CN102487067B - 固态成像装置和制造固态成像装置的方法 - Google Patents

Abstract

提供了固态成像装置及其制造方法。该固态成像装置包括：布置在半导体基底上表面之上的栅极电极；形成在半导体基底之上以位于栅极电极下的光电转换部分；形成在半导体基底上以位于在平面方向上除面对栅极电极的位置之外的部分中并邻接光电转换部分的侧面的溢出屏障；以及形成在半导体基底之上以邻接溢出屏障与邻接光电转换部分的侧面相对的侧面的漏极。

Description

固态成像装置和制造固态成像装置的方法

技术领域

本公开涉及固态成像装置，具体地说，涉及在像素中采用电荷调制器件的固态成像装置和制造固态成像装置的方法。

背景技术

电荷耦合器件(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等已实际用作固态成像装置。在这样的固态成像装置中，以矩阵形状布置多个像素。

在对应于单个像素的半导体基底层的一部分中，将使用杂质扩散层的预定数目的部分布置在适当的位置。作为CCD，已知其中将形成垂直传输部分的杂质扩散层布置在传输电极之下，并将形成光电转换部分的杂质扩散层布置在传输电极之间的结构(例如，参见JP-A-2006-228762，图1)。在相关技术中，通过自校准，精确地设置垂直传输部分和光电转换部分对于传输电极的相对位置。

自校准指的是通过在半导体基底之上预先形成屏蔽离子的层(例如，电极层或者覆盖层)之后进行离子注入，而关于半导体基底之上所形成的层形成杂质扩散层的处理。通过自校准，可以关于半导体基底之上所形成的各层的边缘精确地确定杂质扩散层之间的相对位置。

发明内容

除了CCD和CMOS之外，还已知电荷调制器件(CMD)作为固态成像装置。在CMD中，形成源极和漏极，以使得电流在源极和漏极之间与半导体层的表面平行地流动。另外，通过插入绝缘层来在源极和漏极之间的半导体层的表面上形成栅极电极。

例如，在具有这种结构的CMD中，可以向每一像素提供光电转换功能和信号放大功能。另外，在CMD中，只要不复位CMD，就维持通过接收光所生成的电荷。不消除电荷，而是在其积累时维持，即使是在作为信号读取其的时候。因此，可以实现所谓的非破坏性读取(nondestructivereading)。

CMD的漏极也用作光电转换部分中所积累的电荷从其释放的溢出漏极。在漏极和光电转换部分之间形成溢出屏障(overflowbarrier)，当复位CMD的光电转换部分中所积累的电荷时，通过向漏极施加复位电压来消除溢出屏障。因此，将电荷从光电转换部分释放到溢出漏极。

优选地，制造CMD，以使得通过自校准，精确地确定半导体基底中每一部分的相对位置。因此，如果将现有技术的像素结构的制造过程直接应用于CMD的制造，则可以以其间精确的相对位置形成栅极电极、溢出屏障、漏极等。然而，由于现有技术的制造过程最初是针对CCD而设计的，所以栅极电极、溢出屏障、漏极等之间的位置关系不适于CMD结构。因此，本发明者意识到这样一些困难与问题：难以充分提高从漏极到溢出屏障的调制度，且必须设置高的复位电压。

因此，希望提供一种CMD型固态成像装置，其中在假设通过自校准来精确地设置杂质扩散层的相对位置的情况下可以降低复位电压。

本公开的实施例涉及固态成像装置，包括：布置在半导体基底的上表面之上的栅极电极；形成在半导体基底之上以位于栅极电极下的光电转换部分；形成在半导体基底之上以位于平面方向上除面对栅极电极的位置之外的部分中并邻接光电转换部分的侧面的溢出屏障；以及形成在半导体基底之上以邻接溢出屏障与邻接光电转换部分的侧面相对的侧面的漏极。因此，与其中溢出屏障在平面方向上位于面对栅极电极的情况相比，可以降低作为用于确定从漏极到溢出屏障的调制度的因素的栅极电极和溢出屏障之间的耦合电容。

在该实施例中，光电转换部分和溢出屏障互相邻接的边界位置可以与栅极电极的一端的位置相匹配。因此，可以关于栅极电极的端部限定光电转换部分和溢出屏障之间的边界位置。

在该实施例中，固态成像装置还可以包括布置为邻接漏极侧上栅极电极一端的侧壁部分。溢出屏障和漏极互相邻接的边界位置可以与侧壁部分的一端的位置相匹配。因此，可以关于侧壁部分的端部限定溢出屏障和漏极之间的边界位置。

在该实施例中，侧壁部分可以是在对其中布置栅极电极的半导体基底的前表面上形成的侧壁材料层执行去除过程时没有去除的剩余侧壁材料层的一部分。因此，可以通过去除侧壁材料层的过程来形成侧壁部分。

在该实施例中，可以在执行去除侧壁材料层的过程时设置从邻接栅极电极的一端到相对端延伸的侧壁部分的宽度。因此，可以在去除侧壁材料层的过程中调整侧壁部分的宽度。

本公开的另一实施例涉及制造固态成像装置的方法，包括：通过向半导体基底进行离子注入来形成对应于光电转换部分的第一杂质扩散层；在其中已经形成了第一杂质扩散层的半导体芯片的上表面上形成栅极电极；通过对其中已经形成了栅极电极的半导体基底进行离子灌输来形成对应于溢出屏障的第二杂质扩散层；在其中已经形成了第二杂质扩散层的半导体基底的整个上表面上形成侧壁材料层；当执行了从半导体基底去除侧壁材料层的过程时，形成作为在栅极电极的一端中没有去除的剩余侧壁材料层的一部分的侧壁部分；以及通过对其中已经形成了侧壁部分的半导体基底进行离子注入来形成对应于漏极的第三杂质扩散层。于是，可以关于每一栅极电极和侧壁部分来通过自校准形成在平面方向上面对栅极电极的溢出屏障。

根据本公开的实施例，可以提供CMD型固态成像装置，可通过自校准来精确地设置杂质扩散层的相对位置，并可以将复位电压设置为较低的值。

附图说明

图1是说明了根据本公开实施例的CMD型像素的等效电路的图。

图2是说明了根据本公开实施例的图像传感器的示例性电路配置的图。

图3是选择性地说明了根据本公开实施例的单列像素阵列的配置的图。

图4A和图4B是说明了根据本公开实施例的像素的示例性结构的图。

图5是说明了像素中的屏障部分中的电位的图。

图6A到图6C是说明了根据本公开实施例的像素制造过程的示例性序列的图。

图7A和图7B是说明了根据本公开实施例的像素制造过程的示例性序列的图。

图8A和图8B是说明了根据本公开实施例的像素制造过程的示例性序列的图。

图9是示意性地说明了溢出屏障、栅极电极、光电转换部分和漏极之间生成的耦合电容的图。

具体实施方式

以下，将按下列顺序描述本公开的实施例。

1.第一实施例：具有在不面对栅极电极的位置形成的溢出屏障的示例性CMD像素

2.修改

<1.第一实施例>

[1.像素的示例性配置]

根据本公开实施例的图像传感器在像素中采用电荷调制器件(CMD)。CMD具有形成以使电流与半导体层的表面平行地流动的源极区域和漏极区域。另外，还通过插入绝缘层而在源极和漏极区域之间的半导体层表面上提供栅极。因此，作为静电感应晶体管(SIT)，横向地提供了具有栅极、漏极以及源极区域的所谓的横向结构。

图1说明了根据本公开实施例的作为用于形成图像传感器的像素的具有CMD结构的像素300的等效电路。参考图1，可以看到单个光电二极管PD依次连接到像素300中的单个晶体管TR。光电二极管PD是用于光电转换的部分，且对应于所接收的光量的电流流过其。在CMD的光电转换中，可以考虑在晶体管TR的后侧形成光电二极管PD。尽管图中阳极侧接地，然而实际上，其连接到套管区(wellregion)，这等效于接地。

晶体管TR与相应的列信号线的负载电流源一起形成了源极跟随器，如以下所述。晶体管TR将从光电二极管PD所获得的电荷放大，并将放大的电荷输出到相应的列信号线。

图1中所示的电路，即采用CMD的像素300本身具有光电转换功能和信号放大功能。另外，在图1中所示的配置的像素300中不存在浮置扩散。浮置扩散指的是像素电路中积累在光电二极管PD中的电荷发送到的部分。在采用CDM的像素300中，只要不复位像素300，就积累和维持在接收光时在光电二极管PD中所生成的电荷，而不消除电荷，即使将其作为信号读取时。因此，可以实现所谓的非破坏性读取。

[图像传感器的配置]

以下，将参考图2和图3描述根据本公开实施例的图像传感器100的示例性配置。图2说明了整个图像传感器100的配置，且图3部分地说明了图像传感器100的像素阵列110的第一列中第一到第六行的像素300，以及对应于第一列的CDS处理单元200的配置。

首先，如图2所示，图像传感器100通常包括像素阵列110、定时控制电路120、行扫描电路130、列扫描电路140、基准信号生成器电路150和CDS处理单元200。

例如，像素阵列110包括几百万或者更多的以n行和m列的矩阵形状布置的预定数目的像素300。如图3所示，每一像素300还具有与图1的等效电路的CMS配置相同的CMS配置。

另外，例如，尽管像素阵列110形成在单个半导体基底(芯片)上，然而，图2中所示的像素阵列110之外的每一部分、电路等也整体地形成在与像素阵列110相同的半导体基底上。

定时控制电路120基于从图像传感器100的外侧输入的主时钟MCK来生成所希望的时钟/定时信号。将以此方式生成的时钟/定时信号输出到图像传感器100中的相应部分，并用于确定每一部分的操作定时。

行扫描电路130包括移位寄存器、解码器等，且用于逐行地顺序扫描像素阵列110。每一行扫描电路130在对应于每一水平扫描周期的预定定时输出行选择信号VG1到VGn和复位信号VD1到VDi。因此，以从第一行到最后一行(对应于一个帧周期)的预定次序顺序地扫描每一行。以从定时控制电路120输出的定时信号设置以上所提到的从行扫描电路130输出信号的定时。

与行扫描电路130类似，列扫描电路140包括移位寄存器、解码器等，并扫描每一相应的列。列扫描电路140响应于定时控制电路120的控制，而以预定定时输出列控制信号HSEL-1A和HSEL-1B到HSELm-A和HSELm-B。例如，列控制信号HSEL-1A和HSEL-1B到HSELm-A和HSELm-B中的每一个分别对应于像素信号VSL-1A和1B到VSL-mA和mB中的每一个。

基准信号生成器电路150以由定时控制电路120控制的定时生成具有预定斜度的斜坡波形的基准信号VREF，并且将基准信号VREF输出到CDS处理单元200。

以下，将描述行和列方向中像素阵列110和信号线之间的连接的实施例。如图2所示，从行扫描电路130输出的行选择信号VG1的行信号线共同地连接到像素阵列110中第一行的像素300。类似地，从行扫描电路130输出的行选择信号VG2到VGn的行信号线依次共同地连接到第二行到第n行中每一行的像素300。另外，例如，行选择信号VG1到VGn的行信号线连接到如图3中第一列中第一行到第六行的像素300中所示的相应行的像素300中的晶体管TR的栅极。

同一列中第一和第二行的像素300的每一晶体管TR具有公共连接点。该连接点用作其中共同地连接第一和第二行的像素300的晶体管TR的漏极的漏极连接点DCNT1。从行扫描电路130输出的复位信号VD1的行信号线连接到漏极连接点DCNT1。然后，类似地，在从第三和第四行对开始至第n-1行和第n行对的每一行中，提供每一像素300的晶体管TR的漏极共同地连接到的漏极连接点DCNT2到DCNTn/2。从行扫描电路130输出的复位信号VD2到VD(n/2)的行信号线分别连接到漏极连接点DCNT2到DCNTn/2。

在根据本公开实施例的图像传感器100中，两条列信号线对应于单个列。即，如图2所示，在第一列中，相应地提供了用于像素信号VSL-1A和VSL-1B的两条列信号线。类似地，在第二到第m列中，相应地提供了分别用于像素信号VSL-2A和VSL-2B到VSL-mA和VSL-mB的两条列信号线。如图3中所示，用作恒定电流源的负载电流源(IS)112连接到每一列信号线。

更具体地说，以下列方式连接列信号线和像素300。即，如图3所示，首先，在第一行的像素300的晶体管TR中，仅其源极连接到像素信号VSL-1A的列信号线。接下来，通过共同地连接第二和第三行的像素300的晶体管TR的源极来提供源极连接点SCNT1，且像素信号VSL-1B的列信号线连接到源极连接点SCNT1。类似地，通过共同地连接第四和第五行的像素300的晶体管TR的源极来提供源极连接点SCNT2，且像素信号VSL-1A的列信号线连接到源极连接点SCNT2。另外，还通过共同地连接第六和第七行(未在图中显示)的像素300的源极来提供源极连接点SCNT3，且像素信号VSL-1B的列信号线连接到源极连接点SCNT3。类似地，依次通过连接相邻两行的像素300的晶体管TR的源极来提供源极连接点SCNT4、SCNT5、SCNT6、...等。在源极连接点SCNT4、SCNT5、SCNT6、...等中，像素信号VSL-1A的列信号线连接到源极连接点SCNT4、SCNT6、SCNT8、...等，且像素信号VSL-1B的列信号线连接到源极连接点SCNT5、SCNT7、SCNT9...等。即，在列方向上沿着相应的布置顺序，源极连接点SCNT交替地连接到像素信号VSL-1A和像素信号VSL-1B的每一列信号线。类似地对于第二列到第m列进行与结合图3所描述的第一列对应的列信号线和像素300之间的连接。

如以上所述的，每一像素300和列信号线之间的连接对应于列信号线和像素内的晶体管TR的源极之间的连接。单个像素300的晶体管TR以及连接到晶体管TR的源极的列信号线的负载电流源112构成源极跟随器。即，通过列信号线所获得的像素信号VSL对应于在连接到相应列信号线的像素300当中以行方向选择的单个像素300的源极跟随器的输出。在该配置中，可以认为对于电荷传输功能、放大功能和复位功能共享单个晶体管TR。

对于每一列信号线所获得的像素信号VSL-1A和VSL-1B到VSL-mA和VSL-mB分别输入到CDS处理单元200。CDS处理单元200接收像素信号VSL并且执行相关双取样(CDS)过程，以使得依据所接收的光量(所接收的光分量)输出具有对应于信号分量的电平的像素信号。CDS处理单元200通过CDS过程输出作为数字信号的像素信号。数字信号的像素信号从CDS处理单元200作为成像信号数据Vdata输出。例如，由图像信号处理系统(未在图中显示)接收成像信号数据Vdata，并且用于部件的处理，例如所捕获的图像数据的创建。

在根据本公开实施例的CDS处理单元200中，如图3所示，CDS电路210-A和210-B分别提供在用于一对两个像素信号VSL-1A和VSL-1B对的两条列信号线中。CDS电路210-A接收像素信号VSL-1A、通过CDS处理执行A/D转换、以及以对应于列控制信号HSEL-1A的定时输出像素信号数据DVSL-1A。类似地，CDS电路210-B接收像素信号VSL-1B、执行A/D转换、以及以对应于列控制信号HSEL-1B的定时输出像素信号数据DVSL-1B。

根据本公开的实施例，类似地，对于每一对剩余列信号线相应地提供CDS电路210-A和210-B。类似地，CDS电路210-A和210-B以对应于列控制信号HSEL2-A和HSEL2-B到HSELm-A和HSELm-B的输出的定时来顺序地输出相应的像素信号VSL-2A和VSL-2B到VSL-mA和VSL-mB。从CDS处理单元200输出的图像信号数据Vdata包括相应地输出到每一列信号线的像素信号VSL-1A和VSL-1B到VSL-mA和VSL-mB。

在通过CDS处理的A/D转换操作中，设置包括D-相位周期和接着D-相位周期的P-相位周期的A/D转换周期，并且重复该A/D转换周期。在D-相位周期期间，在光电二极管中积累电荷。在P-相位周期期间，不在光电二极管中积累电荷。

首先，在D-相位周期中，在像素信号VSL中展现对应于所接收光量的电平。在D-相位周期中，在像素信号VSL和参考信号VREF设置为相同的电压之后，CDS电路210启动计数，并且当反转了像素信号VSL和具有斜坡波形的基准信号VREF之间的量值关系时，停止计数。以这一方式所获得的计数值指示D-相位周期中所获得的像素信号VSL的电平。

当终止D-相位周期，并启动P-相位周期时，复位处理目标像素300。在复位时，作为复位信号VD的脉冲从行扫描电路130输出到漏极连接点DCNT，即，与处理目标像素300的行对应的漏极。因此，在处理目标像素300中，光电二极管PD中积累的电荷释放到晶体管TR的漏极中，并且复位电平输出到列信号线。CDS电路210从P-相位周期中的预定定时启动计数，并且当反转像素信号VSL和具有斜坡波形的基准信号VREF之间的量值关系时停止计数。该计数值对应于复位电平。

CDS电路210从D-相位周期中所获得的计数值减去P-相位周期中所获得的计数值。尽管D-相位周期中的像素信号VSL是对应于所接收的光的电平，其也包括作为复位电平的偏移分量，而且复位电平包括依赖于每一像素中的偏差的变化分量等。因此，作为减法结果所获得的值指示与从其去除了偏移分量的精确接收的光量对应的像素信号电平。得到的值作为像素信号数据DVSL输出。于是，根据本公开实施例的图像传感器100配置为将在接收光时在像素300中所积累的电荷转换为数字图像信号，并输出数字图像信号。

[示例性像素结构]

图4A和图4B说明了像素300的详细的结构实例。图4A为说明像素300的平面图。图4B为沿图4A的线a1-a2所取的截面图，并且示意性地说明了在像素300中形成的杂质扩散层的示例性结构。在图4A和图4B的像素300中，从作为图2的图像传感器100的固态成像装置的结构中选择性地说明了对应于单个像素300的结构。在图4A的平面图中，为了阐明半导体基底310侧的形成部分和栅极电极321之间的位置关系，透明地画出栅极绝缘膜311以示出其下部。从以下的描述中可以明显看出，线a1-a2的方向对应于电流通过沟道314在源极313和漏极312之间流到的方向。因此，线a1-a2的方向被称为源极-漏极方向。

图4A和图4B中所示的像素300包括由硅制成的半导体基底310和形成在其上的栅极电极321。在半导体基底310中，在适当的位置形成构成像素300的预定的杂质扩散层等，如以下所描述的。侧壁部分322布置在其中布置了漏极312和源极313的一侧中栅极电极321的边缘部分中。提供侧壁部分322以在制造以下所述的像素300的过程中通过自校准来设置溢出屏障317和漏极312的侧面之间的边界。

在栅极绝缘膜311下形成沟道314的层。在沟道314的层下形成沟道传感器间屏障315。沟道传感器间屏障315是用于防止沟道314和光电转换部分316之间电荷泄露的屏障。在源极-漏极方向上在栅极电极321的两侧形成源极313和漏极312。在与漏极312内侧的侧壁部分322的平面位置相同的平面位置形成溢出屏障317。在像素300的外边缘中形成绝缘屏障318，如图中所示。绝缘屏障318也称为套管，且用作用于防止相邻像素300之间电子的泄露的屏障。

光电转换部分316是用于积累对应于入射光的电荷的部分，并形成于由绝缘屏障318、溢出屏障317以及沟道传感器间屏障315所包围的部分中。

因此，图4A和图4B的像素300具有与图1的CMD的等效电路对应的结构。即，源极313、沟道314、漏极312、栅极绝缘薄膜311以及栅极电极321构成对应于图1的晶体管TR的部分。在这样的晶体管TR的结构中，漏极312和源极313之间的电流通过沟道314与半导体基底310的表面平行地流动。光电转换部分316对应于图1的光电二极管PD。

在图4A和图4B的结构中，漏极312也用作溢出漏极。即，光电转换部分316中所积累的过多的电荷释放到溢出屏障317之上的漏极312。图5说明了由图4B的虚线b1-b2指示的每一屏障部分中的电位。如图5所示，在绝缘屏障318、沟道传感器间屏障315以及溢出屏障317当中，溢出屏障317具有最深的电位，且因此，电荷积累在溢出屏障317中。当积累量等于或者大于某个值时，过多的电荷释放到漏极312侧。在图4A和图4B的结构中，关于光电转换部分316和溢出屏障317，在横向方向上沿源极-漏极方向并排地布置作为溢出漏极的漏极312。在该结构中，也可以将溢出漏极称为横向溢出漏极。

在作为CMD的像素300中，如以上所描述的，当启动P-相位周期时，复位所积累的电荷，并且在复位时，使用具有预定电压值的脉冲将复位信号VD施加于漏极312。通过施加复位信号VD，消除了溢出屏障317，并且光电转换部分316中所积累的电荷释放到漏极312。溢出屏障317还随复位信号VD的电压值的增加而减少。因此，消除溢出屏障317所需的电压值设置为复位信号VD。因此，在现有技术中，必须将复位信号VD的电压值设置为高于诸如栅极电压(行选择信号VG)之类的其它晶体管驱动电压。然而，考虑能耗，优选地将复位信号VD尽量设置得低。

因此，根据本公开的实施例，如图4A和图4B所示，在平面方向上除面对栅极电极321的位置之外的区域中形成溢出屏障317。具体地说，溢出屏障317布置在形成于栅极电极321的一端中的侧壁部分322下。尽管以下将描述其原因，然而，以这一方式可以通过设置栅极电极321和溢出屏障317之间的位置关系来降低复位信号VD的电压值。因此，可以减少能耗。此处，平面方向指的是平行于栅极电极321的表面的平面上的二维位置。因此，当从垂直于栅极电极321的表面的方向看时，溢出屏障317和栅极电极321布置在不同区域中。

在现有技术中诸如栅极电压之类的较高电压值设置为复位信号VD的情况下，必须对于复位信号VD单独地安装电源电路。相比之下，根据本公开的实施例，由于可以降低复位信号VD的电压值，所以可以将复位信号VD的电压值设置为与栅极电压等相同的值。因此，对于栅极电压等以及对于复位信号VD可以使用相同的电源电路，并减小电路尺寸。

[制造像素的示例性过程]

以下，将参考图6A到图8B描述图4A和图4B的像素300的制造过程。图6A到图8B中所示的像素300相应于图4B中虚线所包围的部分。此处，在像素300的制造过程当中，将描述与图4B中虚线所包围的部分相关的过程。即，将描述设置栅极电极321和溢出屏障317之间的位置关系的过程，以及通过自校准来精确地限定栅极电极321、溢出屏障317以及漏极312之间的位置关系的过程。

首先，如图6A所示，在半导体基底310的表面上形成了栅极绝缘膜311。因此，通过热氧化技术形成由氧化硅膜制成的表面氧化膜，并且通过诸如化学蒸汽沉淀(CVD)技术之类的沉淀来顺序地堆叠了硅氮化硅膜和氧化硅膜。

然后，通过插入栅极绝缘膜311，通过执行向半导体基底310的硼离子(B+)的离子灌输(plantation)，从而形成p-型层331，并且通过执行砷离子(As+)的离子注入(implantation)来形成n-型层332。n-型层332是根据本公开实施例的第一杂质扩散层的示例。

接下来，如图6B所示，例如，通过沉淀，在栅极绝缘膜311的上表面上形成由多晶硅制成的电极材料层333。然后，通过对于电极材料层333执行照相平版印刷来形成栅极电极321，如图6C所示。

然后，如图7A所示，通过离子灌输形成p-型层335。在该情况下所注入的离子不通过栅极电极321传输。因此，形成p-型层335，以使得位于栅极电极321下的n-型层332保留，并消除不在栅极电极321之下的部分中的n-型层332。位于栅极电极321之下并保留未被消除的一部分n-型层332对应于光电转换部分316。另外，位于光电转换部分316之下的p-型层331用作沟道传感器间屏障315，如图4B所示。而且，p-型层335对应于根据本公开实施例的第二杂质扩散层的示例。

关于栅极电极321的边缘来通过自校准形成p-型层335。因此，如图7A中的虚线所表示的，其中p-型层335、p-型层331以及光电转换部分316的每个侧面互相邻接的边界位置与栅极电极321的端部的位置相匹配。即，关于栅极电极321的位置以高精读设置边界位置。

接下来，如图7B所示，在其中已经通过沉淀形成了栅极电极321的半导体基底310的整个表面上形成侧壁材料层334。然后，通过后蚀刻过程去除侧壁材料层334，如图8A所示。作为后蚀刻过程的结果，与栅极电极321的侧面相接触的侧壁材料层334的一部分保留未被去除。因此，保留未被去除的侧壁材料层334的一部分对应于侧壁部分332。

另外，在后蚀刻过程期间，可以以相对高的精度调整如图8A和图8B所示的侧壁部分322的源极-漏极方向上的宽度W。侧壁部分322的宽度W限定源极-漏极方向上溢出屏障317的宽度，如以下所描述的。因此，根据本公开的实施例，必须设置侧壁部分322的宽度W，以使得p-型层最有效地用作溢出屏障317。

然后，如图8B所示，以高浓度执行离子注入。侧壁材料层334屏蔽所注入的离子，而不传输它们。于是，在侧壁部分322的端部位置的外侧形成n+-型层以消除p-型层335。按这一方式形成的n+-型层对应于漏极312。另外，尽管在侧壁部分322之下形成了保留未被消除的p-型层335的一部分，然而该部分对应于溢出屏障317。关于虚线L1所表示的侧壁部分322的端部，通过自校准来限定邻接漏极312的侧面和面对漏极312的溢出屏障317的侧面的边界位置。作为漏极312的n+-型层对应于根据本公开实施例的第三杂质扩散层的示例。

与图8B相比，在邻接p-型层331中的栅极绝缘膜311的边界中形成图4B的沟道314。

与漏极312类似，关于源极侧中侧壁部分332的端部，通过自校准，由离子灌输形成图4B中的源极313。类似于漏极，源极313由n+-型层制成。

从以上的描述中可以明显看出，关于栅极电极321和侧壁部分322，通过自校准来限定溢出屏障317的位置。而且，形成漏极312，以使得如以上所述的，通过自校准来限定与溢出屏障317的边界。即，根据本公开的实施例，由于通过自校准形成溢出屏障317和漏极312，所以可以在其形成位置中无偏差地获得高精度。因此，例如，可以在形成图像传感器100的每一像素300中减小诸如饱和电荷量或者复位值之类的偏差。

在以上所提到的过程中，关于栅极电极321，通过自校准来形成用作溢出屏障317的源极的p-型层335。而且，还关于形成在栅极电极321的端部中的侧壁部分322，通过自校准来形成溢出屏障317和漏极312。因此，在平面方向上在侧壁部分322下形成溢出屏障317。通过图6A到图8B中所示的根据本公开实施例的过程，可以在平面方向上在不面对栅极电极321的位置通过自校准来形成溢出屏障317。

侧壁部分322用作用于在以图8B所示的自校准形成漏极312和溢出屏障317的基准，且不具有其它功能。于是，在图8B的过程之后，可以添加去除侧壁部分322的过程。然而，即使侧壁部分322保持其原来的状态，图像传感器的大小或者操作也不会有问题。因此，为了减少根据本公开实施例的过程的数目，假设不执行去除侧壁部分322的过程。

[复位电压的描述]

如以上所述的，栅极电极321和溢出屏障317定位为不互相面对。因此，如以上所描述的，可以降低要作为复位信号VD输出的脉冲电压的值。在这一情况下，将作为复位信号VD的脉冲电压称为复位电压。

此处，作为与本公开实施例的比较，假设将根据在JP-A-2006-228762中所公开的现有技术中的制造过程所制造的像素应用于CMD。按该方式制造的CMD的像素具有与JP-A-2006-228762中所公开的CCD类似的杂质扩散层的布置结构。另外，栅极电极321、栅极绝缘膜311、光电转换部分316、溢出屏障317以及漏极312如下对应于JP-A-2006-228762中所公开的CCD的部分。具体地说，在传输电极的位置形成栅极电极321。在传输电极下形成栅极绝缘膜311作为绝缘膜。在传输电极下形成的传输CCDn-型层的位置形成光电转换部分316。在传输CCDn-型层的横向侧布置的光传感器n-型层的位置形成漏极312。溢出屏障317形成在传输CCDn-型层和光传感器n-型层之间的电荷读取部分的位置。在现有技术的制造过程的CMD的像素结构中，在平面方向上在面对栅极电极321的位置布置溢出屏障317。

如以上所描述的，复位电压施加于漏极312，这样的电压施加消除了溢出屏障317。可以由调制度指示可依据施加于漏极312的电压消除多少溢出屏障317。此处，调制度表示目标点取决于施加到特定部分的固定电位的改变程度。根据本公开的实施例，施加到特定部分的固定电位对应于施加到漏极312的复位电压，且目标点对应于溢出屏障317。

可以使用目标点和在周围将固定电位施加到的部分之间的耦合电容来获得调制度。具体地说，从漏极312到溢出屏障317的调制度可以如下方式获得。

图9说明了类似于图8B的像素300的结构。在图9中，在对应于目标点的溢出屏障317的周围将固定电压施加到的部分包括栅极电极321、光电转换部分316以及漏极312。此处，C1表示栅极电极321和溢出屏障317之间的耦合电容。此外，C2表示光电转换部分316和溢出屏障317之间的耦合电容。此外，C3表示漏极312和溢出屏障317之间的耦合电容。可以基于下列方程获得从漏极312至溢出屏障317的调制度G。

G＝C3/(C1+C2+C3)

即，可以获得调制度G，作为通过平行连接漏极312和溢出屏障317之间的耦合电容所获得的电容与通过使用溢出屏障317作为目标点所获得的总的耦合电容的比率。

如果施加到漏极312的复位电压具有同样的情况，则当调制度G增加时，溢出屏障317易于改变。即，易于消除。这意味着当调制度G增加时，可以使用低复位电压消除溢出屏障317。

在以上所提到的方程中，当任何一个分母，即耦合电容C1或者C2减小时，调制度G增加。因此，与现有技术相比，本公开的实施例注重于栅极电极321和溢出屏障317之间的耦合电容C1，使得通过减小耦合电容C1来增加调制度G。

即，在使用现有技术制造过程的CMD的像素中，溢出屏障317面对栅极电极321布置。其原因在于，现有技术的制造过程最初是针对制造CCD而设计的，而且，由于在栅极电极321的位置形成的传输电极，所以必须将电压施加到在溢出屏障317的位置形成的电荷读取部分。在这一情况下，布置在传输电极下的电荷读取部分和两侧的面对区域有益地设置得尽可能大。然而，在具有这样的结构的CMD的情况下，栅极电极321和溢出屏障317之间的面对区域设置得大，而且栅极电极321和溢出屏障317之间的耦合电容C1也增加。因此，减小了调制度G。

然而，在CMD型像素的情况下，由于电荷读取部分的区域对应于溢出屏障317，所以不必从栅极电极321向溢出屏障317施加电压。因此，根据本公开的实施例，在平面方向上在其中未布置栅极电极321的位置形成溢出屏障317。可以建立位置关系，以使得栅极电极321和溢出屏障317之间的面对区域减小到几乎为0，并且耦合电容C1设置为显著小的值。于是，根据本公开实施例的像素300的调制度G大于使用现有技术的过程所制造的CMD型像素的调制度G。另外，与现有技术相比，还可以将复位电压设置为较低的值。

具体地说，假设使用现有技术过程制造的CMD型像素的耦合电容C1、C2和C3设置如下：

C1＝4.0fF，

C2＝0.5fF，以及

C3＝0.5fF。

在这一情况下，调制度G变为0.1。

相比之下，假设根据本公开实施例的像素300的耦合电容C1、C2和C3设置如下：

C1＝1.0fF，

C2＝0.5fF，以及

C3＝0.5fF。

即，与使用现有技术的过程制造的CMD型像素相比，耦合电容C2和C3相同，然而，由于栅极电极321和溢出屏障317之间的位置关系的差，耦合电容C1减少至1.0fF。在这一情况下，调制度G变为0.2，这是使用现有技术过程所制造的CMD型像素的调制度G的2倍。例如，在使用现有技术过程所制造的CMD型像素中，需要3V的复位电压。然而，根据本公开的实施例，可以将复位电压设置为1.5V，这是现有技术复位电压的一半。

因此，根据本公开的实施例，可以通过在漏极312下形成不面对栅极电极321的溢出屏障317来降低复位电压。另外，例如，由于通过自校准形成用作溢出屏障317和溢出漏极的漏极312，所以降低了图像传感器的每一像素300的特性的变化，并且不妨碍最小化。

在现有技术的制造过程中，必须在平面方向上在其中布置传输电极的范围内的位置形成电荷读取部分。因此，与根据本公开实施例的制造过程不同，难以关于传输电极通过自校准来形成电荷读取部分。因此，在使用现有技术的制造过程中，必须在形成传输电极之前形成覆盖层，并且通过关于覆盖层执行自校准，来设置传输CCDn-型层和电荷读取部分之间的边界。相比之下，在平面方向上在偏离栅极电极321的位置布置根据本公开实施例的溢出屏障317。因此，可以在不形成覆盖层的情况下，通过关于栅极电极321的自校准来形成溢出屏障317，并且减少了过程数目。

<2.修改>

[应用于除CMD之外的类型]

在以上的描述中，假设像素300为CMD型。然而，如果像素构造为使得横向形成溢出屏障和漏极(溢出漏极)，则也可以将本公开的实施例应用于除CMD之外的类型。具体地说，作为对根据本公开实施例的固态成像装置的修改，可以想象除CMD之外的像素结构，其中在平面方向上不面对栅极电极地形成溢出屏障。可以适当地改变像素300中的结构的细节。

本领域技术人员将理解，本公开的实施例仅为实现本公开的示例，从说明书中可以明显看出，本公开实施例中所描述的要素对应于所附权利要求中的具体要素。类似地，所附权利要求中的具体要素对应于本公开实施例中类似命名的要素。所述实施例不意在对本公开进行限制，而可以在不背离所附权利要求或者其等效物的精神与范围的情况下对本公开进行多方面的修改、组合、部分组合以及变更。

本公开包括与于2010年12月2日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP2010-269176中所公开的主题相关的主题，将其全部内容并入此处以作参考。

Claims (5)

1.一种固态成像装置，包括：

栅极电极，布置在半导体基底的上表面之上；

光电转换部分，形成在所述半导体基底中以位于栅极电极下；

溢出屏障，形成在所述半导体基底中以位于在平面方向上除面对栅极电极的位置之外的部分中，并邻接所述光电转换部分的侧面；

漏极，形成在所述半导体基底中以邻接所述溢出屏障的侧面，所述溢出屏障的所述侧面与邻接所述光电转换部分的侧面相对；以及

侧壁部分，布置为邻接漏极侧中所述栅极电极的一端，

其中，所述溢出屏障和所述漏极互相邻接的边界位置与所述漏极侧中的所述侧壁部分的一端的位置相匹配。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述光电转换部分和所述溢出屏障互相邻接的边界位置与所述栅极电极的一端的位置相匹配。

3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述侧壁部分是在执行其中布置所述栅极电极的半导体基底的前表面上形成的侧壁材料层的去除过程时保留未被去除的侧壁材料层的一部分。

4.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中，在执行去除侧壁材料层的过程时设置从邻接所述栅极电极的一端到相对端延伸的侧壁部分的宽度。

5.一种制造固态成像装置的方法，包括：

通过对半导体基底执行离子注入，来形成对应于光电转换部分的第一杂质扩散层；

在其中已经形成了所述第一杂质扩散层的半导体基底的上表面上形成栅极电极；

通过对其中已经形成了所述栅极电极的半导体基底执行离子灌输，来形成对应于溢出屏障的第二杂质扩散层；

在其中已经形成了所述第二杂质扩散层的半导体基底的整个上表面上形成侧壁材料层；

当执行了从半导体基底去除侧壁材料层的过程时，形成作为在所述栅极电极的一端中保留未被去除的侧壁材料层的一部分的侧壁部分；以及

通过对其中已经形成了所述侧壁部分的半导体基底执行离子注入来形成对应于漏极的第三杂质扩散层，

其中，所述溢出屏障和所述漏极互相邻接的边界位置与所述漏极侧中的所述侧壁部分的一端的位置相匹配。