CN102576718A - 固态图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

光电转换部、电荷保持部、传送部和感测节点被形成在P型阱中。电荷保持部被配置为在与光电转换部不同的部分中包括作为保持电荷的第一半导体区的N型半导体区。具有比P型阱更高的浓度的P型半导体区被布置在N型半导体区之下。

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，本发明涉及在其中每一个像素具有电荷保持部的固态图像拾取装置。

背景技术

近年来，为了更高性能的固态图像拾取装置，已经考虑在其中每一个像素具有与光电转换部和浮置扩散部(在下文中为FD)分离的电荷保持部的配置。第一，为了实现全局电子快门而在每个像素中设置电荷保持部，如PTL 1中所述的。第二，为了扩展动态范围而在每个像素中设置电荷保持部，如PTL 2中所述的。第三，为了实现对于每个像素具有模数(AD)转换器的配置而在每个像素中设置电荷保持部，如PTL 3中所述的。

PTL 1公开了通过抑制在半导体区的较深位置处产生的电荷流入电荷保持部中来减小噪声的配置。具体地，PTL 1公开了包括在其中具有光电转换部的P型阱、电荷保持部以及经由P型阱的部分设置在电荷保持部的至少部分之下并且具有比P型阱高的杂质浓度的P型半导体层的配置。

引文列表

专利文献

PTL 1：日本专利公开No.2008-004692

PTL 2：日本专利公开No.2006-197383

PTL 3：日本专利公开No.2009-038167

发明内容

技术问题

本发明人已经发现，在PTL 1中公开的配置中，问题在于，用于将电荷从电荷保持部传送到FD的驱动电压高。如PTL 1的图3中所示出的，高浓度P型层经由P型阱布置在电荷保持部之下。电荷保持部与具有低浓度的P型阱一起形成PN结。因此，来自电荷保持部的N型区的耗尽层扩展到P型阱，使得需要高电压来传送电荷。

此外，本发明人已经发现，根据高浓度P型层与从电荷保持部延伸到FD的电荷传送路径之间的位置关系，传送路径可能变窄并且传送效率可能降低。

鉴于那些问题，本发明的实施例涉及，第一通过抑制在电荷从电荷保持部到FD的传送期间耗尽层的扩展，并且第二通过防止电荷保持部与FD之间的传送路径变窄，从而使得能够以低电压传送电荷。

问题的解决方案

根据本发明一个方面的固态图像拾取装置是包括像素的固态图像拾取装置。所述像素包括：光电转换部，被配置为根据入射光产生电荷；电荷保持部，被配置为包括在与所述光电转换部不同的部分中保持由所述光电转换部产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区；以及传送部，被配置为包括控制所述电荷保持部与感测节点之间的电势的传送栅极电极。第二导电类型的第二半导体区被布置在所述第一半导体区之下，以便与所述第一半导体区一起形成PN结。所述第二半导体区的第二导电类型的杂质浓度比在所述传送栅极电极之下并且处于与所述第二半导体区相同的深度的区域的第二导电类型的杂质浓度高。

根据本发明另一个方面的固态图像拾取装置是包括像素的固态图像拾取装置。所述像素包括：光电转换部，被配置为根据入射光产生电荷；电荷保持部，被配置为包括在与所述光电转换部不同的部分中保持由所述光电转换部产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区；以及传送部，被配置为包括控制所述电荷保持部与感测节点之间的电势的传送栅极电极。第二导电类型的第二半导体区被布置在所述第一半导体区之下。所述第二半导体区的第二导电类型的杂质浓度比在所述传送栅极电极之下并且处于与所述第二半导体区相同的深度的区域的第二导电类型的杂质浓度高。

根据本发明又一个方面的固态图像拾取装置是包括像素的固态图像拾取装置。所述像素包括：光电转换部，被配置为根据入射光产生电荷；电荷保持部，被配置为包括在与所述光电转换部不同的部分中保持由所述光电转换部产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区；以及传送部，被配置为包括控制所述电荷保持部与感测节点之间的电势的传送栅极电极。第二导电类型的第二半导体区被布置在所述第一半导体区之下。所述第一半导体区和所述第二半导体区被布置在半导体衬底中。所述第一半导体区的投影到与所述半导体衬底的表面平行的表面上的面积等于所述第二半导体区的投影到与所述半导体衬底的表面平行的表面上的面积。

发明的有利效果

在根据本发明实施例的固态图像拾取装置中，在电荷保持部中蓄积的电荷被传送时可以抑制耗尽层的扩展，并且还可以抑制电荷传送路径的变窄。

从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

图1是根据本发明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2是用于说明制造根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置的方法的示图。

图3是根据本发明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4是根据本发明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5是根据本发明第四实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。

图6是根据本发明第五实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。

图7是根据本发明第六实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。

图8是根据本发明实施例的固态图像拾取装置的像素的等效电路图。

图9是根据本发明第二实施例的固态图像拾取装置的像素区的顶视图。

图10是根据本发明第四实施例的固态图像拾取装置的像素区的顶视图。

图11示出根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置的杂质浓度分布。

图12示出根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置的添加的杂质浓度分布。

图13示出根据本发明第三实施例的固态图像拾取装置的杂质浓度分布。

具体实施方式

在下文中，下面将参考附图详细描述本发明的实施例。在每个实施例中，电子被用作信号电荷。然而，空穴可以被用作信号电荷。在电子被用作信号电荷的情况下，第一导电类型是N型，并且第二导电类型是P型。在空穴被用作信号电荷的情况下，相对于电子被用作信号电荷的情况，各个半导体区的导电类型可以被反转。在各个实施例中的示意性截面图仅仅示出了一个像素，但是实际上多个像素以例如矩阵方式被布置。

第一实施例

图1是根据本发明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。例如，使用被配置为包括P型半导体区和N型半导体区的光电二极管。附图标记102表示电荷保持部。电荷保持部102被配置为包括能够保持由光电转换部101产生的电荷的N型半导体区。附图标记103表示传送部。传送部103将由电荷保持部102保持的电荷传送到感测节点。附图标记104表示感测节点。例如，感测节点104被配置为包括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部(FD)。FD可以与垂直信号线(未示出)电连接，而不是与像素放大MOS晶体管的栅极电连接。

接下来，将描述前述的各个部件的具体的配置。在本实施例中，光电转换部101、电荷保持部102、传送部103和感测节点104被布置在P型阱107中。通过离子注入或者外延生长在N型衬底116的主表面之一上形成P型阱107。可以使用P型衬底来代替其上形成有P型阱107的N型衬底116。

此外，像素结构可以被布置在通过外延生长形成的N型衬底上。该配置的优点在于，由于P型埋层用作势垒，因此由光电转换部101产生的电荷不太可能被排放到衬底。因此，为了增大灵敏度，像素结构可以被布置在通过外延生长形成的N型衬底上。在其中光电转换部101中的N型半导体区的杂质浓度低并且其中产生的电荷在没有被蓄积在光电转换部101中的情况下紧接着被传送到电荷保持部102的配置中，使用N型衬底增大灵敏度的效果变得特别地显著。

附图标记105和106表示N型半导体区。N型半导体区105被布置在N型半导体区106中并且具有比N型半导体区106高的N型杂质浓度。N型半导体区105与P型半导体区108一起形成PN结。N型半导体区106与布置在N型半导体区106之下的P型阱107一起形成PN结。

P型半导体区108是高浓度P型半导体区。提供P型半导体区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，前述的光电转换部101由N型半导体区105和106、P型阱107以及P型半导体区108构成。

附图标记110表示N型半导体区。在本实施例中，N型半导体区110用作在与光电转换部101不同的部分中保持电荷的第一半导体区。附图标记112表示控制电极。前述的电荷保持部102被配置为包括N型半导体区110和控制电极112。

根据本实施例的电荷保持部102包括经由绝缘膜109布置在N型半导体区110之上的控制电极112。控制电极112控制N型半导体区110的半导体表面侧的电势。负电压可以被施加到控制电极112以便抑制电荷保持部102中产生的暗电流的影响。

控制电极112还可以具有控制光电转换部101与电荷保持部102之间的电势的功能。可替代地，与控制电极112不同的电极可以被布置用于控制光电转换部101与电荷保持部102之间的电势。

本发明的实施例可以被应用于不包括控制电极112的配置。例如，N型半导体区110可以经由接触插塞(plug)和开关选择性地与电源连接。

附图标记113表示传送栅极电极。向传送栅极电极113供应的电压在与N型半导体区110相邻的P型阱107的部分中形成信号电荷的传送路径。传送栅极电极113被布置为使得传送路径被形成在其中信号电荷可以被从电荷保持部102传送到下述的感测节点104的位置处。传送栅极电极113根据向其供应的电压在形成传送路径的状态与不形成传送路径的状态之间切换，以便控制电荷保持部102与感测节点104之间的电连接。

FD 114是N型半导体区。在本实施例中，FD 114用作感测节点。感测节点可以是从其根据蓄积在其中的电荷的量输出信号的半导体区。感测节点可以具有由多个像素共享的配置。

附图标记115表示遮光部件。遮光部件115减少到电荷保持部102、传送部103和感测节点104的入射光，或者完全地阻挡到其的入射光。

附图标记111表示高浓度P型半导体区，其是本实施例的特征。P型半导体区111被布置在N型半导体区110之下。P型半导体区111和N型半导体区110在没有经由P型阱107的情况下直接形成PN结。也就是说，在本实施例中，P型半导体区111是被布置在N型半导体区110之下以便与N型半导体区110一起形成PN结的第二半导体区。

图11示出了在电荷保持部102(图1中的X截面)和传送部103(图1中的Y截面)中的每一个中的沿着深度方向的杂质浓度分布。深度方向是与半导体的表面垂直的方向。P型半导体区111的杂质浓度比P型阱107的杂质浓度高。

如图11中所示出的，P型半导体区111的深度方向上的杂质浓度分布可以是在一定深度处具有杂质浓度峰值的分布。P型半导体区111的杂质浓度的峰值可以处于距离表面比0.5微米浅的位置。即使峰值处于比这深的位置，如果P型半导体区111和N型半导体区110在没有经由P型阱107的情况下直接形成PN结，也可以获得本实施例的效果。然而，在峰值处于距离表面比0.5微米浅的位置时，在N型半导体区110和P型半导体区111之间没有形成低杂质浓度的区域，并且因此可以获得更大的效果。由于P型半导体区111被布置在N型半导体区110之下，因此P型半导体区111的杂质浓度峰值处于比N型半导体区110的杂质浓度峰值深的位置。

如图11中所示出的，在存在P型半导体区111的杂质浓度峰值的深度处，P型半导体区111的杂质浓度比在传送栅极电极113之下相同深度处的区域的杂质浓度高。换句话说，在传送栅极电极113的至少部分之下，P型半导体区111不存在，或者即使P型半导体区111存在于传送栅极电极113之下，杂质浓度也低于N型半导体区110之下的P型半导体区111的杂质浓度。这里，如果传送栅极电极113之下的在与P型半导体区111相同深度处的半导体区的导电类型与P型半导体区111的导电类型相反，即为N型，则P型半导体区111具有更高的P型杂质浓度。

接下来，将详细描述P型半导体区111和N型半导体区110形成PN结。图12示出了在电荷保持部102(图1中的X截面)中的沿着与半导体的表面垂直的方向的添加的杂质浓度分布。“添加的杂质浓度”意指实际上添加的杂质的浓度。另一方面，在本说明书、权利要求和附图中的“杂质浓度”意指由相反导电类型的杂质补偿的净杂质浓度。在图12中，P型添加的杂质浓度比N型添加的杂质浓度高的区域为P型半导体区。与此相反，N型添加的杂质浓度比P型添加的杂质浓度高的区域为N型半导体区。

在图12中，P型杂质的添加的杂质浓度的峰值与P型半导体区111的杂质浓度峰值对应。在图12中，N型杂质的添加的杂质浓度等于P型杂质的添加的杂质浓度的部分为PN结的界面。如果在PN结界面处的P型添加的杂质浓度比P型阱的添加的杂质浓度高，则可以说P型半导体区111和N型半导体区110直接形成PN结。

现在，将描述作为添加的杂质浓度的比较对象的P型阱。在本实施例中，在图1中示出的P型阱107中几乎均匀地分布杂质。在该情况下，作为比较对象的P型阱107的添加的杂质浓度可以为例如传送栅极电极113之下的在与P型半导体区111的杂质浓度的峰值相同深度处的半导体区的添加的杂质浓度。

为了控制要向传送栅极电极113供应的电压，杂质可以被添加到传送路径。在这种配置中，传送栅极电极113之下的半导体区的添加的杂质浓度比P型阱的添加的杂质浓度高，并且图1中的P型阱107的杂质浓度的分布不是均匀的。在该情况下，布置在光电转换部101之下的P型阱107的添加的杂质浓度被视为比较对象。这是因为，即使杂质被添加到传送路径，光电转换部101的下部中的添加的杂质浓度也不改变。

在图12中，实线的曲线指示根据本实施例的添加的杂质浓度，并且虚线的曲线指示根据比较示例的添加的杂质浓度。在根据比较示例的PN结界面处，P型杂质的添加的杂质浓度等于P型阱的添加的杂质浓度。在该情况下，P型半导体区111和N型半导体区110没有彼此直接形成PN结。

利用上面描述的根据本实施例的配置，可以以低电压将电荷从电荷保持部102传送到感测节点104。这将被详细描述。

首先，将描述将电荷从电荷保持部102传送到感测节点104的机制。在光电转换部101中产生的信号电荷被保持在N型半导体区110中之前，经由感测节点104向N型半导体区110供应复位电压。然后，在N型半导体区110已经被转为浮置之后，光电转换部101中的电荷被传送到N型半导体区110。然后，电荷被从电荷保持部102顺序地传送到感测节点104。通常情况下逐行地执行传送。此时，N型半导体区110处于经由传送部103施加反向偏压的状态。反向偏压使得N型半导体区110被耗尽，使得电荷被传送。为了将大部分或者优选地所有保持在N型半导体区110中的电荷传送到感测节点104，N型半导体区110的大部分或者优选地整个区域需要被耗尽。

在N型半导体区110被耗尽时，耗尽层扩展到N型半导体区110之下的P型半导体区111中。耗尽层从N型半导体区110扩展的量根据与N型半导体区110一起形成PN结的P型半导体区111的杂质浓度而变化。

为了容易理解本实施例的效果，将与PTL 1中公开的配置对比地进行描述。根据PTL 1的图3中示出的配置，高浓度P型半导体区经由P型阱被布置在构成电荷保持部的N型半导体区之下。当如在PTL 1中公开的配置中一样，N型半导体区与低浓度P型阱一起形成PN结时，耗尽层在P型阱中较宽地扩展。在该情况下，为了充分地耗尽N型半导体区，经由传送部供应的反向偏压需要较高。

另一方面，在本实施例中，N型半导体区110和P型半导体区111在没有经由P型阱107的情况下彼此直接形成PN结。由于与N型半导体区110一起形成PN结的P型半导体区111的杂质浓度高，因此可以抑制耗尽层扩展到P型半导体区111中。因此，即使经由传送部103供应的反向偏压低，N型半导体区110的大部分或者整个区域也被耗尽。

此外，在本实施例中，P型半导体区111的杂质浓度比传送栅极电极113之下的、在与P型半导体区111相同深度处的区域的杂质浓度高。换句话说，P型半导体区111不延伸到传送栅极电极113之下的区域。利用该配置，在没有增大向传送栅极电极113供应的偏置电压的情况下，传送路径被形成在传送栅极电极113之下的P型阱107中。

接下来，将描述根据本实施例的用于制造P型半导体区111的方法。图2是在形成P型半导体区111时的像素的截面的示意图。附图标记201表示由光致抗蚀剂等形成的掩模图案。与图1中相同的部分由相同的附图标记表示，并且将省略详细描述。

首先，在衬底的整个表面之上形成光致抗蚀剂。然后，光致抗蚀剂被曝光，使得在其中要布置电荷保持部102中的N型半导体区110的区域中形成开口。

作为用于形成N型半导体区110的第一杂质注入步骤，使用在曝光步骤中形成的光致抗蚀剂图案作为掩模图案，注入N型杂质离子。此时，砷或者磷可以被用作杂质。

随后，在没有去除光致抗蚀剂掩模的步骤的情况下，作为用于形成P型半导体区111的第二杂质注入步骤，注入P型杂质离子。此时，硼等可以被用作杂质。然后，热处理(诸如退火)被执行以便使在离子注入期间出现的晶体缺陷等得到恢复。以这种方式，使用同一个掩模图案形成N型半导体区110和P型半导体区111。

可以以相反的顺序执行形成N型半导体区110的第一杂质注入步骤和形成P型半导体区111的第二杂质注入步骤。

根据上述的制造方法，可以在不需要显著地增加制造步骤的情况下形成P型半导体区111。更具体地，可以在没有新的掩模图案化步骤的情况下形成P型半导体区111。此外，根据这种制造方法，可以减少N型半导体区110和P型半导体区111在与衬底表面水平的方向上的偏移。因此，可以增大其中N型半导体区110和P型半导体区111彼此直接形成PN结的部分。

注意，上述的制造方法不是用于制造根据本发明实施例的固态图像拾取装置的必需的方法。可以使用不同的掩模图案来形成N型半导体区110和P型半导体区111。

如上所述，根据本实施例，在传送电荷保持部102中蓄积的电荷时可以抑制耗尽层的扩展，并且此外，抑制电荷传送路径的变窄。因此，可以以低电压传送电荷。

第二实施例

图3是根据本发明第二实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一实施例中相同功能的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

本实施例与第一实施例之间的差别在于，P型半导体区301被布置在P型半导体区111之下。如图3中所示出的，P型半导体区301延伸到传送路径和FD 114之下。在本实施例中，P型半导体区301用作第三半导体区。

图9是根据本实施例的像素区的顶视图。图9仅仅示出了四个像素，但是根据本实施例的固态图像拾取装置可以包括更多的像素。具有与图1或图3中相同功能的部分由相同的附图标记表示。图3示出了图9中的III-III截面的示意图。

附图标记302表示有源区。在有源区302中，形成光电转换部101、P型阱107、保持电荷的N型半导体区110、P型半导体区111、传送路径和FD 114。附图标记303表示场区。场氧化膜被用于元件的隔离。附图标记304表示其中形成有像素放大MOS晶体管、复位MOS晶体管等的区域。

在本实施例中，P型半导体区301被形成在由图9中的虚线限定的区域中。也就是说，P型半导体区301被形成在除光电转换部101之外的整个有源区302中。在该情况下，P型阱107被分成两个区域107a和107b，如图3中所示出的。然而，P型半导体区301不一定被布置在P型半导体区111、传送栅极电极113和FD 114之下的整个区域中。

在本实施例中，在P型半导体区111与N型半导体区110之间的PN结界面处的P型杂质的添加的杂质浓度比P型阱107的添加的杂质浓度高。在本实施例中，P型半导体区301被形成在P型阱107中。在这种情况下，在传送栅极电极113之下的半导体区的添加的杂质浓度可以比P型阱107的添加的杂质浓度高。因此，在光电转换部101的下部中的P型阱107的添加的杂质浓度可以被视为比较对象。

根据本实施例的配置，可以抑制电荷流入传送路径和FD 114中。因此，除了在第一实施例中获得的效果之外还可以获得减少噪声的效果。

第三实施例

图4是根据本发明第三实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一和第二实施例中相同功能的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

本实施例与第二实施例之间的差别在于，P型半导体区401被布置在P型半导体区301之下。两个P型半导体区301和401被布置在不同的深度处。结果，P型半导体区401的下端在布置有构成光电转换部101的部分的N型半导体区106与P型阱107之间的PN结界面的深度处。在本实施例中，P型半导体区301和401用作第三半导体区。

图13示出了根据本实施例的在电荷保持部102(图4中的X截面)和传送部103(图4中的Y截面)中的每一个中的沿着深度方向的杂质分布。在存在P型半导体区111的峰值的深度处，P型半导体区111的杂质浓度比在传送路径之下的半导体区的杂质浓度高。在比P型半导体区111更深的位置处，P型半导体区301和401被布置在P型半导体区111、传送栅极电极113和FD 114之下。因此，如图13中所示出的，在电荷保持部102和传送部103中沿着深度方向的杂质分布是相同的。

图13还示出了在光电转换部101(图4中的Z截面)中的沿着深度方向的杂质分布。如图13中所示出的，P型半导体区401的下端在其中光电转换部101中的N型半导体区106和P型阱107形成PN结的深度处。

在本实施例中，通过四个离子注入步骤形成P型半导体区301和401。注入的离子类型是硼。利用最小的加速能量的离子注入的剂量大于其它，使得P型半导体区301的上部的杂质浓度高。P型半导体区301的上部的高杂质浓度对于减少电荷流入电荷保持部102等中是有利的。

在本实施例中，多个半导体区通过具有不同加速能量的离子注入被形成在不同的深度处，并且那些半导体区构成P型半导体区301和401。制造方法不限于前述的方法，只要P型半导体区301和401被形成在不同的深度处即可。

在图4中，P型半导体区401被布置在存在P型半导体区301的区域之下。也就是说，例如，P型半导体区401被布置在由图9中的虚线限定的区域中。

在本实施例中，在P型半导体区111与N型半导体区110之间的PN结界面处的P型杂质的添加的杂质浓度比P型阱107的添加的杂质浓度高。在本实施例中，P型半导体区301和401被形成在P型阱107中。在这种情况下，在传送栅极电极113之下的半导体区的添加的杂质浓度可以比P型阱107的添加的杂质浓度高。那么，在光电转换部101的下部中的P型阱107的添加的杂质浓度可以被视为比较对象。

根据本实施例的配置，可以抑制光电转换部101中产生的信号电荷经由P型阱107流入相邻像素中。因此，除了在第二实施例中获得的效果之外还可以获得进一步减少噪声的效果。

第四实施例

图5是根据本发明第四实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一到第三实施例中的任何一个中相同功能的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

本实施例与第三实施例之间的差别在于，P型半导体区301和401的端部以电荷保持部102的端部为基准从相同像素中的光电转换部侧偏离。构成光电转换部101的部分的N型半导体区106被布置在偏离的部分中。

图10是根据本实施例的像素区的顶视图。图10仅仅示出了四个像素，但是根据本实施例的固态图像拾取装置可以包括更多的像素。在图10中，布置有P型半导体区301和401的区域由虚线指示。图5示出了图10中的V-V截面的示意图。

在本实施例中，代表P型半导体区111的矩形的下侧是P型半导体区111的相同像素中的光电转换部侧的端部。如图10中所示出的，相对于P型半导体区111的相同像素中的光电转换部侧的端部，P型半导体区301和401的相同像素中的光电转换部侧的端部远离光电转换部101。

在本实施例中，在图10中示出的多个像素中的每一个像素中，P型半导体区301和401的光电转换部侧的端部从光电转换部101偏离。根据本实施例的固态图像拾取装置可以包括在其中P型半导体区301和401的光电转换部侧的端部不偏离的像素。

根据本实施例的配置可以具有对以倾斜方向进入的光的灵敏度。因此，除了第一到第三实施例的效果之外还可以获得光电转换部101的灵敏度增大的效果。

第五实施例

图6是根据本发明第五实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一到第四实施例中相同功能的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

本实施例与第一到第四实施例的不同之处在于，P型半导体区601被布置在控制电极112与传送栅极电极113之间的半导体表面上。在本实施例中，P型半导体区601用作第四半导体区。

P型半导体区601的杂质浓度比N型半导体区110的杂质浓度高。

根据本实施例的配置，可以抑制电荷保持部102与FD之间的传送路径中的暗电流的流入。因此，除了在第一到第四实施例中获得的效果之外还可以获得进一步减少噪声的效果。

第六实施例

图7是根据本发明第六实施例的固态图像拾取装置的像素的截面的示意图。具有与第一到第五实施例中相同功能的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

本实施例与第五实施例的不同之处在于，在P型半导体区601的正下方布置N型半导体区701。在本实施例中，N型半导体区701用作第五半导体区。

如图7中所示出的，在N型半导体区701与其下的P型半导体区之间的PN结界面在比N型半导体区110与P型半导体区111之间的PN结界面深的位置处。

P型半导体区601的杂质浓度与N型半导体区701的杂质浓度分别比N型半导体区110的杂质浓度高。因此，N型半导体区110的端部由半导体区601和701的布置确定。P型半导体区601和N型半导体区701可以通过使用预先形成的控制电极112和传送栅极电极113作为掩模的自对准工艺来形成。根据这种制造方法，可以容易地以高精度使控制电极112的端部和N型半导体区110的端部对齐。

根据本实施例的配置，可以增大传送效率，使得可以以低电压传送电荷。

固态图像拾取装置的应用

图8是可以被应用于所有前述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以执行全局电子快门操作。

附图标记801表示光电转换部。这里使用光电二极管。附图标记802表示电荷保持部，其保持由光电转换部801产生的信号电荷。附图标记803表示放大部的感测节点。例如，与FD电连接的放大晶体管的栅极电极和FD与感测节点803对应。附图标记804表示第一传送部，其将电荷保持部802中的电荷传送到放大部的感测节点803。附图标记805表示在必要时设置的第二传送部。第二传送部805将光电转换部801中的电荷传送到电荷保持部802。附图标记808表示复位部，其将基准电压供应给至少放大部的输入部。此外，复位部808可以向电荷保持部802供应基准电压。附图标记807表示在必要时设置的选择部。选择部807将各个像素行的信号选择性地输出到信号线。附图标记806表示放大部。放大部806与为信号线设置的恒流源一起构成源极跟随器电路。附图标记809表示排放控制部，其控制光电转换部801与用作溢漏(overflow drain)(在下文中为OFD)的电源线之间的电连接。

附图标记RES表示用于向复位部808供应驱动脉冲的导线。附图标记TX1表示用于向第一传送部804供应驱动脉冲的导线。附图标记TX2表示用于向第二传送部805供应驱动脉冲的导线。该导线也能够用作用于供应电荷保持部802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807供应驱动脉冲的导线。

等效电路不限于此，并且配置的一部分可以由多个像素共享。此外，等效电路适用于在其中各个元件的控制布线被固定到恒定电压并且不执行导通的控制的配置。

第二传送部805可以具有埋沟MOS晶体管配置，使得由光电转换部801产生的电荷立即流到电荷保持部802中。在该配置中，存在其中即使在非导通状态中能量势垒也在比表面深的部分处局部较低的部分。在该情况下，电荷传送部可以进入其中在没有执行积极控制的情况下供应一定电压的状态。也就是说，固定电势势垒可以被设置代替作为传送部的功能。

根据这种配置，在光进入光电转换部801时通过光电转换产生的信号电荷中的大部分可以在没有被蓄积在光电转换部801中的情况下被传送到电荷保持部802。因此，可以使电荷蓄积时间在所有像素的光电转换部801中是均匀的。此外，在MOS晶体管处于非导通状态时，在沟道的表面上蓄积空穴，并且用于传送电荷的沟道存在于相对于表面的预定深度处。因此，可以减少暗电流对绝缘膜的界面的影响。

从另一观点来看，在信号电荷被蓄积在光电转换部801和电荷保持部802中的时段期间，光电转换部801与电荷保持部802之间的电荷路径的电势低于光电转换部801与OFD区域之间的电荷路径的电势。这里，电势意指对于信号电荷的电势。

在这种像素配置中，可以以低电压将电荷从光电转换部801传送到电荷保持部802，这在该像素配置与本发明的实施例结合时在增大低电压下的电荷传送效率方面是合适的。

此外，从驱动的观点来看，在一个曝光时段中从光电转换部801移动到电荷保持部802的电荷被保持在电荷保持部802中并且被用作图像信号。也就是说，在光电转换部801中的一个曝光时段开始之后，不通过电荷保持部802的复位操作地从像素读取信号。注意，在捕获一个帧的图像时在各个光电转换部801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，但是在从电荷保持部802到FD区域的传送期间光电转换部801中的电荷被排放到OFD区域。因此，图像是间歇性的。在这种配置中图像的连续性是特别必需的情况下，可以通过执行逐行的曝光来获得连续的图像。两者可以根据需要而切换。

此外，本发明的实施例也可以被实现在其中在每个像素中为增大动态范围设置电荷保持部并且其中电荷被从电荷保持部传送到感测节点的固态图像拾取装置中。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

本申请要求2009年10月9日提交的日本专利申请No.2009-235087的权益，该日本专利申请的整体通过参考被并入于此。

附图标记列表

101光电转换部

102电荷保持部

103传送部

104感测节点

110N型半导体区

111P型半导体区

113传送栅极电极

Claims (24)

1.一种包括像素的固态图像拾取装置，所述像素包括：

光电转换部，被配置为根据入射光产生电荷；

电荷保持部，被配置为包括在与所述光电转换部不同的部分中保持由所述光电转换部产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区；以及

传送部，被配置为包括控制所述电荷保持部与感测节点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被布置在所述第一半导体区之下，以便与所述第一半导体区一起形成PN结，并且

其中所述第二半导体区的第二导电类型的杂质浓度比在所述传送栅极电极之下并且处于与所述第二半导体区相同的深度的区域的第二导电类型的杂质浓度高。

2.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，

其中所述感测节点包括浮置扩散部，并且

其中第二导电类型的第三半导体区被布置在比所述第二半导体区更深的位置处，所述第三半导体区在所述第二半导体区的至少部分、所述浮置扩散部以及所述传送栅极电极之下延伸。

3.根据权利要求2所述的固态图像拾取装置，

其中所述光电转换部包括第一导电类型的半导体区以及被布置在所述第一导电类型的半导体区之下并且与所述第一导电类型的半导体区一起形成PN结的第二导电类型的半导体区，

其中所述第三半导体区包括布置在不同的深度处的多个半导体区，并且

其中，在包括在所述第三半导体区内的多个半导体区之中，在底部处的半导体区延伸到其处形成有所述光电转换部的PN结的深度。

4.根据权利要求2所述的固态图像拾取装置，

其中所述第三半导体区的光电转换部侧的端部在与所述第二半导体区的光电转换部侧的端部相比远离光电转换部的位置处，并且

其中构成所述光电转换部的部分的所述第一导电类型的半导体区被布置在所述第二半导体区的至少部分之下。

5.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，

其中所述电荷保持部包括经由绝缘膜布置在所述第一半导体区之上的控制电极，并且

其中杂质浓度比所述第一半导体区高的第二导电类型的第四半导体区被布置在所述控制电极与所述传送栅极电极之间的半导体区的表面上。

6.根据权利要求5所述的固态图像拾取装置，

其中杂质浓度比所述第一半导体区高的第一导电类型的第五半导体区被布置在所述第四半导体区之下。

7.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，

其中所述第二半导体区的杂质浓度的峰值在距离衬底表面比0.5微米浅的位置处。

8.根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，

其中所述第一半导体区和所述第二半导体区是通过第一杂质注入步骤和第二杂质注入步骤来形成的，所述第二杂质注入步骤是使用与在所述第一杂质注入步骤中使用的掩模一致的掩模来执行的。

9.一种包括像素的固态图像拾取装置，所述像素包括：

光电转换部，被配置为根据入射光产生电荷；

电荷保持部，被配置为包括在与所述光电转换部不同的部分中保持由所述光电转换部产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区；以及

传送部，被配置为包括控制所述电荷保持部与感测节点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被布置在所述第一半导体区之下，并且

其中所述第二半导体区的第二导电类型的杂质浓度比在所述传送栅极电极之下并且处于与所述第二半导体区相同的深度的区域的第二导电类型的杂质浓度高。

10.根据权利要求9所述的固态图像拾取装置，

其中所述感测节点包括浮置扩散部，并且

其中第二导电类型的第三半导体区被布置在比所述第二半导体区更深的位置处，所述第三半导体区在所述第二半导体区的至少部分、所述浮置扩散部以及所述传送栅极电极之下延伸。

11.根据权利要求10所述的固态图像拾取装置，

其中所述光电转换部包括第一导电类型的半导体区以及被布置在所述第一导电类型的半导体区之下并且与所述第一导电类型的半导体区一起形成PN结的第二导电类型的半导体区，

其中所述第三半导体区包括布置在不同的深度处的多个半导体区，并且

其中，在包括在所述第三半导体区内的多个半导体区之中，在底部处的半导体区延伸到其处形成有所述光电转换部的PN结的深度。

12.根据权利要求10所述的固态图像拾取装置，

其中所述第三半导体区的光电转换部侧的端部在与所述第二半导体区的光电转换部侧的端部相比远离光电转换部的位置处，并且

其中构成所述光电转换部的部分的所述第一导电类型的半导体区被布置在所述第二半导体区的至少部分之下。

13.根据权利要求9所述的固态图像拾取装置，

其中所述电荷保持部包括经由绝缘膜布置在所述第一半导体区之上的控制电极，并且

其中杂质浓度比所述第一半导体区高的第二导电类型的第四半导体区被布置在所述控制电极与所述传送栅极电极之间的半导体区的表面上。

14.根据权利要求13所述的固态图像拾取装置，

其中杂质浓度比所述第一半导体区高的第一导电类型的第五半导体区被布置在所述第四半导体区之下。

15.根据权利要求9所述的固态图像拾取装置，

其中所述第二半导体区的杂质浓度的峰值在距离衬底表面比0.5微米浅的位置处。

16.根据权利要求9所述的固态图像拾取装置，

其中所述第一半导体区和所述第二半导体区是通过第一杂质注入步骤和第二杂质注入步骤来形成的，所述第二杂质注入步骤是使用与在所述第一杂质注入步骤中使用的掩模一致的掩模来执行的。

17.一种包括像素的固态图像拾取装置，所述像素包括：

光电转换部，被配置为根据入射光产生电荷；

电荷保持部，被配置为包括在与所述光电转换部不同的部分中保持由所述光电转换部产生的电荷的第一导电类型的第一半导体区；以及

传送部，被配置为包括控制所述电荷保持部与感测节点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被布置在所述第一半导体区之下，

其中所述第一半导体区和所述第二半导体区被布置在半导体衬底中，并且

其中所述第一半导体区的投影到与所述半导体衬底的表面平行的表面上的面积等于所述第二半导体区的投影到与所述半导体衬底的表面平行的表面上的面积。

18.根据权利要求17所述的固态图像拾取装置，

其中所述感测节点包括浮置扩散部，并且

其中第二导电类型的第三半导体区被布置在比所述第二半导体区更深的位置处，所述第三半导体区在所述第二半导体区的至少部分、所述浮置扩散部以及所述传送栅极电极之下延伸。

19.根据权利要求18所述的固态图像拾取装置，

其中所述光电转换部包括第一导电类型的半导体区以及被布置在所述第一导电类型的半导体区之下并且与所述第一导电类型的半导体区一起形成PN结的第二导电类型的半导体区，

其中所述第三半导体区包括布置在不同的深度处的多个半导体区，并且

其中，在包括在所述第三半导体区内的多个半导体区之中，在底部处的半导体区延伸到其处形成有所述光电转换部的PN结的深度。

20.根据权利要求18所述的固态图像拾取装置，

其中所述第三半导体区的光电转换部侧的端部在与所述第二半导体区的光电转换部侧的端部相比远离光电转换部的位置处，并且

其中构成所述光电转换部的部分的所述第一导电类型的半导体区被布置在所述第二半导体区的至少部分之下。

21.根据权利要求17所述的固态图像拾取装置，

其中所述电荷保持部包括经由绝缘膜布置在所述第一半导体区之上的控制电极，并且

其中杂质浓度比所述第一半导体区高的第二导电类型的第四半导体区被布置在所述控制电极与所述传送栅极电极之间的半导体区的表面上。

22.根据权利要求21所述的固态图像拾取装置，

其中杂质浓度比所述第一半导体区高的第一导电类型的第五半导体区被布置在所述第四半导体区之下。

23.根据权利要求17所述的固态图像拾取装置，

其中所述第二半导体区的杂质浓度的峰值在距离衬底表面比0.5微米浅的位置处。

24.根据权利要求17所述的固态图像拾取装置，

其中所述第一半导体区和所述第二半导体区是通过第一杂质注入步骤和第二杂质注入步骤来形成的，所述第二杂质注入步骤是使用与在所述第一杂质注入步骤中使用的掩模一致的掩模来执行的。

Images