TW497262B - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
2 6 2f7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 8〇03pif.doc/〇〇8 _ B7 ---__ 發明說明（I ) 發明所屬技術領域 本發明係關於固態攝影裝置，特別關於由CMOS 製造的CMOS感應器（CMOS Sensor)等的固態攝影裝置者。 習知的技術 圖9表示一般所稱CMOS感應器（CMOS Sensor)的固態 攝影元件之攝影區域以二維矩陣(matnx)狀配置的複數單位 像素(pixel)中之一個單位像素之習知斷面構造。 在p型砂基板（p-silicone substrate)31上形成p型的井 (well)區域（p-well region)32。在此井（well)區域32的表面部 形成由P+型擴散層33和η型擴散層34所成的光電變換區 域區域35。該η型擴散層34之構成爲積蓄輸入光經光電 變換所得之信號電荷的信號積蓄部，又該Ρ+型擴散層33 則爲防止暗電流爲目的而形成者。 在鄰接該光電變換區域35處形成閘電極（gate electrode)36，以控制讀出在構成爲信號積蓄部之該n型擴 散層34所積蓄的信號電荷，又鄰接該閘電極36，形成η 型擴散層37爲信號檢出部，以檢出經閘電極36下部的通 道區域(channel region)傳送的信號電荷，並且鄰接該η型 擴散層37形成傳送用的閘電極38，以傳送控制此η型擴 散層37所檢出的信號電荷。 另外，鄰接該傳送用的閘電極38，形成具有各爲η型 擴散層的汲極（drain)39，和源極（source)40，以及閘電極41 之放大用MOS場效應電晶體(以下，將MOS場效應電晶體 (MOS-FET)稱爲 M〇S 電晶體，FET : field effect transistor)。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)AI規恪（210x297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
497262 A7 B7 0 〇 3 ρ 1 f . d ( 五、發明說明（>) 此放大用MOS電晶體42的閘電極41以配線43與該η型 擴散層37連接，更且MOS電晶體42的源極（souixe)40則 連接信號讀出線44。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其次，說明有該上述斷面構造的單位像素的動作情形。 在信號積蓄期間中，由入射到光電變換區域35的輸入 光，產生信號電荷而在信號積蓄部（η型擴散層34)積蓄。 在信號積蓄期間終了後的信號讀出期間，如讀出用的閘電 極36，呈爲導通（on)狀態（on state)，則通過此閘電極36下 的通道區域，信號電荷由信號積蓄部向信號檢出部(η型擴 散層37)排出，在信號檢出部，信號電荷變換成爲信號電 壓，此變換的電壓，經配線43，供給放大用的MOS電晶 體42的閘電極41，此信號電壓由此MOS電晶體42放大 後，從接連在源極（s〇urce)40的讀出線44讀出之。 圖10A係表示將圖9所示單位像素的信號積蓄部（η型 擴散層34)及信號檢出部（η型擴散層37)附近的構成抽出 的斷面圖，圖10Β係表示圖10Α在信號讀出期間從信號 積蓄部(η型擴散層34)向信號檢出部（η型擴散層37)排出 信號電荷以讀出信號電荷的情形。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制代 在讀出用的閘電極36爲斷開（off)狀態（off state)時， 此閘電極36下面的通道（channel)區域的電位呈低値狀態 而信號積蓄部（η型擴散層34)所積蓄的信號電荷，照原連 續積蓄；如對讀出用的閘電極36，供給此閘電極36呈爲 導通（on)狀態的讀出電位時，此閘電極36下面通道（channel) 區域的電位呈現高値，使積蓄在信號積蓄部（η型擴散層34) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A·丨规恪（210 X 297公釐） 497262 8003 〇if . doc/008 _^_B7_ 五、發明說明（） 的信號電荷經通道區域向信號檢出部（η型擴散層37)排出 信號電荷以讀出信號電荷。 但習知的像素有以下所述的種種問題。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 即向信號檢出部排出信號電荷以進行讀出信號電荷 時，隨閘電極36下面的通道區域的電位呈現高値，使在 鄰接閘電極36的信號積蓄部近旁之電位也受調變，以從 信號積蓄部讀出信號電荷。 可是爲防止暗電流而形成Ρ+型擴散層33的關係。在信 號積蓄部之讀出用閘電極36近旁的電位，不容易受閘電 極36的閘電位調變，因此如圖10Β所示在讀出用的閘電 極36近旁產生妨礙信號電荷排出日f之電位障壁；故一部 份的信號電荷成爲殘留電荷留存在信號積蓄部，不能完全 進行讀出信號。 如此，若從信號積蓄部不能完全進行讀出信號時，元 件的動態範圍（dynamic range)低下，以使再生畫像的品質 顯然的劣化。 並且此種問題隨像素體積（cdl sue)的縮小而更加顯 著。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 從再生畫像的品質提昇，或元件尺寸（device size)的 縮小化之要求，單位像素的尺寸有年年縮小化之傾向，如 此單位像素尺寸的縮小化，也使M0S電晶體的尺寸（sue) 也隨著縮小，通常此種元件尺寸的縮少，隨尺寸縮小法則 (scaling-down law)，其施加電壓也低下，更且井（well)區域 的不純物濃度也隨著上昇。 6 本紙張&度適用中國國家標準（CNSM1規格（21〇χ 297公堃） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497262 80 Ο3pif.doc/008 _Β7_ 五、發明說明（V ) 但是如此進行尺寸縮小（scaling-down)時，閘電極的電 位調變區域，限定在閘電極近旁較狹範圍，因此在比表面 的P+型擴散層33較深位置形成的信號積蓄部（η型擴散層 34)之閘電極36近旁，不容易引起電位調變；所以微細化 的像素更容易產生電位障壁，使CMOS感應器（sensor)特 別具有的上述問題，越發顯著。 又習知者，也有以下之問題。 即如上所述，盡量在較淺的位置形成表面的P+型擴散 層33，以使信號積蓄部（η型擴散層34)的閘電極36近旁， 容易產生電位調變，但如Ρ+型擴散層33較淺時則基板表 面所發生的暗電流會有增加傾向，以使在再生畫面上發生 雜音。 欲解決的問題點 如上所述，習知的固態攝影裝置，隨單位像素的微細 化，施加在信號電荷所用的閘電極的讀出電位也降低，並且 在其下面通道區域所形成的并(well)區域的不純物濃度提 高時，無法充分從信號積蓄部讀出信號電荷，並且發生暗 時的熱雜音、暗電流雜音及殘像等問題。 本發明係考量上述問題而進行者，其目的提供一種固 態攝影裝置在隨單位像素微細化而供給讀出用的閘電極的 讀出電位低降，並且其下面通道區域所形成的井（well)區 域的不純物濃度提高時，也能從信號積蓄部容易讀出信號 電荷，並且不發生暗時的熱雜音、暗電流雜音及殘像等問 題。 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)Al規格（21〇χ 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
497262 8003pif.doc/008 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（k ) 解決問穎的丰It 第一發明的固態攝影裝置在半導體基板上將多個單位 像素配置成二維矩陣。每一單位像素具有光電變換區域閘 電極，及第一導電型的第二半導體區。其中，光電變換區 域係形成在從半導體基板表面向深度方向離所定距離的位 置。且光電變換區域具有由第一導電型的第一半導體區域 所構成的信號積蓄部，以積蓄輸入光經光電變換所得之信 號電荷。信號積蓄部形成在從該閘電極一端的水平方向離 所定距離的位置；閘電極形成在鄰接光電變換區域的半導 體基板上，控制從信號積蓄部讀出積蓄的信號電荷。第一 導電型的第二半導體區域形成在閘電極下面的通道區域， 控制閘電極的臨界値。 並且對第一發明的固態攝影裝置，在光電變換區域的 基板表面上，也可形成第三半導體區域，具有第一導電型 的導電型相異之第二導電型，並且其不純物濃度比閘電極 下面通道區域的不純物濃度較高。 更且對第一發明的固態攝影裝置，第二半導體區域也 可形成在閘電極下面的通道區域的全區域，或也可形成在 閘電極下面的通道區域中，除光電變換區域側的一部份區 域以外的區域。 對第一發明的固態攝影裝置，因在閘電極下面的通道 區域，形成控制閘電極臨界値的第一導電型的第二半導體 區域之關係，雖以低電位供給聞電極，也可得到較高的通 道電位，在閘電極下面形成的空乏層可充分伸延。因此可 8 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Γ -I 0 tmmmm 11 1 n I mmmmf ^ %. n ·1 ft— 1 ϋ 11 a-ϋ I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 x 297公f ) A7 B7 497262 8003pif.doc/008 五、發明說明（6) 離開閘電極形成信號積蓄部，如以離子注入（10n imPlantatl〇n) 形成信號積蓄部時，其離子注入能量（ion imPlantatl〇n energy) 並無任何限制。即如以高能量進行離子注入時’因信號積 蓄部設在離鄰接的閘電極一端水平方所定距離的位置’無 貫穿閘電極而對通道區域注入離子（i〇n)之虞。因此可在比 習知較深的位置形成信號積蓄部，所以在光電變換區域的 基板表面所設的第三半導體區域，能在深度方向以較厚的 狀態加以形成，此可抑制在光電變換區域發生的暗電流。 第二發明的固態攝影裝置在半導體基板上，將多個單 位像素配置成二維矩陣。其中每一單像素只有光電變換區 域、閘電極及信號檢出部。其中，光電變換區域形成在從 半導體基板表面向深度方向離所定距離的位置。且光電變 換區域具有由第一導電型的第一半導體區域所成的信號積 蓄部，以積蓄輸入光經光電變換所得之信號電荷。閘電極 形成在鄰接光電變換區域的該半導體基板上，控制從信號 積蓄部讀出積蓄的信號電荷。信號檢出部形成位置鄰接閘 電極，由閘電極來控制其讀出，檢出在閘電極下面通道區 傳送之信號電荷。閘電極下面通道區域的電位，當爲使閘 電極成爲導通（on)狀態而將讀出電位供給該閘電極時，設 定成與信號檢出部電位爲同電位，而閘電極爲斷開（off)狀 態時’設定成比信號檢出部的電位爲低的電位。 並且對第二發明的固態攝影裝置，在光電變換區域的 基板表面上，也可形成第二半導體區域與第一導電型的導 電型相異之第二導電型，並且其不純物濃度比該閘電極下 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（21〇χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497262 8003pif.doc/008 _B7_ 五、發明說明（7) 面通道區域的不純物濃度較高。 更且對第二發明的固態攝影裝置，也可在閘電極下面 的通道區域形成控制閘電極臨界値的第一導電型之第三半 導體區域，此時也可形成在閘電極下面的通道區域的全區 域，或也可在閘電極下面的通道中，除光電變換區域邊的 一部分區域以外之區域。 再來，對第二發明的固態攝影裝置信號檢出部，也可 由在基板表面上所設的第一導電型的第四半導體區域構 成。 另外，對第二發明的固態攝影裝置，該信號積蓄部也 可形成在從該閘電極一端的水平方向離所定距離的位置。 對第二發明的固態攝影裝置，閘電極下面的通道區域 的電位，在該閘電極爲斷開（off)狀態時，設定成比信號檢 出部的電位爲低，則信號電荷不會從信號積蓄部向信號檢 出部流出。並且爲使閘電極成爲導通（on)狀態而將讀出電 位供給閘電極時，設定成與信號檢出部電位爲同電位，如 此可以比習知者較低的電壓使閘電極成爲導通（cm)狀態。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明 圖1表示本發明以CMOS感應器（sensor)實施時的全體 構成之方塊圖。 圖2爲將第一實施例的CMOS感應器的單位像素之光 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A !規格（210 X 297公坌） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
497262 8003pif.doc/ 008 Λ7 B7 五、發明說明（¾ ) 電變換區域，讀出用的閘電極，及信號檢出部等抽出表示 的斷面圖。 圖3A〜圖3B表示抽出圖2所示單位像素的讀出用閘 電極26附近之放大斷面圖及電位分布狀態圖。 圖4表示第二實施例的CMOS感應器之單位像素抽出 一部份的構造斷面圖。 圖5表示圖4中的單位像素的電位分布狀態。 圖6表示第三實施例的CMOS感應器之單位像素抽出 一部分的構造斷面圖。 圖7表示第四實施例的CMOS感應器之單位像素抽出 一部分的構造斷面圖。 圖8A〜圖8G第一實施例的CMOS感應器之製造方法 以製程表示的斷面圖。 圖9表示CMOS感應器的習知單位像素之構造斷面 圖。 圖10A〜圖10B表示圖9所示習知的單位像素，抽出 其信號積蓄部及信號檢出部附近構造的斷面圖及表示讀出 信號電荷情形圖。 圖式之標記說明= (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- -I I I 1 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 CMOS感應器 12 單位像素 13 攝影區域 14 掃描區域 21 P型矽基板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A丨規格（21〇χ 297公坌） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、〇〇3pif.d〇c/〇〇8 幻 ^ _B7_______ 五、發明說明（1 ) 22 p型的井區域(p-well) 23 p+型擴散層. 24 η型擴散層(信號積蓄部） 25 光電變換區域 26 讀出用的閘電極 27 η型擴散層 28 η型擴散層(信號積蓄部） 較佳實施例之詳細說明 以下，將參照圖面詳細說明本發明的實施例。 圖1表示以此發明實施在CMOS感應器（sensor)時，全 體構造的方塊圖（block diagram)。CMOS感應器（sensor)ll 形成在半導體基板（未圖示）上，此基板上積集複數的單位 像素12，以二維矩陣(matnx)狀配置成攝影區域13，和讀 出此攝影區域13各單位像素12的信號掃描區域14。 上述各單位像素12，與上述圖10A、圖10B所示的習 知者同樣，由光電變換區域，讀出用閘電極，信號檢出部， 傳送用的閘電極，及放大用的MOS電晶體等所構成。 圖2表示第一實施例的MOS感應器之單位像素，抽出 其光電變換區域，鄰接此光電區域所成的讀出用閘電極， 及鄰接此閘電極所形成的信號檢出部等之斷面圖。 在圖2，P型的井區域(P-well)22形成在P型矽基板21， 上在此井區域22表面部分，形成由p+型擴散層23和η型 擴散層24所成的光電變換區域25 ;上述η型擴散層24係 構成爲信號積蓄部，以積蓄輸入光經光電變換所得之信號 -----L· — — — —^9$ ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — — — — — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A1規格（210 χ 297公t ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497262 _B7__ 五、發明說明（f ) 電荷，而上述P+型擴散層23爲防止暗電流之目的加以形 成者。 在鄰接該光電變換區域25之井區域22表面上，形成 讀出用的閘電極26 ’以控制從信號積蓄部（η型擴散層24) 讀出其所積蓄的信號電荷；然而此閘電極26下面的井區 域22表面部位置的通道區域，在此全區域形成η型擴散 層27，以控制此閘電極26的臨界値。 並且在鄰接該閘電極26的該井區域22的表面部，形 成η型擴散層28爲信號檢出部，以檢出在該閘電極26下 面的通道區域所傳送的信號電荷；讀出用的MOS電晶體 具有該閘電極26 ’並以此信號檢出部（η型擴散層28)爲汲 極（drain) ’以丨目5虎積畜部（η型擴散層24)爲源學（source)。 另外，在該光電變換區域25，構成爲信號積蓄部的η 型擴散層24係形成在從該閘電極26 —端的水平方向如圖 中所示離距離Υ的位置。 在此例如’該Ρ+型擴散層23的不純物濃度之最大値爲 lxl018(cnr2)〜lxl019(cm_2)時，η型擴散層24的不純物濃度 之最大#大槪在lxl016(Cnr2)〜ul〇i7(cnr2)的程度，此時 型擴散層23和η型擴散層24的接合面之從基板表面的深 度大槪在100〜300(nm);又該^型擴散層27的不純物濃度 大約爲lxl016(cm·2)〜lxl〇i7(cm-2)的程度，接合深度大槪爲 1〇〇〜200(nm) ’此種條件時，該距離γ爲5〇〜2〇〇(nm)程度； 並且P+型擴散層23的不純物濃度，比p型井區域22者高 爲所當然。 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A丨規格（2i〇T^7公釐---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) AIM MM· Ml· MM W Μ·!皿 * 497262 〇〇3pif . doc / 008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（u ) 圖3A表示抽出圖2所示單位像素的讀出閘電極26附 近之放大斷面圖，圖3B表示圖3A中沿A-A’線的電位分 布狀態圖。 閘電極26供給讀出電位，而閘電極26呈現導通（〇n)狀 態時，閘電極26下面的通道區域的通道電位，比信號檢 出部（η型擴散層28)的電位高，而從信號檢出部流入充分 數的電子，其結果，通道電位與信號檢出部爲同電位。 一方面，供給讀出電位時，在閘電極26下面形成空乏 層，此空乏層到達信號積蓄部(η型擴散層24)的靠閘電極 26附近部分；由此積蓄在信號積蓄部(η型擴散層24)的信 號電荷（此時爲正孔）向電位高的通道區域流出，以進行信 號讀出。 在此雖信號積蓄部（η型擴散層24)的形成離開閘電極 26,而空乏層到達信號積蓄部(η型擴散層24)靠近閘電極26 部份，是因要控制臨界値而在通道區域形成η型擴散層27 所致；即以與習知同値的讀出電位供給閘電極26時，其 所得通道電位，比習知者爲高。 另一方面，以呈現斷開（off)狀態的電位，供給閘電極 26的狀態時，閘電極26下面的通道區域之通道電位比信 號積蓄部（η型擴散層24)的電位爲低；因此閘電極26爲斷 開（off)狀態時，在信號積蓄部(η型擴散層24)所積蓄的信 號電荷，不會漏出到信號積蓄部外。 如此上述實施例的CMOS感應器（sensor)在讀出用的閘 電極26下面的通道區域，形成η型擴散層27，所以當對 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •疇 · ϋ ϋ— I ί I n in 一口、· 1· m I n I ·ϋ ϋ I * 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規烙（210 x 297公釐） 497262 Λ7 B7 〇0 3pif.doc/ 008 五、發明說明（〖〜） 閘電極26供給與習知同値的讀出電位時，可得比習知較 高的通道電位；此結果，可防止妨礙排出信號電荷的電位 障壁在信號積蓄部（η型擴散層24)的讀出用閘電極26附近 發生。故在信號讀出期間，不會有一部分信號電荷以殘留 電荷留存在信號積蓄部，以使可完全進行讀出信號。 另外，上述實施例，在通道區域形成η型擴散層27， 雖信號、積蓄（η型擴散層24)的形成離開閘電極26 ’當讀出 電位供給閘電極26時，閘電極26下面所形成的空乏層可 到達信號積蓄部（η型擴散層24)靠近閘電極26的部份。 如此信號積蓄部（η型擴散層24)的形成離開閘電極26 時，以離子注入形成信號積蓄部(η型擴散層24)時’其離 子注入能量不受任何限制；即以高能量進行離子注入時’ 因信號積蓄部（η型擴散層24)形成在從鄰接MOS電晶體的 閘電極26的一端水平方向離所定距離Υ之位置，無貫穿 閘電極26，而離子注入通道區域之虞；所以可在比習知更 深的位置形成信號積蓄部，因此在光電變換區域基板表面 所設的Ρ+型擴散層23，在深度方向能以較厚的狀態加以形 成以致可抑制在光電變換區域25，發生暗電流。 再者，隨單位像素的微細化，在供給讀出用閘電極的 讀出電位低降’以及在其下面通道區域形成的井區域之不 純物濃度提高之情形下，也可容易進行從信號積蓄部讀出 信號電荷並且不發生暗時的熱雜音、暗電流雜音及殘條 等。 圖4表示第二實施例的CMOS感應器(sensor)之單位像 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A·丨規烙(210T797 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t--------tr--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497262 A7 g〇〇3ρ if. doc /Ο 08 五、發明說明（P ) 素抽出一部分的構造斷面圖，再來圖4的斷面構造跑uj $ 所示第一實施例者有所對應與圖2中所有對應考，胃 一符號之關係，不另再說明，只對與圖2不同部分加以言兌 明。 在圖2，爲控制閘電極26的臨界値，在閘電極26下^ 面的井區域22表面部位置的通道區域之全區域形成.n型 擴散層27，在圖4則加以變更，在通道區域中，除光電變 換區域25邊的一部分區域外之區域形成η型擴散層27 ; 又圖5表示圖4中沿Β-Β’線的電位分布狀態圖。 在此實施例，如圖5所示，當讀出用的閘電極26爲導 通(on)狀態時，通道電位比信號積蓄區域（η型擴散層24)的 電位爲高，可充分進行讀出信號之情形與第一實施例時相 等；此實施例在閘電極26爲斷開（off)狀態時，在通道區域 無形成η型擴散層27的區域的通道電位，比信號積蓄部(n 型擴散層24)的電位充分的低降之關係，在信號積蓄期間， 信號積蓄部（η型擴散層24)所能積蓄的信號電荷量，可得 增加之效果。 另外，在此實施例，當將讀出電位供給閘電極26，而 閘電極26呈導通（on)狀態時，閘電極26下面之通道區域 的電位設定成與信號檢出部（η型擴散層28)的電位爲同電 位，而閘電極26爲斷開（off)狀態時，則設定成比信號檢出 部（η型擴散層28)的電位爲低之電位。 圖6表示第三實施例的CMOS感應器之單位像素’抽 出一部分構造的斷面圖；又圖6的斷面構造與圖2所示第 (請先閱讀背面之注咅心事項再填寫本頁) I ·· n i-^-r°J -ϋ ϋ amm— I n 1 I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X 297公坌） 497262 8〇〇3pif.d〇c/〇08 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（以） 一實施例者有所對應，與圖2中有所對應者使用同一符號 之關係，不另再說明，只對與圖2不同部分加以說明。 在圖2，爲防止暗電流之目的在光電變換區域25的信 號積蓄部（η型擴散層24)上面形成p+型擴散層23，在圖6 則加以變更省略Ρ+型擴散層23的形成；即當ρ型井區域22 的不純物濃度充分提高時，可省略此Ρ+型擴散層23的形 成。 在此實施例，也使當將讀出電位供給閘電極26，而閘 電極26呈導通（on)狀態時，閘電極26下面之通道區域的 電位設定成與信號檢出部（η型擴散層28)的電位爲同電 位，而閘電極26爲斷開（off)狀態時，而閘電極26爲斷開（off) 狀態時，則設定成比信號檢出部（η型擴散層28)的電位爲 低的電位。 圖7表示第四實施例的CMOS感應器之單位像素抽出 一部分構造的斷面圖，又圖7的斷面構造與圖6所示第三 實施例者有所對應，與圖6中有所對應者使用同一符號之 關係，不另再說明，只對與圖6不同部分加以說明。 在圖6，爲控制閘電極26的臨界値，在閘電極26下 面之井區域22的表面部分位置之通道區域形成η型擴散 層27，但圖7則加以變更省略此η型擴散層27的形成。 以此種構造，由Ρ型矽基板21，ρ型的井區域22的不 純物濃度，信號積蓄部（η型擴散層24)的不純物濃度及信 號檢出部（η型擴散層28)的不純物濃度的關係，也可使在 閘電極26爲斷開（off)狀態時，通道電位比信號積蓄部（η (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------ 訂-------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM丨规格（210 X 297公t ) 抑7262 if.doc/008 A7 B7 五、發明說明（|() 型擴散層24)的電位爲低，並且在閘極26爲導通(on)狀態 時，通道電位比信號積蓄部(η型擴散層24)的電位爲高。 還有，在此實施例也同樣，當將讀出電位供給閘電極 26，而閘電極26呈導通（on)狀態時，閘電極26下面通道 區域之電位設定成與信號檢出部（η型擴散層28)的電位爲 同電位，而閘電極26爲斷開（off)狀態時，則設成比信號檢 出部（η型擴散層28)的電位爲低的電位。 再者，上述的各實施例，以在ρ型矽基板21上形成ρ 型井區域22的情形加以說明，在使用ρ型矽基板時也可 省略形成Ρ型井區域22，而在ρ型矽基板上形成光電變換 區域，信號檢出部等；並且上述的各實施例，矽基板21 爲Ρ型，在其上面形成的井區域22也爲ρ型，信號積蓄 部（源極）及汲極各以η型擴散層的構成場合加以說明，但 也可使用矽基板爲η型者，在其上形成η型井區域，在此 η型井區域的表面部形成由ρ型擴散層所成的信號積蓄部 (源極）及汲極；此時信號積蓄部上爲防止暗電流所形成的 Ρ+型擴散層23，改以形成η型擴散層。 其次，有關於本發明的CMOS感應器之製造方法，由 上述圖2所示的第一實施例的CMOS感應器之製造方法爲 例加以說明。 首先，如圖8A所示，準備ρ型矽基板21。 其次，如圖8B所示，由離子注入，熱擴散等方法在 基板21的一邊表面形成ρ型的井區域（P-well)22。 接下來，如圖8C所示，由離子注入等方法，在P型井 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A!规格（210 X 297公釐）
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 05^ 言 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
497262 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8003pif.doc/008 五、發明說明（丨(:） 區域22的表面近旁形成η型擴散層27 ;此η型擴散層27 的形成係控制在通道區域的臨界値爲目的。 再來，如圖8D所示，以熱氧化方法在基板表面上形 成閘絕緣膜後，再堆積多晶矽等的電極膜，續以微影餓刻 法（photo-lithography)等對該電極膜及閘絕緣吴以選擇旨虫刻 (etching)形成讀出用的聞電極26。 其次，該光電變換區域（圖2中的25)—邊，被遮罩 (masked)狀態對該閘電極26，以自己整合的將η型不純物 離子注入，以形成圖8Ε所示的η型擴散層28 ;此η型擴 散層28，相當於具有閘電極26的讀出用MOS電晶體之汲 極(dram)，並且爲信號出部者；並且形成該η型擴散層28 的不純物濃度比先前之η型擴散層27者爲高。 其之，η型擴散層28 —邊被罩幕的狀態，對該閘電極 26以自己整合的將ρ型的不純物離子注入，如圖8F所示， 在Ρ型的井(well)區域22的表面近傍，形成ρ型擴散層23。 此擴散層23的形成目的爲抑制以後將形成爲信號積蓄部 的η型擴散層24的基板界面發生的暗電流；又形成該ρ 型擴散層23的不純物濃度比先前的η型擴散層27者爲高。 接續下來，在光電變換區域（圖2中的25)—邊，從該 閘電極26 —端水平方向離距離Υ(如前述例如50〜200nm程 度）以遠處，將η型不純物離子注入，如圖8G所示，形成 爲信號積蓄部的η型擴散層24。 依此製程，製造如圖2所示的CMOS感應器。 再者，圖4及圖6所示的CMOS感應器的情形。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM.丨規格（210 x 297公釐） 497262 8003pif.doc/008 _B7 五、發明說明（Π) 還有，本發明並非限定在上述之各實施例，在實施階 段，不脫離其宗旨的範圍，可能有種種變形，用微影蝕亥 (photo-lithography)，在基板的界面近傍，以選擇性的形成 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) η型擴散層。 還有，本發明並非限定在上述之各實施例，在實施階 段，不脫離其宗旨的範圍，可能有種種變形。 發明的效果 如以上說明，依照本發明，可提供一種在隨單位像素 的微細化而供給讀出用閘電極的讀出電位低以及在其下面 通道的井區域之不純物濃度提高之下，也可容易從信號積 蓄部讀出信號電荷，並且不發生暗時的熱雜音、暗電流雜 音、殘像等之固態攝影裝置。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM.丨規格（210 X 297公t )
Claims (1)
- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 497262 A8 B8 8003pif.doc/ 008 六、申請專利範圍 1. 一種固態攝影裝置，其特徵在於，包括： 一攝影區域，係在一半導體基板上，將複數個單位像 素配置成二維矩陣;其中 每一該單位像素具有： 一光電變換區域，形成在從該半導體基板表面 往深度方向一定距離處，該光電變換區域具有一信號積蓄 部，該信號積蓄部係由一第一半導體區域所構成，該第一 半導體區域具有第一導電型，積蓄輸入光經光電變換所得 之信號電荷； 一閘電極，形成於該半導體基板上，鄰接該光 電變換區域，控制讀出積蓄於該信號積蓄部之信號電荷; 以及 一第二半導體區域，形成於該閘電極下面之一 通道區域，具有第一導電型，以控制該閘電極的臨界値; 其中 該信號積蓄部係，形成在距該閘電極之端部在 水平方向上一定距離之處。 2. 如申請專利範圍第1項所述之固態攝影裝置，其特 徵在於，更包括一第三半導體區域，設於該光電變換區域 的該基板表面，具有與該第一導電型之導電型相異的一第 二導電型，且其不純物濃度比該閘電極下部之通道區域爲 高。 3. 如申請專利範圍第1項所述之固態攝影裝置，其特 徵在於，該第二半導體區域係形成於該閘電極下面的通道 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497262 A8 B8 80〇3pif.doc/〇08 Do 六、申請專利範圍 區域之全域。 4. 如申請專利範圍第1項所述之固態攝影裝置，其特 徵在於，該第二半導體區域係形成於該閘電極下面的通道 區域中，除了該光電變換區域側之一部份區域以外的區 域。 5. —種固態攝影裝置，其特徵在於，包括： 一攝影區域，係在一半導體基板上，將複數個單位像 素配置成二維矩陣;其中 每一該單位像素具有： 一光電變換區域，形成在從該半導體基板表面 往深度方向一定距離處，該光電變換區域具有一信號積蓄 部，該信號積蓄部係由一第一半導體區域所構成，該第一 半導體區域具有第一導電型，積蓄輸入光經光電變換所得 之信號電荷； 一閘電極，形成於該半導體基板上，鄰接該光 電變換區域，控制讀出積蓄於該信號積蓄部之信號電荷; 以及 一信號檢出部，與該閘電極鄰接，由該閘電極 控制讀出該信號檢出部，檢測出在該閘電極下面的通道區 域傳送之該信號電荷;其中 當將讀出之電位供給到該閘電極上，而該閘電 極爲導通狀態時，該閘電極下面的通道區域之電位係設定 成和該信號檢出部的電位爲同電位，當該閘電極爲斷開狀 態時，該閘電極下面的通道區域之電位係設定成比該信號 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I— I I n 1· n n δν a i.·— ϋ n n 1- n 1 I · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Μ/262 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 。3 Ρ 1 f . d。c / Q ◦ 8 货 一 -D8 、申請專利範圍 檢出部的電位爲低。 6.如申請專利範圍第5項所述之固態攝影裝置，其特 徵在於，更包括一第二半導體區域，設於該光電變換區域 的該基板表面’具有與該第一導電型之導電型相異的一第 一導電型，且其不純物濃度比該閘電極下部之通道區域爲 高。 7·如申請專利範圍第5項或第6項所述之固態攝影裝 置，其特徵在於，該第一導電型之一第三半導體區域係形 成於該閘電極下面的通道區域，以控制該通道區域之臨界 値。 8·如申請專利範圍第7項所述之固態攝影裝置，其特 徵在於，該第二半導體區域係形成於該閘電極下面的通道 區域之全域。 9·如申請專利範圍第7項所述之固態攝影裝置，其特 徵在於，該第三半導體區域係形成於該閘電極下面的通道 區域中，除了該光電變換區域側之一部份區域以外的區 域。 10. 如申請專利範圍第5項所述之固態攝影裝置，其 特徵在於，該號檢出部係由第一導電型的一第四半導於 區域所構成，該第四半導體區域係形成於該基板表面。§ 11. 如申請_專利範圍第5項所述之固態攝影裝置，其 中，該信號積蓄部係形成於，與該閘電極的端部在水平/方 向上相距—一定距離之處。 國家標準（CNS)A4 規格（210 X 297 公t〉 --------ΤΓ-----裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
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