体摄像器件92是上述各实施例的那些固体摄像器件中的任一种。光学系统(光学镜头)93让来自被拍摄对象的入射光在固体摄像器件92的摄像面上形成图像。由此形成的图像致使信号电荷在预定期间内累积到固体摄像器件92中。光学系统93可以包括多个光学镜头。快门94控制固体摄像器件92的曝光时间长度和遮光时间长度。驱动电路95输出驱动信号以控制固体摄像器件92的传输操作和快门94的快门操作。利用由驱动电路95输出的驱动信号(时序信号)，进行来自固体摄像器件92的信号的传输。信号处理电路96进行各种各样的信号处理。在信号处理之后，图像信号被存储到存储器(例如存储介质)中或者被输出到监视器。
由于在固体摄像器件92中浮动扩散区域中的漏电流(暗电流)减小了并且像素间的漏电流差异减小了，因而第六实施例的电子设备(例如照相机等)能够产生高质量的图像。因此，本发明有益于例如高质量照相机等电子设备。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明随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 (17)

1.一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：
第一导电型的第一半导体区域；
光电转换部，所述光电转换部具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；
像素晶体管，所述像素晶体管形成在所述第一半导体区域中；
第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中；以及
电极，所述电极形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上，并且被施加有预定偏压。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，
所述隔离电介质区域由绝缘膜形成，
以围绕着所述绝缘膜的方式形成有第一导电型的第三半导体区域，且所述第一导电型的第三半导体区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度，并且
所述浮动扩散区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度和所述第一导电型的第三半导体区域的杂质浓度，且所述浮动扩散区域与所述第一导电型的第三半导体区域分离。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，施加在所述电极上的所述偏压是如下偏压：所述偏压能够使所述第一半导体区域与所述绝缘膜之间的界面中的多数载流子密度增加。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，
所述第一半导体区域为p型，并且
施加在所述电极上的所述偏压为0V或者为负电压。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，
所述浮动扩散区域为n型，并且
所述浮动扩散区域含有作为杂质的As。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述电极具有遮光特性。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括摄像区域，在所述摄像区域中，呈二维阵列状规则地布置有多个像素，各个所述像素包括所述光电转换部和所述像素晶体管。
8.如权利要求1至7任一项所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括耗尽区域，其中，所述耗尽区域被形成为这样：所述耗尽区域的夹着所述浮动扩散区域的pn结的那一部分位于靠近所述电极的半导体表面处且不与所述隔离电介质区域接触。
9.一种用于制造固体摄像器件的方法，所述方法包括如下步骤：
在半导体基板上形成第一导电型的第一半导体区域、隔离电介质区域和第一导电型的第三半导体区域，所述第三半导体区域围绕着所述隔离电介质区域，且所述第三半导体区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度；
在通过所述隔离电介质区域而被分界的区域中，形成具有第二导电型的第二半导体区域的光电转换部，并在通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中，形成第二导电型的浮动扩散区域；
在所述第一半导体区域中形成具有栅极电极的像素晶体管；以及
在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上形成电极，所述电极将要被施加预定偏压。
10.一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：
第一导电型的第一半导体区域；
光电转换部，所述光电转换部具有第二导电型的第二半导体区域，所述第二半导体区域形成在所述第一半导体区域的通过隔离电介质区域而被分界的区域中；
像素晶体管，所述像素晶体管形成在所述第一半导体区域中；
第二导电型的浮动扩散区域，所述浮动扩散区域形成在所述第一半导体区域的通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中；以及
绝缘膜，所述绝缘膜带有负固定电荷，并形成在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上。
11.如权利要求10所述的固体摄像器件，其中，
所述隔离电介质区域由绝缘膜形成，
以围绕着所述绝缘膜的方式形成有第一导电型的第三半导体区域，所述第一导电型的第三半导体区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度，并且
所述浮动扩散区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度和所述第一导电型的第三半导体区域的杂质浓度，且所述浮动扩散区域与所述第一导电型的第三半导体区域分离。
12.如权利要求10所述的固体摄像器件，其中，
所述浮动扩散区域为n型，并且
所述浮动扩散区域含有作为杂质的As。
13.如权利要求10所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括摄像区域，在所述摄像区域中，呈二维阵列状规则地布置有多个像素，各个所述像素包括所述光电转换部和所述像素晶体管。
14.如权利要求10至13任一项所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括耗尽区域，其中，所述耗尽区域被形成为这样：所述耗尽区域的夹着所述浮动扩散区域的pn结的那一部分位于靠近所述绝缘膜的半导体表面处且不与所述隔离电介质区域接触。
15.一种用于制造固体摄像器件的方法，所述方法包括如下步骤：
在半导体基板上形成第一导电型的第一半导体区域、隔离电介质区域和第一导电型的第三半导体区域，所述第三半导体区域围绕着所述隔离电介质区域，且所述第三半导体区域的杂质浓度高于所述第一半导体区域的杂质浓度；
在通过所述隔离电介质区域而被分界的区域中，形成具有第二导电型的第二半导体区域的光电转换部，并在通过所述隔离电介质区域而被分界的所述区域中，形成第二导电型的浮动扩散区域；
在所述第一半导体区域中形成具有栅极电极的像素晶体管；以及
在位于所述浮动扩散区域与所述隔离电介质区域之间的所述第一半导体区域上，形成带有负固定电荷的绝缘膜。
16.一种电子设备，所述电子设备包括：
固体摄像器件；
光学系统，它用于将入射光引导至所述固体摄像器件的光电二极管；和
信号处理电路，它用于处理来自所述固体摄像器件的输出信号，
其中，所述固体摄像器件是如权利要求1至8任一项所述的固体摄像器件。
17.一种电子设备，所述电子设备包括：
固体摄像器件；
光学系统，它用于将入射光引导至所述固体摄像器件的光电二极管；和
信号处理电路，它用于处理来自所述固体摄像器件的输出信号，
其中，所述固体摄像器件是如权利要求10至14中任一项所述的固体摄像器件。
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