CN1617349A - 固体摄像器件及其控制方法 - Google Patents

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CN1617349A CNA2004100903476A CN200410090347A CN1617349A CN 1617349 A CN1617349 A CN 1617349A CN A2004100903476 A CNA2004100903476 A CN A2004100903476A CN 200410090347 A CN200410090347 A CN 200410090347A CN 1617349 A CN1617349 A CN 1617349A
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Abstract

本发明涉及固体摄像器件及其控制方法，该固体摄像器件具有：在半导体基板的表面上受到来自外部的光产生信息电荷的摄像部；和具有在半导体基板的表面上配置的多个传送电极(24－1)～(24－3)，外部的光不会入射地被遮光的蓄积部。并且用传送电极(24－1)～(24－3)传送信息电荷。其特征在于：具有在传送电极(24－1)～(24－3)的附近下方嵌入形成的二极管(26)。从而可不降低固体摄像器件的敏感度和饱和输出的同时，抑制暗电流的产生。另外，可降低用固体摄像器件摄像所获得的信息电荷上的噪声。

Description

固体摄像器件及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种能够降低对信息电荷的噪声的固体摄像器件及其控制方法。
背景技术
CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)固体摄像器件是将信息电荷作为一个整体的信号包，使其能够以与外部时钟脉冲同步的速度沿一方向次序良好地移动的电荷传送器件。
帧传送方式的CCD固体摄像器件，如图11所示，具有摄像部2i、蓄积部2s、水平传送部2h及输出部2d。摄像部2i，包含由以垂直方向(图11的纵向)相互平行延伸的多个移位寄存器组成的垂直移位寄存器，各移位寄存器的各位分别以2维行列配置。蓄积部2s，也包含由以垂直方向(图11的纵向)相互平行延伸的多个移位寄存器组成的垂直移位寄存器来构成。蓄积部2s中包含的垂直移位寄存器被遮光，各移位寄存器的各位蓄积信息电荷，起到蓄积像素的功能。水平传送部2h，包含水平方向(图11的横向)延伸配置的水平移位寄存器来构成，水平移位寄存器的各位与蓄积部2s的各移位寄存器的输出相连接。输出部2d，包含暂时地蓄积从水平传送部2h的水平移位寄存器传送来的电荷的电容及将其电容中蓄积的电荷排出的复位晶体管。
入射到摄像部2i中的光，被用摄像部2i的各位光电转换生成信息电荷。在摄像部2i中生成的信息电荷的2维排列，通过摄像部2i的垂直移位寄存器以高速传送到蓄积部2s中。这样，1帧份的信息电荷被保持在蓄积部2s的垂直移位寄存器中。之后，信息电荷被1行份1行份地从蓄积部2s向水平传送部2h传送。然后，信息电荷以1像素单位从水平传送部2h向输出部2d传送。输出部2d将每1像素的电荷量转换为电压值，将该电压的变化作为CCD的输出。
摄像部2i及蓄积部2s，如图12(a)～(c)所示，由在半导体基板9的表面区域上形成的多个移位寄存器构成。图12(a)为表示现有的摄像部2i的一部分的示意平面图。、图12(b)及图12(c)分别为沿A-A线及B-B线的侧剖面图。
在图12(b)中，在N型半导体基板9内形成P阱(PW)11，并在其上形成N阱12。即，在N型半导体基板9上，形成添加了P型杂质的P阱11。在此P阱11的表面区域上，形成高浓度地添加了N型杂质的N阱12。
另外，为了将垂直移位寄存器的沟道区域间分离而设有分离区域14。在N阱12上，通过按规定的间隔相互平行地离子注入P型杂质，形成由P型杂质区域组成的分离区域14。N阱12，通过邻接的分离区域14被电性分隔，被分离区域14所夹的区域成为作为信息电荷的传送通路的沟道区域22。分离区域14，在邻接的沟道区域之间形成势垒，将各沟道区域22电性上分离。
在半导体基板9的表面上形成绝缘膜13。介由此绝缘膜13在沟道区域22的延伸方向上正交地，相互平行地配置多个由多晶硅膜构成的多个传送电极24。另外，为了降低传送电极24的电阻成分，与沟道区域22的延伸方向平行地设置内衬布线15，该内衬布线15由经开口部与传送电极24的规定条数的每一个连接的钨硅化物膜构成。邻接的3个传送电极24-1、24-2、24-3的一组相当于1个像素。
在图13中，表示沿摄像时的沟道区域22的N阱内的电势分布的样态。在摄像时，令1组的传送电极24之中1个传送电极24-2为ON状态，在其传送电极24-2下方的区域22中形成势阱50，通过令剩下的传送电极24-1、24-3为OFF状态，在ON状态的传送电极下方的势阱50中将信息电荷蓄积。传送时，例如，在每个邻接的3个传送电极24-1、24-2、24-3的组合上施加3相的传送时钟φ1～φ3，控制在传送电极24-1、24-2、24-3的下方的沟道区域22的电势来传送信息电荷。
专利文献1：特开2001-166284号公报
专利文献2：特开平6-112467号公报
如上所述，在现有的固体摄像器件中，将信息电荷从摄像部2i传送到蓄积部2s后，用和蓄积部2s连续形成的水平传送部2h，将信息电荷以1行为单位地输出到输出部2d。
然而，例如，在移动电话等具有摄影以外的功能的机器上搭载的固体摄像器件中，使用通话等其他功能时从蓄积部2s向水平传送部2h的信息电荷的传送必须中断。在输出中断期间，有必要令蓄积部2s的传送电极24-1～24-3之中至少1个维持在ON状态，将信息电荷保持在势阱50中。这样，在ON状态下，由于绝缘膜13和半导体基板9的界面上存在的缺陷水平的影响而产生暗电流。由此缺陷水平导致产生的暗电流，作为噪声重叠在势阱50中保持的信息电荷上，成为劣化用CCD固体摄像器件摄取的画面的原因。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术问题，其目的在于：提供一种可以解决至少1个上述课题，能够降低信息电荷的噪声的固体摄像器件及其控制方法。
本发明为，具备：在半导体基板的表面上受到来自外部的光产生信息电荷的摄像部；和，具有在所述半导体基板的表面上配置的多个传送电极，外部的光不会入射地被遮光的蓄积部，并且用所述传送电极传送所述信息电荷的固体摄像器件，其特征在于，具有在所述传送电极的附近下方嵌入形成的二极管。
本发明为，具备：在半导体基板的表面上受到来自外部的光产生信息电荷的摄像部；和，包含：在半导体基板的表面区域上相互间以规定间隔设置并平行地配置，且表面区域具有一导电型的多个沟道区域；和，在所述半导体基板的表面上与所述多个沟道区域交叉的方向上相互平行地配置的多个传送电极的蓄积部，并且用所述传送电极传送所述信息电荷的固体摄像器件，其特征在于：具有在所述传送电极的附近下方嵌入形成、且表面区域具有与所述沟道区域相反导电型的二极管。
本发明的固体摄像器件，其特征在于，具有形成所述二极管的一导电型的区域的杂质浓度，比一导电型具有的所述沟道区域的杂质浓度高。
这里，包含：配置于所述多个沟道区域之间、且其表面区域具有与所述沟道区域相反导电型的分离区域，且形成所述二极管的区域，优选在形成所述分离区域的所述半导体基板的区域的附近形成。
另外，本发明为，具有：在半导体基板的表面上受到来自外部的光产生信息电荷的摄像部；和，具有在所述半导体基板的表面上配置的多个传送电极，外部的光不会入射地被遮光的蓄积部，并且具有在所述传送电极的附近下方嵌入形成的二极管的固体摄像器件的控制方法，其特征在于，包含在将所述传送电极全部关闭的状态下将所述信息电荷蓄积在所述二极管中的第1工序。
还有，在传送所述信息电荷的第2工序中，优选令所述半导体基板的电位为在形成所述二极管的区域中没有形成势阱的电位。这时，通过令所述半导体基板的电位在所述第1工序和所述第2工序中为不同的电位，能够对势阱的形成进行控制。
发明效果
通过本发明，能够抑制向蓄积部中保持的信息电荷的暗电流的影响。另外，能够减低用固体摄像器件摄像获得的信息电荷的噪声。因此，能够提高用固体摄像器件摄取的图像的品质。
附图说明
图1表示本发明的实施方式中的固体摄像器件的蓄积部的平面图。
图2表示本发明的实施方式中的固体摄像器件的蓄积部的侧剖面图。
图3表示本发明的实施方式中的固体摄像器件的蓄积部的另一个示例的平面图。
图4表示本发明的实施方式中的固体摄像器件的蓄积部的另一个示例的侧剖面图。
图5表示固体摄像器件的控制方法中的时序图。
图6表示本发明的实施方式中的固体摄像器件的蓄积部的电势分布的图。
图7表示本发明的实施方式中的固体摄像器件的蓄积部的电势分布的图。
图8表示传送时的固体摄像器件的蓄积部的电势分布的图。
图9表示传送中断时的固体摄像器件的蓄积部的电势分布的图。
图10表示传送再开始时的固体摄像器件的蓄积部的电势分布的图。
图11表示固体摄像器件的构成的概念图。
图12表示现有的固体摄像器件的构成的平面图及侧剖面图。
图13说明固体摄像器件中的电荷蓄积的样态的图。
图中：2d～输出部、2h～水平传送部、2i～摄像部、2s～蓄积部、9～半导体基板、10～N型基板、11～P阱、12～N阱、13～绝缘膜、14～分离区域、16～P+型区域、17～N+型区域、22～沟道区域、24～传送电极、26～二极管、28～切口区域、30，34，36，38，50～势阱、32～信息电荷
具体实施方式
本发明的第1实施方式中的CCD固体摄像器件，如图11中已经表示出的，包含摄像部2i、蓄积部2s、水平传送部2h及输出部2d来构成。本实施方式中的CCD固体摄像器件，在其蓄积部2s中具有与现有技术不同的特征。因此，以下只对蓄积部2s进行说明。
图1为表示本发明的固体摄像器件的蓄积部2s的一部分的示意平面图，图2表示沿C-C线的侧剖面图。另外，对与现有构造相同的构成附相同符号并省略说明。
本发明的第1实施方式中的蓄积部2s，如图1及图2所示，由在半导体基板9的表面区域上形成的多个移位寄存器构成。
蓄积部2s，在N型的半导体基板9的表面上形成。作为半导体基板9，可以用添加了砷(As)、磷(P)、锑(Sb)等的N型杂质的硅基板等的一般的半导体材料。作为半导体基板9，最好使用具有1×1014/cm3以上1×1015/cm3以下掺杂浓度的硅基板。
在N型半导体基板9上，形成添加了P型杂质的P阱(PW)11。作为P型杂质，可以使用硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等。P阱11的掺杂浓度，优选高于半导体基板9的掺杂浓度，为5×1014/cm3以上5×1016/cm3以下较好。在此P阱11的表面区域上，形成高浓度地添加了N型杂质的N阱(NW)12。N阱12的掺杂浓度，优选高于P阱11的掺杂浓度，最好为1×1016/cm3以上1×1017/cm3以下。N阱12中，按规定的间隔相互平行地形成由高浓度地添加了P型杂质的P型杂质区域构成的分离区域14。此分离区域14的掺杂浓度，最好为1×1016/cm3以上5×1017/cm3以下。分离区域14，在邻接的沟道区域22内形成势垒，并电性上分离。
在半导体基板9的表面上形成绝缘膜13。绝缘膜13，可以为硅氧化膜(SiO2)、硅氮化膜(SiN)等的半导体集成电路装置中使用的绝缘材料。
介由此绝缘膜13在分离区域14的延伸方向上正交地配置多个相互平行的传送电极24。传送电极24，其材料可为多晶硅膜、金属膜、或者是这些材料的组合。邻接的3个传送电极24-1、24-2、24-3的一组相当于1个像素。
在邻接的分离区域14中夹的区域的N阱12之中，形成高浓度地添加了P型杂质的P+型区域16。此P+型区域16与N阱12的PN结构成二极管26。二极管26，在相当于1个像素的3个传送电极24-1、24-2、24-3的组中，至少设有一个。
利用在相邻传送电极24上设有切口区域28形成的开口部，在表面上将P型杂质离子注入，在半导体基板9的表面上形成有高浓度的P+型区域16。这时，其形状定为各传送电极24不在中途被切断。
可以将传送电极24作为掩模，通过在切口区域28的开口部的表面区域上添加P型的杂质形成P+型区域16。在本工序中，例如使用硼离子作为P型杂质，以20keV的加速电压、1×1012/cm2的注入条件进行离子注入。P+型区域16的掺杂浓度，最好调整为1×1016/cm3以上5×1017/cm3以下。
另外，也可不设置切口区域28，而在传送电极24的附近下方形成二极管26。
例如，在图1中，对各传送电极24设置切口区域28，并将各个的切口区域28作为掩模形成二极管26，但也可利用光刻法技术等通过光刻胶形成掩模，并用该掩模形成二极管26。在这种将光刻胶作为掩模使用的情况下，不在传送电极24上设置切口区域28，可如图3所示，在每个划定为1像素的多个传送电极24的组合中形成至少1个二极管26。
另外，也可如图4的侧剖面图所示，将传送电极24作为掩模，通过在切口区域28的开口部的表面区域上将P型杂质及N型杂质离子注入，形成P+型区域16及N+型区域17。
首先，如图1所示，利用设置切口区域28形成的开口部，在P阱11和N阱12的纵深方向上跨越地将N型杂质离子注入。这样，形成N+型区域17。N+型区域17的掺杂浓度，优选高于N阱12的掺杂浓度，最好为1×1016/cm3以上5×1017/cm3以下。在此N阱17的表面区域上将P型杂质高浓度地离子注入，在基板表层上形成高浓度的P+型区域16。P+型区域16的掺杂浓度，优选高于N+型区域17的掺杂浓度，最好为1×1016/cm3以上5×1017/cm3以下。
另外，也可如图3所示，不设置切口区域28，用由光刻胶构成的掩模在传送电极24附近的下方形成P+型区域16及N+型区域17，构成嵌入型的二极管26。
构成二极管26的P+型区域16，最好如图12(a)所示，与分离区域14接触地形成。这样，分离区域14和P+型区域16能够总保持为相同电位。分离区域14，与传送电极24相独立，由外部始终保持一定的电位，所以P+型区域16同时也保持为一定电位。因此，可对二极管26内和沟道区域22内控制成不同的电势分布。
CCD固体摄像器件，接收从外部入射的光，通过光电转换产生与该外部光的强度对应的信息电荷。二极管26，用于将从摄像部21传送的信息电荷以每个像素为单位进行蓄积。
分离区域14所夹的区域之中，没有形成二极管26的区域成为作为信息电荷的传送经路的通路区域22。各通路区域22通过分离区域14被电性隔开。
下面，对本实施方式中的CCD固体摄像器件的控制方法进行说明。图5中表示传送时、传送中断时及传送开始时的时序。时钟脉冲φ1～φ3，分别施加在传送电极24-1～24-3上。在N型基板10中，施加基板电位Vsub。
图6及图7中分别示出了传送时、传送中断时及传送开始时的各期间中的、沿D-D’线及E-E’线(参照图4)纵深方向的电势分布。横轴表示从半导体基板9的表面开始的深度，另外纵轴表示各位置的电势，下方是正电位一侧，上方是负电位一侧。
时刻t0之前，信息电荷32沿沟道区域22垂直传送。传送电极24-1～24-3中，如图5所示，施加相位相互错开的时钟脉冲φ1～φ3。与此同时，在N型基板10上施加正电位。这时，沿D-D’线的电势分布，如图6的曲线I所示，从P+型区域16向N型基板10慢慢降低。其结果，在P+型区域16内不会形成势阱。沿与被施加负电位的传送电极24接近的E-E’线的电势分布，如图7的曲线L1所示，从N阱12向N型基板10渐渐降低。其结果，在N阱12内不会形成势阱。另一方面，沿与被施加正电位的传送电极24接近的E-E’线的电势分布，如图7的曲线L2所示，向N阱12的深部渐渐降低，并在N阱12内到达极小值，再朝着P阱11方向再度上升，并在P阱11内到达最大值，再朝着N阱10方向再度减少。其结果，在N阱12内形成势阱38。
图8中，表示沿被施加正电位的传送电极附近的D’-X-Y-E’线(参照图4)的电势分布。图8中，横轴表示沿D’-X-Y-E线的位置，纵轴表示电势。也如图6的曲线I及图7的曲线L2所示，在二极管26的区域中没有形成势阱。
另一方面，N阱内形成的势阱38中蓄积信息电荷32。在传送电极24-1～24-3中顺序施加时钟脉冲φ1～φ3，在传送电极的下方形成的势阱38向沟道区域22的延伸方向移动。相应地，信息电荷32被顺序传送。
在时刻t0～t1中，蓄积部2s中的信息电荷32的传送被中断。这时，传送电极24-1～24-3都被施加负电位，N型基板10上也被施加负电位。因此，沿D-D’线的电势分布，成为图6的曲线G所示，从P+型区域16开始渐渐降低，在N+型区域17内达到极小值，向P阱11再度上升，并在P阱11内达到极大值，再向N型基板10再度减少。其结果，在P+型区域16中形成势阱30。另一方面，沿E-E’线的电势分布，如图7的曲线J所示，从N阱12向N型基板10的深部渐渐降低。其结果，在沿E-E’线的区域中没有形成势阱，或者，只形成极浅的势阱。
图9中，表示沿传送中断时的D’-X-Y-E线(参照图4)的电势分布。在图9中，横轴表示沿D’-X-Y-E线的位置，纵轴表示电势分布。如图6的曲线G及图7的曲线J所示，在传送中断时中在二极管26的区域中形成势阱30。因此，在传送时沟道区域22的势阱38中的信息电荷32，被传送到二极管26的势阱中。
信息电荷的传送中断时，通过在传送电极24上施加负电位，如图5所示，P+型区域16和N阱12或者P+型区域和N+型区域17的界面电平通过空穴被作为终端。其结果，在界面上产生的电荷为了和空穴再度结合，能够抑制传送中断中的暗电流的产生。
在时刻t1～t2中，中断的传送被再度开始。这时，在与二极管26邻接的传送电极24-1或者24-2的任意1个上施加正电位，N型基板10维持负电位。图5的时序图中在传送电极24-2上施加的时钟脉冲φ2为正电位。这时，沿与传送电极24-2接近的D-D’线的电势分布，如图6的曲线H所示，从P+型区域16渐渐降低，在N+型区域17内达到极小值，再向P阱11上升，并在P阱11内达到极大值，再向N型基板10再度减少。其结果，在P+型区域16内形成势阱34。另一方面，沿与传送电极24-2接近的E-E’线的电势分布，如图7的曲线K所示，向N阱12的深部渐渐降低，在N阱12内达到极小值，再向P阱11上升，并在P阱11内达到极大值，再向N型基板10再度减少。其结果，在N阱12内形成了比二极管26的区域的势阱34更深的势阱36。
图10中，表示沿栅传送时的D’-X-Y-E’线(参照图4)的电势分布。在图10中，横轴表示沿D’-X-Y-E’线的位置，纵轴表示电势。如图6的曲线H及图7的曲线K所示，在二极管26中形成的势阱34较浅，在沟道区域22中形成的势阱36较深。在传送中断时在二极管26中形成的势阱中蓄积的信息电荷32向沟道区域22中形成的势阱36中传送。
之后，与上述时刻t0以前同样地，通过在传送电极24-1～24-3上施加相互错开的时钟脉冲φ1～φ3，能将信息电荷32向着沿沟道区域32的方向再次传送。
如以上所述，通过本实时方式，能够在信息电荷的传送中断时减少由界面电平产生的电荷，可以抑制暗电流对图像的影响。即，能够不降低敏感度和饱和输出的同时，抑制暗电流的产生。
另外，本发明，不限于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的要点的范围内进行各种改更。

Claims (7)

1.一种固体摄像器件，具有：受到来自外部的光而产生信息电荷的摄像部；和
具有在半导体基板的表面上配置的多个传送电极，不使外部的光入射而被遮光的蓄积部，
用所述传送电极来传送所述信息电荷，其特征在于：
具有在所述传送电极的附近下方埋入形成的二极管。
2.一种固体摄像器件，具有：受到来自外部的光而产生信息电荷的摄像部；和
包含：在半导体基板的表面区域上相互间以规定间隔设置并平行地配置，且表面区域具有一导电型的多个沟道区域；和在所述半导体基板的表面上沿与所述多个沟道区域交叉的方向上相互平行地配置的多个传送电极的蓄积部，
用所述传送电极来传送所述信息电荷，其特征在于：
具有：在所述传送电极的附近下方埋入形成、且表面区域具有与所述沟道区域相反导电型的二极管。
3.根据权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于：
具有形成所述二极管的一导电型的区域的杂质浓度，比具有一导电型的所述沟道区域的杂质浓度高。
4.根据权利要求2或3所述的固体摄像器件，其特征在于：
包含：配置于所述多个沟道区域之间、且其表面区域具有与所述沟道区域相反导电型的分离区域，
形成所述二极管的区域，在形成所述分离区域的所述半导体基板的区域的附近形成。
5.一种固体摄像器件的控制方法，该固体摄像器件具有：受到来自外部的光而产生信息电荷的摄像部；和
具有在所述半导体基板的表面上配置的多个传送电极，且不使外部的光入射而被遮光的蓄积部，并且具有在所述传送电极的附近下方埋入形成的二极管，其特征在于：
包含：在将所述传送电极全部OFF的状态下将所述信息电荷蓄积在所述二极管中的第1工序。
6.根据权利要求5所述的固体摄像器件的控制方法，其特征在于：
包含：传送所述信息电荷的、令所述半导体基板的电位为在形成所述二极管的区域中不会形成势阱的电位的第2工序。
7.根据权利要求6所述的固体摄像器件的控制方法，其特征在于：令所述半导体基板的电位，在所述第1工序和所述第2工序中为不同的电位。
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