CN102576717A - 固态图像拾取装置 - Google Patents

固态图像拾取装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102576717A
CN102576717A CN2010800445804A CN201080044580A CN102576717A CN 102576717 A CN102576717 A CN 102576717A CN 2010800445804 A CN2010800445804 A CN 2010800445804A CN 201080044580 A CN201080044580 A CN 201080044580A CN 102576717 A CN102576717 A CN 102576717A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor regions
photoelectric conversion
electric charge
conversion section
retaining part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800445804A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102576717B (zh
Inventor
小林昌弘
山下雄一郎
大贯裕介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN102576717A publication Critical patent/CN102576717A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102576717B publication Critical patent/CN102576717B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14806—Structural or functional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

固态图像拾取装置包括多个像素，多个像素中的每一个包含光电转换部分(104)、电荷保持部分(102)、浮置扩散(114)和传送部分(103)。像素还包含保持部分下隔离层(111)和像素隔离层(117)。与保持部分下隔离层的光电转换部分侧的端部相比，像素隔离层的光电转换部分侧的端部远离光电转换部分，并且，构成光电转换部分的一部分的N型半导体区域(105)被设置在保持部分下隔离层的至少一部分下方。

Description

固态图像拾取装置
技术领域
本发明涉及固态图像拾取装置。更具体地，本发明涉及其中各像素具有电荷保持部分的固态图像拾取装置。
背景技术
近年来，为了固态图像拾取装置的高性能化，考虑如下这样的配置，在该配置中，像素中的每一个具有与光电转换部分和浮置扩散(以下，FD)隔离的电荷保持部分。首先，如在PTL1和PTL2中描述的那样，为了实现全局电子快门，在各像素中设置电荷保持部分。第二，如在PTL3中描述的那样，为了扩展动态范围，在各像素中设置电荷保持部分。第三，如在PTL4中描述的那样，为了实现对于各像素具有模数(AD)转换器的配置，在各像素中设置电荷保持部分。
PTL1公开了在P型阱中设置光电转换部分和电荷保持部分的配置。PTL2公开了通过抑制在半导体区域的深的位置中产生的电荷流入到电荷保持部分中以减少噪声的配置。具体地，PTL2公开了如下这样的配置，该配置包含其中具有光电转换部分的P型阱、电荷保持部分和经P型阱的一部分被设置在电荷保持部分的至少一部分下方并具有比P型阱高的杂质浓度的P型层。
引文列表
专利文献(PTL)
PTL1：日本专利公开No.2006-246450
PTL2：日本专利公开No.2008-004692
PTL3：日本专利公开No.2006-197383
PTL4：日本专利公开No.2009-038167
发明内容
[技术问题]
发明人发现，在PTL1中公开的配置中，存在要改善的点，即，在P型阱中产生的电荷会流入电荷保持部分中。希望在电荷保持部分保持信号电荷的时段中不出现信号电荷以外的电荷的流入。流入电荷保持部分中的电荷导致噪声。
在PTL2中公开的配置中，在P型阱中产生的电荷流入相邻的像素的光电转换部分中。流入相邻的像素中的电荷导致颜色混合，这导致图像质量的劣化。
鉴于上述的问题，本发明的实施例旨在抑制电荷向电荷保持部分的流入并减少像素之间的颜色混合。
[问题的解决方案]
根据本发明的一个方面的固态图像拾取装置包括多个像素。多个像素中的每一个包含：被配置为根据入射光产生电荷的光电转换部分；电荷保持部分，被配置为包含在与光电转换部分不同的部分中保持通过光电转换部分产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区域；浮置扩散；和被配置为包含控制第一半导体区域和浮置扩散之间的电势的传送栅极电极的传送部分。第二导电类型的第二半导体区域被设置在第一半导体区域的至少一部分下方。第二导电类型的第三半导体区域被设置在比第二半导体区域深的位置，该第三半导体区域在传送栅极电极、浮置扩散和第一半导体区域的至少一部分下方延伸。与第二半导体区域的光电转换部分侧的端部相比，第三半导体区域的光电转换部分侧的端部远离光电转换部分。构成光电转换部分的一部分的第一导电类型的半导体区域被设置在处于第二半导体区域的至少一部分下方并且在其中不设置第三半导体区域的区域中。
[本发明的有利效果]
在根据本发明的实施例的固态图像拾取装置中，可以抑制电荷向电荷保持部分的流入，并且，可以抑制电荷向相邻的像素的流入。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1A是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。
图1B示出图1A中的IB-IB截面中的沿深度方向的杂质轮廓(profile)。
图1C示出图1A中的IC-IC截面中的沿深度方向的杂质轮廓。
图2是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的像素的顶视图。
图3A是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的像素的部分配置的顶视图。
图3B是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的像素的部分配置的顶视图。
图4A是根据本发明的第二实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。
图4B示出图4A中的IVB-IVB截面中的沿深度方向的杂质轮廓。
图4C示出图4A中的IVC-IVC截面中的沿深度方向的杂质轮廓。
图5是根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。
图6A示出图5中的VIA-VIA截面中的沿深度方向的杂质轮廓。
图6B示出图5中的VIB-VIB截面中的沿深度方向的杂质轮廓。
图6C示出图5中的VIC-VIC截面中的沿深度方向的杂质轮廓。
图7是根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的像素的顶视图。
图8A是根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的像素的部分配置的顶视图。
图8B是根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的像素的部分配置的顶视图。
图9是根据本发明的实施例的固态图像拾取装置的像素的等效电路图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。在实施例中的每一个中，使用电子作为信号电荷。但是，可以使用空穴作为信号电荷。在使用电子作为信号电荷的情况下，第一导电类型是N型，并且，第二导电类型是P型。在使用空穴作为信号电荷的情况下，各半导体区域的导电类型可与使用电子作为信号电荷的情况相反。各实施例中的示意性截面图仅示出一个像素，但是，实际上，例如，以矩阵的方式布置多个像素。
[第一实施例]
图1A是根据本发明的一个实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。附图标记101表示光电转换部分。例如，使用被配置为包含P型半导体区域和N型半导体区域的光电二极管。附图标记102表示电荷保持部分。电荷保持部分102被配置为包含能够保持由光电转换部分101产生的电荷的N型半导体区域。附图标记103表示传送部分。传送部分103将由电荷保持部分102保持的电荷传送到感测节点。附图标记104表示感测节点。感测节点104被配置为包含例如与像素放大金属氧化物半导体(MOS)晶体管的栅极电连接的浮置扩散(FD)。作为与像素放大MOS晶体管的栅极电连接的替代，FD可与垂直信号线(未示出)电连接。
下面将描述上述的各个部件的特定的配置。在本实施例中，光电转换部分101、电荷保持部分102、传送部分103和感测节点104被配置于N型基板116的主面中的一个上。
在本实施例中，像素结构被设置在通过外延生长形成的N型基板116的表面上。作为替代方案，像素结构可被设置在P型基板或P型阱的表面上。在通过外延生长形成的N型基板116上设置像素结构的优点在于，由于P型埋入层用作势垒，因此，通过光电转换部分101产生的电荷不可能被排出到基板。因此，为了增加灵敏度(sensitivity)，优选在通过外延生长形成的N型基板116上设置像素结构。
在光电转换部分101中的N型半导体区域的杂质浓度低并且产生的电荷不蓄积于光电转换部分101中而被立即传送到电荷保持部分102的配置中，通过使用N型基板116增加灵敏度的效果变得特别显著。
附图标记105和106表示N型半导体区域。N型半导体区域105被设置在N型半导体区域106中，并具有比N型半导体区域106高的N型杂质浓度。N型半导体区域105与P型半导体区域108一起形成PN结。N型半导体区域106与设置在N型半导体区域106下方的P型埋入层107一起形成PN结。
P型半导体区域108是高浓度P型半导体区域。设置P型半导体区域108使得能够减少在半导体的表面上产生的暗电流。在本实施例中，以上的光电转换部分101由N型半导体区域105和106、P型埋入层107和P型半导体区域108构成。
附图标记110表示N型半导体区域。在本实施例中，N型半导体区域110用作在与光电转换部分101不同的部分中保持电荷的第一半导体区域。附图标记112表示控制电极。以上的电荷保持部分102被配置为包含N型半导体区域110和控制电极112。
根据本实施例的电荷保持部分102包含被设置为经绝缘膜109在N型半导体区域110之上的控制电极112。控制电极112控制N型半导体区域110的半导体表面侧的电势。可向控制电极112施加负电压，以抑制在电荷保持部分102中产生的暗电流的影响。
控制电极112还可具有控制光电转换部分101和电荷保持部分102之间的电势的功能。作为替代方案，为了控制光电转换部分101和电荷保持部分102之间的电势，可以设置与控制电极112不同的电极。
本发明的实施例可被应用于不包含控制电极112的配置。例如，N型半导体区域110可选择性地通过接触插头和开关与电源连接。
附图标记113表示传送栅极电极。供给到传送栅极电极113的电压在与N型半导体区域110相邻的区域中形成电荷保持部分102的传送路径。在本实施例中，在N型基板116上形成像素结构，由此，传送路径的导电类型为N型。可以在具有传送路径的区域中执行P型沟道掺杂。传送栅极电极113被设置为使得在可从电荷保持部分102向后面描述的感测节点104传送信号电荷的位置形成传送路径。传送栅极电极113根据供给的电压在形成传送路径的状态和不形成传送路径的状态之间切换，以控制电荷保持部分102和感测节点104之间的电连接。
FD 114是N型半导体区域。在本实施例中，FD 114用作感测节点。感测节点可以是根据蓄积于其中的电荷量输出信号的半导体区域。
附图标记115表示遮光部件。遮光部件115减少对于电荷保持部分102、传送部分103和感测节点104的入射光，或者完全阻挡对于它们的入射光。
附图标记111表示P型半导体区域。P型半导体区域111被设置在N型半导体区域110下方，并且形成用于减少从基板的深的部分向N型半导体区域110的电荷流入的电势。以下，为了方便，P型半导体区域111被称为保持部分下隔离层。在本实施例中，保持部分下隔离层111在电荷保持部分102、传送部分103和FD中延伸。该配置不限于此，并且，保持部分下隔离层111可被设置在N型半导体区域110的至少一部分下方。在本实施例中，保持部分下隔离层111与在权利要求中描述的第二半导体区域对应。
并且，用作像素隔离层的P型半导体区域117被设置在保持部分下隔离层111下方。像素隔离层117的上端被设置为使得像素隔离层117和保持部分下隔离层111电气导通。像素隔离层117的下端处于设置构成光电转换部分101的一部分的N型半导体区域106与P型埋入层107之间的PN结界面的深度处。像素隔离层117用作在N型半导体区域106中产生的信号电荷的势垒，由此抑制产生的信号电荷流入到相邻的像素中。
以保持部分下隔离层111的光电转换部分侧的端部为基准，像素隔离层117的沿基板表面的水平方向的端部相对于同一像素中的光电转换部分侧偏移。构成光电转换部分101的一部分的N型半导体区域106被设置在像素隔离层117由于其偏移的端部而未被设置的部分中。因此，构成光电转换部分101的N型半导体区域106被设置在N型半导体区域110的至少一部分下方，保持部分下隔离层111位于它们之间。因此，保持部分下隔离层111形成关于信号电荷的势垒，使得可以抑制在电荷保持部分102的深的部分中产生的信号电荷流入N型半导体区域110中。在本实施例中，像素隔离层117与在权利要求中描述的第三半导体区域对应。
图1B和图1C分别示出图1A所示的IB-IB截面和IC-IC截面中的沿深度方向的杂质浓度分布。在这些截面中，IB-IB截面是N型半导体区域110的接近光电转换部分101的部分的截面，并且，IC-IC截面是N型半导体区域110的远离光电转换部分101的部分的截面。
在IB-IB截面中，在关于半导体基板的表面最浅的位置处形成N型半导体区域110的杂质浓度峰值。保持部分下隔离层111的杂质浓度峰值存在于N型半导体区域110的杂质浓度峰值下方。并且，N型半导体区域106被设置在保持部分下隔离层111下方。另一方面，在IC-IC截面中，在最浅的位置处形成N型半导体区域110的杂质浓度峰值，并且，保持部分下隔离层111和像素隔离层117以均匀的杂质浓度分布被设置在其下方。即，图1B和图1C示出，以N型半导体区域110的光电转换部分侧的端部为基准，像素隔离层117的光电转换部分侧的端部向FD侧偏移。并且，图1B和图1C示出构成光电转换部分101的N型半导体区域106经保持部分下隔离层111被设置在N型半导体区域110的至少一部分下方。
如图1C所示，像素隔离层117的下端处于设置N型半导体区域106和P型埋入层107之间的PN结界面的深度。
图2是根据本实施例的像素区域的顶视图。图2示出四个像素，但是，可以设置更多的像素。在图1A中示出图2中的IA-IA截面的示意图。具有与图1A相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。
附图标记201表示活性区域。在活性区域201中，设置光电转换部分101、N型半导体区域110、保持部分下隔离层111、传送路径和FD 114。附图标记202表示元件隔离区域。例如，对于元件的隔离使用场效氧化膜。作为替代方案，可以使用利用PN结的扩散隔离。附图标记203表示像素内功能元件区域。在像素内功能元件区域203中，设置诸如像素放大MOS晶体管和复位MOS晶体管的功能元件。附图标记204表示在必要的情况下设置的电荷排出栅极电极。通过控制向电荷排出栅极电极204施加的电压，不必要的电荷被排出到设置在像素内功能元件区域203中的溢出漏极(以下，OFD)。附图标记205表示与FD连接的接触插头，并且，接触插头205被通过其中设置的开口206被设置在遮光部件115中。
在本实施例中，保持部分下隔离层111被设置在元件隔离区域202和N型半导体区域110的整个区域之上。图3A示出仅示出保持部分下隔离层111的像素区域的顶视图。在图3A中，保持部分下隔离层111由点划线表示。
像素隔离层117被设置在保持部分下隔离层111下方。像素隔离层117的光电转换部分侧的端部相对于N型半导体区域110的光电转换部分侧的端部偏移。图3B示出仅示出像素隔离层117的像素区域的顶视图。在图3B中，像素隔离层117由点划线表示。当从光电转换部分101到电荷保持部分102的电荷传送方向被视为宽度方向时，在N型半导体区域110下，像素隔离层117的宽度比保持部分下隔离层111的宽度小。即，像素隔离层117相对于像素的光电转换部分101和相邻的像素的光电转换部分101两者偏移。
根据本实施例的固态图像拾取装置具有以L形状布置光电转换部分、电荷保持部分和FD的像素结构。因此，当沿图2的垂直方向观察时，电荷保持部分被设置在像素的光电转换部分和相邻的像素的光电转换部分之间。图1A示出像素隔离层117的端部相对于像素的光电转换部分101偏移的截面。并且，如图2所示，像素隔离层117的端部也可相对于相邻的像素的光电转换部分101偏移。虽然没有示出，但是，像素隔离层117的端部可以不相对于像素的光电转换部分101偏移，并且可相对于相邻的像素的光电转换部分101偏移。像素隔离层117的端部可相对于与像素的电荷保持部分相邻的光电转换部分中的至少一个偏移。
如上所述，根据本实施例，保持部分下隔离层111下方的像素隔离层117相对于光电转换部分101偏移，并且，N型半导体区域106被设置在偏移区域中。因此，保持部分下隔离层111用作关于信号电荷的势垒，使得可以抑制在电荷保持部分102的下部中产生的电荷流入到N型半导体区域110中。并且，像素隔离层117抑制电荷流入到不同的像素中。被设置在保持部分的下部中的像素隔离层117偏移的区域中的N型半导体区域106是光电转换部分101的一部分，因此，在光电转换部分101中收集更多的电荷。
[第二实施例]
图4A是根据本发明的第二实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一实施例相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。
本实施例与第一实施例之间的不同在于，像素隔离层由被设置在不同的深度的P型半导体区域117a、117b和117c构成。在本实施例中，像素隔离层由这三个半导体区域构成。但是，半导体区域的数量不限于三个，并且，像素隔离层可由不同的深度处的多个半导体区域构成。可通过使用不同的加速能量的离子注入步骤形成各个半导体区域。
图4B和图4C分别示出图4A所示的IVB-IVB截面和IVC-IVC截面中的沿深度方向的杂质浓度分布。如图4B所示，N型半导体区域106经保持部分下隔离层111被设置在N型半导体区域110的至少一部分下方。
在图4C中，N型半导体区域110的杂质浓度峰值处于最接近表面的位置。保持部分下隔离层111的杂质浓度峰值处于次最接近表面的位置。如图4C所示，在保持部分下隔离层111的杂质浓度峰值下方，杂质分布是不均匀的。事实上，可以看到三个P型半导体区域117a、117b和117c的杂质浓度峰值。P型埋入层107的杂质浓度峰值处于最深的位置。
为了增加灵敏度，P型埋入层107被设置在关于具有像素的基板的表面尽可能深的位置是合适的。因此，在基板的深的部分中产生的电荷不被排出到基板侧，并且，容易作为信号电荷被收集在光电转换部分101中。但是，在P型埋入层107被设置在基板的深的位置的情况下，难以通过半导体区域的单个层构成像素隔离层。相反，通过由设置在不同的深度的多个半导体区域构成像素隔离层，可以在更深的位置上形成像素隔离层。
在本实施例中，保持部分下隔离层111的杂质浓度比P型半导体区域117a～117c中的最接近基板表面的P型半导体区域117a的杂质浓度高。如图4C所示，保持部分下隔离层111的杂质浓度峰值比P型半导体区域117a的杂质浓度峰值高。通过该配置，从保持部分下隔离层111到像素隔离层形成电势梯度。因此，减少在像素隔离层中产生的电荷向N型半导体区域110的流入。
在本实施例中，像素隔离层由具有不同的杂质浓度的多个半导体区域构成。作为替代方案，多个半导体区域可具有彼此相等的杂质浓度。并且，构成像素隔离层的多个半导体区域的杂质浓度可等于保持部分下隔离层111的杂质浓度。
如上所述，在本实施例中，像素隔离层由设置在不同的深度的多个半导体区域构成。因此，可以容易地在深的位置设置像素隔离层。因此，根据本实施例，除了获得第一实施例中的效果以外，还能够进一步增加灵敏度并抑制向相邻的像素的电荷流入。
并且，在本实施例中，保持部分下隔离层111的杂质浓度比P型半导体区域117a～117c中的最接近基板表面的P型半导体区域117a的杂质浓度高。因此，减少在像素隔离层中产生的电荷向N型半导体区域110的流入。如上所述，根据本实施例，除了获得第一实施例中的效果以外，还能够进一步抑制电荷向电荷保持部分102的流入。
[第三实施例]
图5是根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一实施例和第二实施例相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。
本实施例与第一实施例和第二实施例之间的不同在于，如图5所示，在存在保持部分下隔离层111的杂质浓度峰值的深度处，保持部分下隔离层111的杂质浓度比相同深度的FD 114下方的区域的杂质浓度高。换句话说，在FD 114的至少一部分下方，不存在作为高浓度P型半导体区域的保持部分下隔离层111，或者，其杂质浓度低。
图6A、图6B和图6C分别示出图5所示的VIA-VIA截面、VIB-VIB截面和VIC-VIC截面中的沿深度方向的杂质浓度分布。VIA-VIA截面和VIB-VIB截面中的杂质浓度分布与第二实施例中的相同。
在作为传送部分103中的截面的VIC-VIC截面中，与保持部分下隔离层111的杂质浓度峰值处于相同的深度的杂质浓度比保持部分下隔离层111的杂质浓度低。在VIC-VIC截面中，N型半导体区域110不延伸。在本实施例中，在不存在N型半导体区域110的传送部分103中不存在保持部分下隔离层111，在FD 114下方也不存在不存在保持部分下隔离层111。
图7是根据本实施例的像素区域的顶视图。图7仅示出四个像素，但是，根据本实施例的固态图像拾取装置可包含更多的像素。在图5中示出图7中的V-V截面的示意图。具有与图5相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述将被省略。在本实施例中，图7中的由点划线表示的区域401表示不存在保持部分下隔离层111的区域。
图8A是仅示出保持部分下隔离层111的顶视图。在本实施例中，保持部分下隔离层111被设置在整个N型半导体区域110之上。但是，保持部分下隔离层111不存在于传送部分103中和FD 114下方。在图8A中，由点划线表示的区域401表示不存在保持部分下隔离层111的区域。
图8B是仅示出像素隔离层117的顶视图。像素隔离层117的平面形状与第一实施例或第二实施例中的形状相同。
根据本实施例的上述的配置，在传送部分103中和FD 114下方不存在保持部分下隔离层111。因此，在像素隔离层117中产生的电荷不流入N型半导体区域110或相邻的像素的光电转换部分101中，并且，电荷被排出到FD 114的可能性变高。在信号电荷被传送之前，FD 114被复位，因此，排出到FD 114的电荷不导致噪声。如上所述，根据本实施例，除了获得第一和第二实施例中的效果以外，还能够进一步抑制电荷向电荷保持部分102和相邻的像素的流入。
[固态图像拾取装置的应用]
图9是可应用于所有的以上的实施例的固态图像拾取装置的等效电路图。具有该等效电路的固态图像拾取装置可执行全局电子快门动作。
附图标记601表示光电转换部分。这里使用光电二极管。附图标记602表示保持由光电转换部分601产生的电荷的电荷保持部分。附图标记603表示放大部分的感测节点。例如，FD和与FD电连接的放大晶体管的栅极电极与感测节点603对应。附图标记604表示向放大部分的感测节点603传送电荷保持部分602中的电荷的第一传送部分。附图标记605表示在必要的情况下设置的第二传送部分。第二传送部分605向电荷保持部分602传送光电转换部分601中的电荷。附图标记608表示至少向放大部分的输入部分供给基准电压的复位部分。并且，复位部分608可向电荷保持部分602供给基准电压。附图标记607表示在必要的情况下设置的选择部分。选择部分607选择性地向信号线输出各像素行的信号。附图标记606表示放大部分。放大部分606与对于信号线设置的恒流源一起构成源跟随器电路。附图标记609表示控制用作溢出漏极(以下，OFD)的电源线与光电转换部分601之间的电连接的电荷输出控制部分。
附图标记RES表示用于向复位部分608供给驱动脉冲的导线。附图标记TX1表示用于向第一传送部分604供给驱动脉冲的导线。附图标记TX2表示用于向第二传送部分605供给驱动脉冲的导线。该导线也可用作用于供给电荷保持部分602中的控制电极的控制脉冲的导线。附图标记SEL表示用于向选择部分607供给驱动脉冲的导线。
等效电路不限于此，并且，配置的一部分可由多个像素共享。并且，等效电路适于将各个元件的控制布线固定于恒定电压并且不执行导通的控制的配置。
第二传送部分605可具有埋入沟道MOS晶体管配置，使得通过光电转换部分601产生的电荷立即流入电荷保持部分602中。在该配置中，存在势垒即使在非导通状态下也在比表面深的位置上部分较低的部分。在这种情况下，电荷传送部分可在不执行主动控制(activecontrol)的情况下进入被供给一定的电压的状态。即，作为用作传送部分的功能的替代，可以设置固定势垒。
根据这种配置，当光入射到光电转换部分601时通过光电转换产生的信号电荷中的大多数可在不蓄积于光电转换部分601中的情况下被传送到电荷保持部分602。因此，在所有像素的光电转换部分601中，可使得电荷蓄积时间均匀。并且，当MOS晶体管处于非导通状态时，在沟道的表面上蓄积空穴，并且，在关于该表面的预定的深度处存在用于传送电荷的沟道。因此，可以减少绝缘膜的界面上的暗电流的影响。
从另一观点，在光电转换部分601和电荷保持部分602中蓄积信号电荷的时段中，光电转换部分601和电荷保持部分602之间的电荷路径的电势比光电转换部分601和OFD区域之间的电荷路径的电势低。这里，电势意味着信号电荷的电势。
并且，从驱动的观点，在一个曝光时段中从光电转换部分601移动到电荷保持部分602的电荷保持于电荷保持部分602中并被用作图像信号。即，在开始光电转换部分601中的一个曝光时段之后，从像素读取信号而不通过电荷保持部分602的复位动作。注意，当捕获一个帧的图像时，在各个光电转换部分601中共同确定一个曝光时段。
在这种配置中，可以相对容易地执行全局曝光，而光电转换部分601中的电荷在从电荷保持部分602到FD区域的传送期间被排出到OFD区域。因此，图像是间歇的。在这种配置中特别需要图像的连续性的情况下，可通过执行逐行曝光获得连续图像。这两者可根据需要被切换。
并且，在具有具有埋入沟道结构的MOS晶体管的像素配置中，电荷可在低电压下从光电转换部分601被传送到电荷保持部分602，当像素配置与本发明的实施例组合时，在低电压下增加电荷传送效率方面，这是合适的。
也可在为了增加动态范围在各像素中设置电荷保持部分并且从该电荷保持部分向感测节点传送电荷的固态图像拾取装置中实施本发明的实施例。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的这样的变更方式、等同的结构和功能。
本申请要求在2009年10月9日提交的日本专利申请No.2009-235088的权益，通过引用将其全部内容并入此。
[附图标记列表]
101 光电转换部分
102 电荷保持部分
103 传送部分
106N 型半导体区域
110N 型半导体区域
111 保持部分下隔离层
117 像素隔离层
113 传送栅极电极
114 浮置扩散

Claims (4)

1.一种包括多个像素的固态图像拾取装置，多个像素中的每一个包含：
光电转换部分，被配置为根据入射光产生电荷；
电荷保持部分，被配置为包含在与光电转换部分不同的部分中保持通过光电转换部分产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区域；
浮置扩散；和
传送部分，被配置为包含控制第一半导体区域和浮置扩散之间的电势的传送栅极电极，
其中，第二导电类型的第二半导体区域被设置在第一半导体区域的至少一部分下方，
第二导电类型的第三半导体区域被设置在比第二半导体区域深的位置，该第三半导体区域在第一半导体区域的至少一部分、浮置扩散和传送栅极电极下方延伸，
与第二半导体区域的光电转换部分侧的端部相比，第三半导体区域的光电转换部分侧的端部远离光电转换部分，并且，
构成光电转换部分的一部分的第一导电类型的半导体区域被设置在处于第二半导体区域的至少一部分下方并且不设置第三半导体区域的区域中。
2.根据权利要求1的固态图像拾取装置，其中，光电转换部分包含第一导电类型的半导体区域和第二导电类型的半导体区域，所述第二导电类型的半导体区域被设置在所述第一导电类型的半导体区域下方并且与所述第一导电类型的半导体区域一起形成PN结，
第三半导体区域包含被设置在不同的深度处的多个半导体区域，并且，
在包含于第三半导体区域中的多个半导体区域之中，在底部的半导体区域延伸到形成所述光电转换部分的所述PN结的深度。
3.根据权利要求1的固态图像拾取装置，其中，第二半导体区域的第二导电类型的杂质浓度比处于浮置扩散下方并且处于与第二半导体区域相同的深度处的区域的第二导电类型的杂质浓度高。
4.根据权利要求1的固态图像拾取装置，其中，像素被设置在第一导电类型的基板上，并且，
光电转换部分和电荷保持部分之间的电荷路径具有埋入沟道结构。
CN201080044580.4A 2009-10-09 2010-09-29 固态图像拾取装置 Active CN102576717B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-235088 2009-10-09
JP2009235088A JP5546198B2 (ja) 2009-10-09 2009-10-09 固体撮像装置
PCT/JP2010/005841 WO2011043035A1 (en) 2009-10-09 2010-09-29 Solid-state image pickup device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102576717A true CN102576717A (zh) 2012-07-11
CN102576717B CN102576717B (zh) 2015-04-01

Family

ID=43109811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080044580.4A Active CN102576717B (zh) 2009-10-09 2010-09-29 固态图像拾取装置

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9041132B2 (zh)
EP (1) EP2486588B1 (zh)
JP (1) JP5546198B2 (zh)
CN (1) CN102576717B (zh)
WO (1) WO2011043035A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106024814A (zh) * 2015-03-27 2016-10-12 佳能株式会社 光电转换装置及相机

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6095258B2 (ja) 2011-05-27 2017-03-15 キヤノン株式会社 固体撮像装置、及び固体撮像装置を用いた撮像システム
US9231007B2 (en) * 2013-08-27 2016-01-05 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors operable in global shutter mode and having small pixels with high well capacity
JP6141160B2 (ja) * 2013-09-25 2017-06-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子およびその動作方法、並びに電子機器およびその動作方法
JP6308864B2 (ja) * 2014-05-15 2018-04-11 キヤノン株式会社 撮像装置
CN108140662B (zh) 2015-10-27 2023-01-17 索尼半导体解决方案公司 固体摄像元件、固体摄像元件制造方法和电子设备
JP6407227B2 (ja) * 2016-10-05 2018-10-17 キヤノン株式会社 固体撮像装置、及び固体撮像装置を用いた撮像システム
JP6661723B2 (ja) * 2018-09-19 2020-03-11 キヤノン株式会社 固体撮像装置、及び固体撮像装置を用いた撮像システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030209712A1 (en) * 2002-03-06 2003-11-13 Hiroaki Fujita Solid state image pickup device
CN1552100A (zh) * 2002-05-14 2004-12-01 ������������ʽ���� 半导体装置、半导体装置的制造方法及其电子设备
US20050035375A1 (en) * 2002-11-14 2005-02-17 Kiyoshi Hirata Solid-state imaging device and method for manufacturing the same
CN1685516A (zh) * 2002-08-12 2005-10-19 索尼株式会社 固态摄像装置及其制造方法
US20060046338A1 (en) * 2004-08-24 2006-03-02 Inna Patrick Method of fabricating a storage gate pixel design
US20070235827A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-11 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing isolation well for increasing shutter efficiency in global storage pixels
JP2008004692A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Nikon Corp 固体撮像装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI353979B (en) 2002-04-10 2011-12-11 Nippon Zoki Pharmaceutical Co Novel crystal form of 5-hydroxy-1-methylhydantoin
JP4416668B2 (ja) 2005-01-14 2010-02-17 キヤノン株式会社 固体撮像装置、その制御方法及びカメラ
JP4273124B2 (ja) 2005-02-04 2009-06-03 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
JP4785433B2 (ja) 2005-06-10 2011-10-05 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2009038167A (ja) 2007-08-01 2009-02-19 Victor Co Of Japan Ltd 固体撮像装置及びその製造方法
JP5213501B2 (ja) 2008-04-09 2013-06-19 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP4785963B2 (ja) * 2009-10-09 2011-10-05 キヤノン株式会社 固体撮像装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030209712A1 (en) * 2002-03-06 2003-11-13 Hiroaki Fujita Solid state image pickup device
CN1552100A (zh) * 2002-05-14 2004-12-01 ������������ʽ���� 半导体装置、半导体装置的制造方法及其电子设备
CN1685516A (zh) * 2002-08-12 2005-10-19 索尼株式会社 固态摄像装置及其制造方法
US20050035375A1 (en) * 2002-11-14 2005-02-17 Kiyoshi Hirata Solid-state imaging device and method for manufacturing the same
US20060046338A1 (en) * 2004-08-24 2006-03-02 Inna Patrick Method of fabricating a storage gate pixel design
US20070235827A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-11 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing isolation well for increasing shutter efficiency in global storage pixels
JP2008004692A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Nikon Corp 固体撮像装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106024814A (zh) * 2015-03-27 2016-10-12 佳能株式会社 光电转换装置及相机
CN106024814B (zh) * 2015-03-27 2019-05-28 佳能株式会社 光电转换装置及相机

Also Published As

Publication number Publication date
JP5546198B2 (ja) 2014-07-09
EP2486588B1 (en) 2018-07-18
US20120199933A1 (en) 2012-08-09
WO2011043035A1 (en) 2011-04-14
EP2486588A1 (en) 2012-08-15
US9041132B2 (en) 2015-05-26
JP2011082426A (ja) 2011-04-21
US20150228692A1 (en) 2015-08-13
CN102576717B (zh) 2015-04-01
US9502465B2 (en) 2016-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11019291B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
CN102576717A (zh) 固态图像拾取装置
KR100851495B1 (ko) Ｊｆｅｔ 및 수직적으로 집적된 리셋 다이오드를 갖는이미지 센서의 소형 픽셀
US20130146747A1 (en) Image sensors with vertical junction gate source follower pixels
CN102544036B (zh) 固态图像传感器、制造固态图像传感器的方法和照相机
CN105304660B (zh) 成像装置及其驱动方法
KR100851494B1 (ko) 수직적으로 집적된 세트 및 리셋 다이오드를 갖는 ｃｍｏｓ이미지 센서를 위한 소형 픽셀
JP3727639B2 (ja) 固体撮像装置
US9197832B2 (en) Solid-state image pickup apparatus and drive method therefor
CN102576718A (zh) 固态图像拾取装置
JP5539373B2 (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
US8367998B2 (en) Image sensor having a charge pump circuit and a drive transistor
KR20080105812A (ko) Ｃｍｏｓ 이미지 센서
CN102576719B (zh) 固态图像拾取装置及其制造方法
US9711547B2 (en) Image pickup apparatus
US9659988B2 (en) Image pickup apparatus
US20230420475A1 (en) Photoelectric conversion device
JP2013138237A (ja) 固体撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant