TWI225304B - Solid-state image sensing device and camera system using the same - Google Patents

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TWI225304B TW092116996A TW92116996A TWI225304B TW I225304 B TWI225304 B TW I225304B TW 092116996 A TW092116996 A TW 092116996A TW 92116996 A TW92116996 A TW 92116996A TW I225304 B TWI225304 B TW I225304B
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Shunsuke Inoue
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Description

1225304 Π) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於固態攝影感應裝β 影系統。 【先前技術】 近年來，對用於影像拍攝設備的固態影像 求快速增加，諸如主要爲數位靜物攝影機及電 等。如此種固態影像感應裝置一般’也e丨吏 荷耦合裝置）或MOS (金屬-氧化物-半導體） 應裝置。與後者比較，前者由於它們的高靈敏 ，所以被廣泛當作高淸晰度影像感應裝置使用 面它們亦具有一些缺點。尤其是’其電力消耗 高且因爲無法使用一般半導體製造方法所以成 ，其難以與諸如驅動電路等周邊電路整合在一i 因此，致力於發展放大型MOS固態影像 在固態影像感應裝置中，儲存在光電二極體的 引進設置在每一畫素中之放大電晶體的控制電 由放大電晶體放大，及結果的輸出根據信號電 電極輸出。尤其是，就放大型固態影像感應裝 力於發展使用MOS電晶體當作放大電晶體之 補金氧半導體）感應器。預測可攜式電話的需 ，因此希望能夠克服上述CCDs缺點的M0S 應裝置可應用在可攜式設備。 該裝置的攝 感應裝置需 視攝錄影機 CCDs (電 固態影像感 度及低噪音 ，但另一方 和驅動電壓 本高。此外 |E ° 感應裝置。 信號電荷被 極中，並且 荷量自其主 置而言，致 CMOS(互 求將會增加 固態影像感 -5- (2) (2)1225304 圖13爲用於固態影像感應裝置之CMOS感應器畫素 的典型例子之電路圖。 在圖13中，參照符號30表示單元畫素，1爲光電二 極體，用以儲存自入射光線的信號電荷；6爲放大MOS 電晶體，用以根據信號電荷量輸出放大信號；及3爲浮動 擴散區（下文中稱作”FD”），接收信號電荷和將信號電荷 連接到放大MOS電晶體6的閘電極。參照號碼2表示轉 移MOS電晶體，用以將儲存在光電二極體1的信號電荷 轉移到FD區3 ; 4爲重設MOS電晶體，用以重設FD區3 ;及5爲選擇MOS電晶體，用以選擇輸出畫素。參照號 碼9a爲控制線，用以施加脈衝到轉移MOS電晶體2的閘 以控制電荷轉移操作；9b爲控制線，用以施加脈衝到重 設MOS電晶體4的閘以控制重設操作；及9c爲控制線， 用以施加脈衝到選擇MOS電晶體的閘以控制選擇操作。 參照號碼l〇a是供電導線，連接到放大MOS電晶體6的 吸極和重設MOS電晶體4的吸極以提供它們供電電位。 參照號碼1 〇b爲輸出線，用以輸出被選到畫素的放大信號 ;8爲定流MOS電晶體，操作成恆流電源和形成與放大 MOS電晶體6傳導的源極輸出器：及10c爲導線，用以 供應電位到MOS電晶體8的閘電極以便以恆流操作它。 在兩次元矩陣中的複數上述畫素30之排列設置兩次 元固態影像感應裝置的畫素區。在矩陣配置中’輸出線 10b被用作同一行畫素的共用線，而控制線9a，9b，及9c 皆被用作對應列畫素的共用線。在一列中只有由控制線 -6- (3) (3)1225304 9c所選到的畫素輸出信號到對應輸出線1 0b。 圖1 4爲習知固態影像感應裝置的另一畫素之電路圖 。在圖14中，參照號碼1表示光電二極體；2爲轉移 MOS電晶體，用以轉移光電二極體1的電荷；及3爲浮 動擴散區，用以暫時儲存被轉移電荷。參照號碼4爲重設 MOS電晶體，用以重設浮動擴散區3和光電二極體1;5 爲選擇MOS電極體，用以選擇陣列中的一列；及6爲源 極輸出器MOS電晶體。此源極輸出器MOS電晶體6爲將 浮動擴散區3的電荷轉換成電壓並且使用源極輸出放大器 放大電壓。參照號碼7表示讀取線，使用當作同一行的共 同線，用以讀取畫素電壓信號；及參照號碼8表示恆流電 源，用以提供恆流給讀取線7。 將於下文槪要說明此習知固態影像感應裝置的操作。 光電二極體1將入射光線轉換成電荷，及轉移MOS電晶 體2使電荷可儲存在浮動擴散區3。藉由打開重設MOS 電晶體4和轉移MOS電晶體2，浮動擴散區3和光電二 極體1的電位事先重設成定位。如此，浮動擴散區3的電 位隨自入射光線產生的電荷加以變化。 浮動擴散區3的電位被源極輸出器MOS電晶體6放 大並且輸出到讀取線7。當打開選擇MOS電晶體時，畫 素被選擇。輸出電路（未圖示）藉由決定光學信號被儲存 之後的浮動擴散區3之電位和浮動擴散區3的重設電位之 間差異加以偵測光學信號成分。 圖1 5爲圖1 3的固態影像感應裝置的槪要剖面圖。此 -7- (4) (4)1225304 槪要剖面圖包括對應於光電二極體、轉移MO S電晶體、 及FD區的部位。在此圖中，參照號碼11表示n型半導 體基底；12爲p阱；及15爲形成在p阱12之η型半導 體區。Ρ阱12和η型半導體區15構成光電二極體。自入 射光線產生的信號電荷被儲存在η型半導體區15。參照 號碼14爲圖13的轉移MOS電晶體2之閘電極。參照號 碼18表示FD區，其爲形成在ρ阱12之η型半導體區和 充作轉移Μ Ο S電晶體2的吸極區。轉移Μ Ο S電晶體的源 極區對應於η型半導體區1 5。參照號碼20表示導線，連 接到FD區18和亦連接到放大MOS電晶體（未圖示）的 閘電極。參照號碼1 7爲元件隔離絕緣薄膜，被稱作 ”LOCOS”氧化膜。參照號碼29是ρ +通道停止器，形成在 元件隔離絕緣薄膜1 7下面並且具有比ρ阱1 2高的摻雜濃 度。 圖1 6爲圖1 4的固態影像感應裝置的槪要剖面圖。此 剖面圖圖示對應於圖14的光電二極體1和轉移MOS電晶 體2之部位組合。參照號碼1 1表示η型矽基底；12爲P 阱；13a爲轉移MOS電晶體2的閘氧化膜；13b爲設廪在 光吸收部位上的薄氧化膜；1 4爲轉移Μ Ο S電晶體2的閘 電極；及15爲光電二極體1的η型陰極。參照號碼16表 示Ρ型表面區’用以設置光電二極體埋設結構；及17爲 元件隔離用LOCOS氧化膜。參照號碼18爲濃摻η型區’ 用以形成浮動擴散區並且亦當作轉移Μ Ο S電晶體2的吸 極區。參照號碼19爲矽氧化膜，用以在閘電極和第一金 -8 - (5) (5)1225304 屬層21之間提供絕緣。參照號碼20爲接觸插頭；22爲 夾層絕緣薄膜，用以在第一金屬層21和第二金屬層23之 間提供絕緣；24爲夾層絕緣薄膜，用以在第二金屬層23 和第三金屬層2 5之間提供絕緣；及2 6爲鈍化薄膜。就彩 色光電轉換裝置而g，彩色爐波器層（未圖不）形成在純 化薄膜26的上層及微透鏡（未圖示）另外形成在其上以 提高靈敏度。透過表面的入射光線經由未設置第三金屬層 25的隙孔進入光電二極體。利用光電二極體的n型陰極 1 5或ρ阱1 2吸收光線，使得產生成對電洞。在這些成對 中，電子儲存在η型陰極區。 美國專利號碼6,403，99 8揭示固態影像感應器，其中 以距η型基底預設距離形成ρ型埋設層，並且在其上形成 光電轉換區。此外，美國專利號碼6,5 04,1 93揭示固態影 像裝置，其中光電二極體的一端被形成延伸到讀出閘下面 的位置，及衝穿停止器區形成在對應於吸極區之信號偵測 部位下面，並且自我校準於閘電極。 儘管有圖1 5及1 6的習知結構，但是產生在光電二極 體下面的信號電荷部分無法被光電二極體吸收，而被FD 區1 8和畫素內的電晶體之源極和吸極區吸收。結果’靈 敏度減低。 此外，雖然對CMOS固態影像感應裝置做了各種改進 ，但是仍有靈敏度低的問題，尤其是，在具有小畫素尺寸 的裝置中。本發明設置具有新結構和即使對微畫素亦可提 供高靈敏度之C Μ Ο S固態影像感應裝置。 -9 - (6) (6)1225304 現在將說明圖16的習知結構爲什麼靈敏度低的原因 。參照圖1 6，自進入隙孔的光線2 7所產生的電子成功地 儲存在η型陰極區並且當作有效信號電荷。但是，例如， 如同在光線2 8的例子中，在遠離光電二極體某位置產生 電子被電位較低的η +型浮動擴散區1 8捕獲，而非被η型 陰極區捕獲。此外，即使緊接在光電二極體下面，電子重 複擴散和漂流的結果，電子在某特定機率下被低電位區而 非光電二極體吸收，如此無助於當作光電轉換信號。當η 型陰極15形成在比矽表面更深的位置，此種配置有助於 光電二極體收集電子。但是，因爲η型陰極區藉由離子植 入法形成在Ρ阱1 2，所以摻雜濃度無法相當明顯減低。 此習知結構又有因爲η型陰極1 5η的耗盡行爲限制，所以 η型陰極1 5無法在相當深位置中形成有高摻雜濃度的問 題。 如此，設置光電二極體之η型陰極的體積受限。結果 ，無法達到足夠收集自入射光線所產生的電子之能力，導 致低靈敏度。 同時，揭示在美國專利號碼6,403,998的習知結構也 無法防止反應於入射光線在深位置所產生的電子被浮動擴 散區1 8等吸收，因爲在信號讀出閘下面未設置電位障壁 。如此，此結構也有靈敏度減低的問題。再者，揭示在美 國專利號碼6,5 04，193的習知結構無法防止自入射光線所 產生的一些電子被畫素中另一電晶體的源極和吸極吸收或 被相鄰畫素吸收，因爲衝穿停止器區只形成在信號偵測部 -10- (7) (7)1225304 位下面。如此，此結構也有靈敏度減低的問題。 【發明內容】 本發明的目的係設置一具有高靈敏度，尤其對微畫素 ，之固態影像感應裝置，本發明的另一目的係設置一電力 消耗及驅動電壓低與成本低之攝影系統。 爲了達成前述目的，根據本發明的第一觀點，設置有 固態影像感應裝置。固態影像感應裝置具有複數畫素。每 —畫素包括由具有第一導電型的半導體區和具有第二導電 型的半導體區構成之光電二極體，用以產生信號電荷。第 一導電型和第二導電型彼此相對。每一畫素另外包括第一 電晶體，形成在第二導電型半導體區並且具有第一導電型 以轉移信號電荷到吸極區之吸極區；第二電晶體，具有形 成在第二導電型半導體區並且具有第一導電型之源極和吸 極。至少一具有第二導電型的電位障壁被設置在第一電晶 體的吸極區和第二電晶體的源極區及/或源極區下面。利 用該配置，因爲至少一電位障壁被設置在FD區和每一電 晶體的源電極及/或吸電極下面，藉以增加靈敏度。這是 S爲在電位障壁下面產生的信號電荷不會被下面設置有電 位障壁的FD區和每一電晶體的源極區及/或吸極區吸收。 。 有成 一 置具構每 裝由區。 應括體對 感包導相 像素半此 影畫的彼 態一型型 固每電電 有。導導 置素二二 設畫第第 ， 一 有和 點少具型 觀至和電 二有區導 第具體 一 的置導第 明裝半。 發應的體 本感型極 據像電二 根影導電 態一光 固第之 -11 - (8) (8)1225304 畫素另外包括具有設置在第一導電型半導體區並且具有第 一導電型之源極和吸極的電晶體。具有第二導電型的電位 障壁被設置在電晶體的閘電極下面。利用該配置’設置在 構成畫素之η型電晶體的閘電極下面之電位障壁防止源極 和吸極之間的短路。電位障壁又用於使即使設置在η型半 導體的η型電晶體可操作。 根據本發明的第三觀點，設置有固態影像感應裝置。 固態影像感應裝置包括具有第一導電型的基底、具有第二 導電型的層、及具有第一導電型的層。第二導電型層和第 一導電型層形成光電二極體。至少一由具有第二導電型區 形成之電位障壁設置在形成光電二極體的區域四周。 第二導電型區可設置在第一導電型層並且第二導電型 層可以是埋設層。第二導電型區可往深度方向延伸到第二 導電型埋設層。利用此配置，當光電二極體用η型層被具 有相反導電型的埋設層環繞及具有相同導電層的層當作埋 設層的層時，電位障壁爲電子做準備。此外，此配置使光 電二極體具有低摻雜濃度和具有大體積，藉以增加收集光 電信號的能力。 可由配置在第一導電型層的深度方向之複數電位障壁 構成電位障壁。利用此配置，在具有深光電二極體用η型 層的結構中，即在即使較長波長中仍具有靈敏度之結構中 ，設置複數Ρ型層考慮到有效電位障壁的形成。 複數層的最上層可控制自光電二極體到轉移電晶體的 電荷轉移路徑。此配置可完成轉移電晶體能夠保證轉移來 -12- 1225304 Ο) 自光電二極體的信號之結構。 在至少第一導電型層的相反導電型埋設層附近之部位 可具有比周圍相反導電型層低的摻雜濃度。利用此配置， 當光電二極體在儲存電荷時被逆偏壓時，耗盡層有效地朝 η型層延伸以幫助完全耗盡。因爲阱層和埋設層被放置在 與水平平面方向的位置大致相同，所以所需的光掩模處理 較少。如此，此配置可提供較高的隔離效果。 第一導電型層在鄰近於半導體表面的部位中可具有摻 雜濃度高於其他區之區。利用此配置，半導體表面的電子 電位變得比其他部位低，如此當儲存電荷時，在表面附近 收集電子。結果，在轉移電荷時較不會餘留電子。 在電荷轉移期間第一導電型層可完全耗盡。此配置可 提供”完全轉移”的光電二極體，可決定深度方向的濃度， 使得由於逆偏壓由相反型導電層包圍的光電二極體可耗盡 並且無重設噪音。 根據本發明的第四觀點，提供有用以製造本發明的第 三觀點之固態影像感應裝置的方法。在此製造方法中，在 第一導電型層形成在相反導電型埋設層上之後，由離子植 入法形成相反導電型層。此製造方法能夠製造可藉由改變 外延層厚度加以處理各種光譜特性之固態影像感應裝置。 根據本發明的第五觀點，設提供有用以製造本發明的 第三觀點之固態影像感應裝置的方法。在此製造方法中， 以在離子植入第一導電型半導體基底之後、離子植入相反 導電型埋設層的方法形成相反導電型埋設層。當在較長波 -13- (10) (10)1225304 長中無需具有相當高的光譜靈敏度時，此製造方法利用離 子植入法的高重複性在深度方向的表面內可形成均一埋設 層。 此外，藉由STI (淺溝槽隔離）可在鄰近畫素之間設 置隔離區。因爲使用S TI，即使對微小畫素，所以可設置 在鄰近畫素之間具有較低充電洩漏、及具有低串音和高靈 敏度之影像感應裝置。 由STI形成並且隔離畫素的氧化膜和矽之間的整個接 觸表面可由第一導電型半導體層覆蓋。利用此配置，在 STI期間，耗盡層不必形成在氧化膜和矽之間的介面中， 並且在黑暗中可提供具有低噪音的影像感應裝置。 藉由深溝槽隔離可在鄰近畫素之間設置隔離區。利用 此配置，就微小畫素而言，畫素之間的隔離可更進一步被 加強，並且可提供具有低串音和高靈敏度之影像感應裝置 〇 由深溝槽隔離形成並且隔離畫素的氧化膜和矽之間的 整個接觸表面可由第一導電型半導體層覆蓋。利用此配置 ，在深溝槽隔離期間，耗盡層不必形成在氧化膜和矽之間 的介面中，並且在黑暗中可提供具有低噪音的影像感應裝 置。 自參照附圖的下面較佳實施例的說明中將可更明白本 發明的其他目的、特徵、和優點。 【實施方式】 -14- (11) (11)1225304 第一實施例 圖1爲根據本發明的第一實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 在圖1中，參照號碼101表示具有第一導電型（在此 例中以η型做例子）的半導體基底；i 02爲是第二導電 型半導體區之p阱；及103爲形成在p阱1〇2並且是第一 導電型半導體區之η型半導體區。p阱1〇2和η型半導體 區103構成光電二極體。自入射光線產生的信號電荷被儲 存在η型半導體區103。參照號碼111表示是第一電晶體 ，用以轉移由光電二極體產生的信號電荷之轉移電晶體的 吸極。吸極區具有第一導電型並且充當FD區和形成在ρ 阱102的η型半導體區。參照號碼1〇9表示轉移電晶體的 閘電極。η型半導體區103和111各自充當轉移電晶體的 源極區和吸極區。參照號碼1 1 3是導線，連接到η型半導 體區η 1、也連接到爲第二電晶體之放大電晶體的閘電極 1 3 0。放大電晶體被構製成在源極區1 3 1和吸極區1 3 2之 間設置閘電極1 3 0。參照號碼1 3 3是連接到源極區1 3 1的 垂直信號線。吸極區1 32不僅當作放大電晶體的吸極電極 並且當作選擇電晶體的源極。參照號碼1 3 4表示選擇電晶 體的吸極電極，及閘電極1 3 5形成在源極電極1 3 2和吸極 電極1 3 4之間。參照號碼1 3 6是連接到選擇電晶體的吸極 電極1 3 4之吸極線。參照號碼1 0 7表示形成有厚氧化膜之 元件隔離絕緣薄膜。參照號碼106表示ρ +通道停止器， 形成在元件隔離絕緣薄膜107並且具有比Ρ阱102高的濃 -15- (12) (12)1225304 度。參照號碼105表示電位障壁。電位障壁105形成有與 P阱102相同導電型之p型半導體區。 此處，應注意轉移電晶體稱作，，第一電晶體，，’而除了 轉移電晶體之外形成在畫素中的電晶體稱作，，第二電晶體” 〇 在轉移操作期間，儲存在η型半導體區103的信號電 荷被轉移到FD區111。η型半導體區103的η型摻雜劑 濃度被設定成在轉移之後即刻耗盡η型半導體區1 〇3 ° 在此實施例的固態影像感應裝置中，由光電二極體' 轉移電晶體、放大電晶體、及選擇電晶體構成一晝素。但 是，一畫素的配置並不侷限於此特定實施例。例如，可由 轉移電晶體和放大電晶體構成一畫素。另外，可由光電二 極體、轉移電晶體、放大電晶體、選擇電晶體、及重設電 晶體構成一畫素。 本發明的電位障壁105之特徵爲它們被設置在第一電 晶體的吸極區和第二電晶體的源極區及/或吸極區下面。 當形成複數第二電晶體時，至少一電位障壁1 05被設置以 便對應於至少一源極區及/或吸極區。 電位障壁105具有濃度高於ρ阱102之ρ型雜質。雖 然通道停止器106和電位障壁105是具有相同ρ +型的半 導體區時，但是其摻雜濃度當然彼此不相同。藉由使用離 子植入法例如將硼或鎵植入ρ阱1 02設置電位障壁1 〇 5。 如圖1所不，本發明的電位障壁10 5形成在F D區 111和放大電晶體與選擇電晶體的源極和吸極區131，132, -16- (13) (13)1225304 及134下面。 如同在本發明一般，設置電位障壁1〇5在FD區和每 一電晶體的源極電極及/或吸極電極下面可提高靈敏度。 這是因爲在電位障壁105下面產生的信號電荷不會被下面 設置有電位障壁1 05之FD區1 1 1和每一電晶體的源極區 及/或吸極區吸收。 此外，此配置較佳，因爲在第二電晶體的源極和吸極 區下面設置更多電位障壁105，所以設置信號電荷較不會 被除了光電二極體之外的區域吸收之結構。 電位障壁1 0 5也被設置在元件隔離絕緣薄膜1 〇 7下面 。在元件隔離絕緣薄膜1 07下面設置電位障壁1 05能夠設 置信號電荷較不會被鄰近畫素中的光電二極體或電晶體吸 收之結構，藉以防止相鄰畫素之間的信號電荷被混合。 第二實施例 圖2爲跟據本發明的第二實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 尤其是，圖2爲具有光電二極體、轉移電晶體、及用 以重設FD電極2 1 1的重設電晶體之固態影像感應裝置的 槪要剖面圖。如此，此固態影像感應裝置具有充當第二電 晶體之重設電晶體，用以重設FD電極2 1 1。 在圖2中，參照號碼223表示用以重設FD電極211 的重設電晶體之閘電極；參照號碼2 2 4表示重設電晶體的 吸極區並且連接到供電導線2 2 6。 -17- (14) (14)1225304 此實施例不同於上述第一實施例，該實施例的電位障 壁205也被設置在第二電晶體的閘電極223下面。如此， 電位障壁205減少被除了光電二極體之外的η型半導體吸 收之信號電荷量，藉以增加靈敏度。 雖然本發明的第二電晶體是連同重設電晶體作爲例子 加以說明，但是，也可以是如同第一實施例中的放大電晶 體或選擇電晶體。此外，可設置複數第二電晶體。 例如，本發明的電位障壁205可設置在由光電二極體 、轉移電晶體、重設電晶體、放大電晶體、及選擇電晶體 構成每一畫素之固態影像感應裝置中。 在一畫素內所設置之所有電晶體的閘電極、源極區、 及吸極區下面設置電位障壁205可使信號電荷更難以被除 了光電二極體之外的區域吸收，藉以提高靈敏度。 此外，在元件隔離絕緣區207下面設置電位障壁205 可設置電位障壁205被設置在比電晶體的源極和吸極區更 深的區域中以便圍繞光電二極體之固態影像感應裝置。 如上述，在光電二極體四周設置電位障壁205可使由 光電二極體所產生的信號電荷難以被鄰近電晶體的源極或 吸極區吸收藉以增加靈敏度。 電位障壁205被設置成在光電二極體四周可具有至少 一開口。 利用無開口的電位障壁205設置在光電二極體四周之 結構，當信號電荷自光電二極體溢流出時，因爲自此溢流 出的信號電荷不易被周圍的η型半導體區吸收，所以易於 -18- (15) (15)1225304 發生輝散現象。因此，在光電二極體四周的至少一部位設 置一在其內無電位障壁205之開口以吸收自此溢流出的信 號電荷而可抑制揮散現象較佳。 第三實施例 圖3爲跟據本發明的第三實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 尤其是，圖3爲具有光電二極體、轉移電晶體、及用 以重設FD電極3 1 1的重設電晶體之固態影像感應裝置的 槪要剖面圖。 參照圖3， η阱或η型半導體區3 03被設置當作在η 型半導體基底301上方的層之第一導電型半導體區。ρ型 半導體區302被設置當作第二導電型半導體區。ρ型半導 體區3 02和η型半導體區303構成光電二極體。第一導電 型信號電荷儲存區3 1 2收集及儲存光電二極體所產生的信 號電荷，並且具有高於η型半導體區3 03的摻雜濃度。 圖2及3的配置之間差異如下。在圖2的配置中，在 ρ阱202中，形成與ρ阱的型相反之η型源極和吸極區的 電晶體，另外電位障壁205也具有與ρ阱202相同導電型 。反之，在圖3的實施例中，在是第一導電型半導體區的 η型半導體區303中，形成與η型半導體區303的導電型 相同之源極和吸極區的電晶體。另外，設置與η型半導體 區3 03的導電型相反之ρ型電位障壁3 05。 在此實施例中，用以轉移由光電二極體所產生的信號 -19- (16) (16)1225304 電荷之轉移電晶體和用以重設FD電極3 1 1之重設電晶體 將被圖解說明成連同光電二極體構成畫素之電晶體。但是 電晶體並不侷限於此特定配置。例如，設置在畫素中的電 晶體可以是轉移電晶體、重設電晶體、放大電晶體、選擇 電晶體等任一個或其組合。 在此實施例中，設置在構成畫素之η型電晶體的閘電 極下面之電位障壁3 05防止源極和吸極之間的短路。電位 障壁3 05又用於使即使設置在η型半導體區3 03的η型電 晶體可操作。 放置在閘電極下面的電位障壁3 05可設定尺寸爲對應 於閘電極或可以形成在部分閘電極下面。 如此，在此實施例中，放置在轉移電晶體的閘電極 3 09下面之電位障壁3 05定位在部分閘電極3 09下面，及 設定尺寸爲對應於閘電極3 2 3之電位障壁3 0 5設置在重設 電晶體的閘電極3 2 3下面。 此處，如圖3所示的結構，因爲光電二極體的η型區 被深深形成在光進行方向，所以即使與第一實施例比較， 仍是增加信號電荷的量子效率。 在第三實施例中，因爲畫素中的η型電晶體形成在η 型半導體區，所以η型電晶體的臨界電位變得低於習知η 型電晶體的臨界電位。此使得可以增加放大電晶體的輸入 /輸出範圍。 在此實施例中的電晶體之臨界電位使因背閘作用引起 的起伏可減少並且與習知配置比較可增加獲利。 -20- (17)1225304 電位障壁3 05又可設置在元件隔離絕緣區 在元件隔離絕緣區3 0 7下面設置電位障壁305 電荷較不會被相鄰畫素中的光電二極體或電晶 構’藉以防止相鄰畫素之間的信號電荷混合。 第四實施例 圖4爲跟據本發明的第四實施例之固態影 的槪要剖面圖。 此實施例不同於圖3的第三實施例，該實 障壁405不僅設置在電晶體的閘下面，而且設 所設置的電晶體之源極區及/或吸極區下面。 在源極區及/或吸極區與閘下面設置電位擇 設置電位障壁405下面所產生的信號電荷較不 的源極區及/或吸極區吸收之結構，藉以更進 敏度。 在此實施例中，用以轉移光電二極體所產 荷之轉移電晶體和用以重設FD電極之重設電 說明成設置在畫素中的電晶體。但是，電晶體 此特定配置。例如畫素中的電晶體可以是轉移 設電晶體、放大電晶體、選擇電晶體等任一個: 電位障壁405又可設置在元件隔離絕緣薄 。在元件隔離絕緣薄膜407下面設置電位障壁 信號電荷較不會被相鄰畫素中的光電二極體或 之結構，藉以防止相鄰畫素之間的信號電荷混- 3 07下面。 可設置信號 體吸收之結 像感應裝置 施例的電位 置在畫素中 i壁 405可 會被電晶體 一步增加靈 生的信號電 晶體被圖解 並不侷限於 電晶體、重 或其組合。 膜407下面 405可設置 電晶體吸收 -21 - (18) (18)1225304 如上述，在光電二極體四周設置電位障壁40 5使光電 二極體所產生的信號電荷難以被相鄰電晶體的源極區及/ 或吸極區吸收，藉以與未設置電位障壁的例子比較，靈敏 度被增加。電位障壁405被設置成在光電二極體四周可具 有至少一其內未設置電位障壁之開口。 利用無開口的電位障壁2 05設置在整個光電二極體四 周之結構，當信號電荷自光電二極體溢流出時，因爲自此 溢流出的信號電荷不易被周圍的η型半導體區吸收，所以 易於發生輝散現象。因此，在光電二極體四周的至少一部 位設置一未設置電位障壁205之開口以藉由吸收自光電二 極體溢流出的信號電荷抑制揮散現象。 亦可利用所謂”垂直溢流吸極”結構當作另一抑制輝散 現象的方法。在此結構中，使ρ型半導體區402的摻雜濃 度低於電位障壁405的摻雜濃度以使自光電二極體溢流出 的信號電荷流入η型半導體基底40 1。此種結構可排除設 置上述開口的需要，藉以與未設置上述開口的例子比較， 靈敏度增加。 在此實施例中，設置信號電荷儲存區4 1 2，但不一定 要設置。可使用所謂”埋設光電二極體”。即Ρ型半導體區 可形成在信號電荷儲存區4 1 2的半導體介面部位或儲存信 號電荷的η型半導體區。 可使用η型和ρ型的極性與部位皆被顛倒之結構當作 上述第一到第四實施例的畫素結構。 -22- (19) (19)1225304 第五實施例 現在將參照圖5說明第五實施例。圖5爲跟據本發明 的第五實施例之固態影像感應裝置的槪要剖面圖。 如同圖1 6的習知例子一般，圖5圖示畫素中的光電 二極體部位、轉移MOS電晶體部位、及浮動擴散部位。 參照號碼501是η型矽基底；502是濃摻p型埋設層； 5〇3是 η型外延層，充當光電二極體的陰極；5 04 a及 5 〇4b是p型隔離層，·及5 05 a及5 05b是p阱層。參照號 碼506a是通道停止p型層，設置在場氧化膜507下面。 參照號碼5 08是轉移MOS電晶體的閘氧化膜；509是轉 移MOS電晶體的聚矽閘；及510是p型表面層，用以設 釐埋設光電二極體結構。參照號碼511是轉移MOS電晶 體用η型吸極擴散區。η型吸極擴散區511充當暫時儲存 轉移的電荷之浮動擴散部位。另外，參照號碼5 1 2表示第 一夾層絕緣薄膜；5 1 3是接觸插頭；5 1 4是第一層線路層 ;5 1 5是第二絕緣薄膜；5 1 6是第二層線路層；5 1 7是第 三夾層絕緣薄膜；5 1 8是第三層線路層；及5 1 9是鈍化薄 膜。 雖然在此實施例中形成三線路層，但是線路層的數目 依據感應器的規格可以是一或二以確保光學特性。需注意 此種配置也與本發明的本質一致。當此實施例的固態影像 感應裝置被使用當作彩色影像感應裝置時，利用與使用在 習知影像感應裝置的方式相同，在鈍化薄膜上形成彩色濾 波器層及另外在彩色濾波器層上方形成微透鏡可提高感光 -23- (20) (20)1225304 性。再者，p型隔離層504a及5 04b和p阱層5 05a及 5〇5b與濃摻p型埋設層5 02 —起圍繞充當光電二極體的 陰極之η型外延區5 03。此結構設置相鄰畫素的光電二極 體之間的電隔離。 在畫素中自入射光線520及521所產生的成對電洞中 ，藉由圍繞η型外延層503的各種ρ型層所設置的電位障 壁，電子被確實儲存當作光電二極體的信號電荷。ρ阱層 5〇5a被放置幾乎緊接在轉移MOS電晶體下面，而且控制 用以經由轉移MOS電晶體的通道將儲存在n型外延層 5 03的電子轉移到浮動擴散部位51 1之轉移路徑。適當設 計Ρ阱層5 0 5 a及5 0 5 b的濃度、深度、及水平方向能夠反 應於施加到MOS閘5 09的讀取電壓加以完全耗盡η型外 延層5 0 3。 與Ρ型隔離層5 04a電連接之ρ阱層505a充當電荷轉 移MOS電晶體專用的阱以控制其臨界電壓。另一 ρ型層 5〇5a也被配置在畫素中的另一電晶體下面，而且也充當 電晶體專用的阱。濃摻P型埋設層5 02被配置在設置感應 器所需的光譜特性之深處。就形成電位障壁而論，1 E 1 5 ( /cm3 )或更多的摻雜濃度是足夠的。再者，爲了減少電阻 ，形成具有高濃度的濃摻埋設層502是令人滿意的。但是 ，利用高能量植入高劑量離子之植入法將導致製造成本的 增加。如此，事實上，依據此因素作爲濃度上限。 依據光電二極體的隙孔和入射光線可到達的位置決定 P型隔離層5 04a及5 04b的水平位置。爲了考慮到電位障 -24- (21) (21)1225304 壁的形成，1E1 5 ( /cm3 )或更多的摻雜濃度是足夠的。當 η型外延層的厚度大於此實施例中的厚度時，可添加第二 _Ρ型隔離層以設置在深度方向耦合Ρ型層的結構。 現在將說明製造此實施例的結構之方法。通常有兩種 形成濃摻Ρ型埋設層5 02的方法。 在第一方法中，在硼離子植入η型矽基底501的表面 之後，η型矽層503被外延生長。η型基底501的摻雜濃 度在1Ε13到lE15(/cm3)範圍中較佳。η型埋設層502 的摻雜濃度可以在1Ε15到1Ε20 ( /cm3 )範圍中。η型外 延層5 03的摻雜濃度可以在1Ε14到1Ε16 ( /cm3 )範圍中 。依據所需的光譜靈敏度設定η型外延層5 03的厚度。就 典型可見光影像感應裝置而言，其厚度大約2到6/zm較 佳。 在第二方法中，利用IMeV到5MeV的加速能量，硼 離子被植入穿過具有1E14到1E16( /cm3 )摻雜濃度的η 型矽基底表面或外延生長η型矽基底表面，以形成濃摻ρ 型埋設層5 02。濃摻ρ型埋設層502的表面側變成圖示於 圖5的η型外延層5 03。接下來，藉由圖型法及離子植入 法形成ρ型隔離層504a及504b與ρ阱層505a及505b。 P型隔離層5 04a及5 04b的淨摻雜濃度，即去掉下面η型 矽的摻雜濃度之後的摻雜濃度，可以在1 Ε 1 5到1 Ε 1 8 ( / c m3 )範圍中。 設計隔離層5 04a及504b具有高於η型外延層5 03的 摻雜濃度使得即使當光電二極體的ρη接面被逆偏壓時，ρ -25- (22) (22)1225304 型層可充當未被耗盡的電位障壁。當在此實施例中外延層 厚度大約是時，p型隔離層5 04a及5 04b的離子植 入範圍是1.5到3.0/im較佳。 在此實施例中，使用硼當作離子物種並且利用1，200 KeV能量植入6E1 1 ( cnT2 )劑量。在這些條件下，硼離 子的範圍變成1.9// m，可以在p型隔離層504a及504b 與濃摻P型埋設層502之間設置電連接。 關於P阱層505a及505b，離子植入範圍爲0.5到1.5 //m較佳。在此實施例中，使用硼離子當作離子物種並且 利用5 00 KeV能量植入1E12 ( cnT2 )劑量。在這些條件 下，硼離子的範圍變成Ι.Ομπι，可以在p阱層505a與p 型隔離層504之間及p阱層5 05b與p型隔離層504b之間 設置電連接。 用以形成P型隔離層504a及504b和p阱層5 05 a及 5 05b的條件隨外延層5 03厚度加以變化。當外延層厚度 是6//m或更多時，爲了電連接p阱層和濃摻p型埋設層 ，在兩層中具有p型隔離層之結構較佳。當外延層厚度是 2#m或更少時，無需設置p型隔離層。外延層厚度定義 影像感應裝置的較長波長之光譜靈敏度，及在典型可見光 帶中，其厚度爲4//m就足夠了。如此，此實施例的結構 有利於用於可見光帶的影像感應裝置。 接下來，以離子植入法形成通道停止層5 0 6a及506b ，然後以一般LOCOS分離或凹進LOCOS處理形成場氧化 膜507。在形成聚矽電極509之後，藉由離子植入法在光 -26- (23) (23)1225304 電二極體表面上形成P型表面層510和濃摻η型層511。 在此製造方法中，因爲完成接觸之後的處理與習知影像感 應裝置的處理類似，所以省略其說明。 根據此實施例，無法由習知光電二極體捕獲的光電載 子也可被捕獲，藉以提高靈敏度。在此實施例中，雖然外 延層5 03具有η導電型，但是也可以是具有ρ導電型。如 此，自然地，本發明也可應用在那些部位和層的導電型皆 被顛倒以構成電洞儲存畫素之例子。 圖8爲本發明的一畫素例子之平面圖。一 ρ阱層和隔 離層區8 02被配置成如虛線所指出的以便圍繞光電二極體 801。用以轉移電荷的轉移電晶體閘線8 03被配置在光電 二極體801的一側。也設置浮動擴散區804用以暫時儲存 轉移電荷。 雖然放大MOS電晶體、重設MOS電晶體、及列選擇 MOS電晶體未圖示在此平面圖中，但是該圖解配置並不 用於限制那些達成本發明的裝置安排。此平面圖的主要重 點是圍繞光電二極體的阱和隔離層以提供與鄰近畫素的隔 離。 圖 Π爲在兩次元配置本發明的大量畫素電路之電路 槪要圖。畫素1101每一個皆具有光電二極體1102、轉移 MOS電晶體1103、放大MOS電晶體1104、重設MOS電 晶體1 105、及選擇MOS電晶體1 106。同一列中之選擇 Μ Ο S電晶體1 1 0 6的閘連接到同一*選擇線1 1 0 7、同一列中 之重設MOS電晶體1105的閘連接到同一重設線1108、 -27- (24) (24)1225304 同一列中之轉移MOS電晶體1 1 03的閘連接到同一轉移線 1109。由垂直掃描電路1110掃描並且選擇這些線1107, 1108,及1109。電流源1112連接到對應行中的輸出線 1 1 1 1，及可由源極輸出器操作讀取輸出線1 1 1 1的電位。 由光學信號讀取線1 1 15選擇的光學信號轉移M0S電 晶體1 1 1 3在對應輸出線1 1 1 1上產生被儲存在電荷儲存區 1 1 1 8的光學信號，同樣地，由噪音信號讀取線1 1 1 6選擇 的噪音信號轉移MOS電晶體1114產生儲存在電荷儲存區 1118的噪音信號。儲存在電荷儲存區1118的光學和噪音 信號接著被水平掃描電路η 1 7掃描及讀取。由微分放大 器電路（未圖示）輸出所讀取的光學信號和噪音信號差。 圖1 2爲結合本發明的固態影像感應裝置之攝影系統 例子的電路方塊圖。快門1201放置在取像透鏡1 202前面 以控制曝光。光闌1 203控制需要的光強度，及影像形成 在固態影像感應裝置1 204上。拍攝影像信號處理電路 1 2 05處理來自固態影像感應裝置1 204信號輸出並且由 A/D變換器1 206將類比信號轉換成數位信號。輸出數位 信號另外經由信號處理器1 207計算操作。結果的數位信 號儲存在記憶體1210及/或經由外部介面（I/F ) 1213轉 移到外部設備。定時信號產生器1 20 8控制固態影像感應 裝置1 204、信號處理電路1 205、A/D變換器1 206、及信 號處理器1 2 07。總控制/操作區1 209控制整座系統。輸出 數位信號經由總控制/操作區1 209所控制之記錄媒體控制 介面（I/F ) 1 2 1 1記錄成記錄媒體1 2 1 2中的影像資料。 -28- (25) (25)1225304 本發明不僅可實質上增加CMOS固態影像感應裝置的 靈敏度，而且與習知配置比較考慮到具有增加η型層體積 之光電二極體的配置。因此，此可增加影像感應裝置中的 飽和電荷。 此外，Ρ型表面層510與埋設光電二極體的η型外延 層5 03彼此接觸之接面部位的摻雜濃度低於習知配置的摻 雜濃度。如此，本發明可減少畫素缺陷率，藉以提高比習 知例子還高的品質。 第六實施例 現在將參照圖6說明第六實施例。圖6爲跟據本發明 的第六實施例之固態影像感應裝置的槪要剖面圖。因爲除 了閘電極之外的線路部位與第五實施例的線路部位相同， 所以不圖示共同部位。 與第五實施例不同之處爲另一 η型層612被設置與光 電二極體結構中的η型外延層603表面鄰接。η型層612 放置在Ρ型表面層6 1 0下面並且也延伸到部分聚矽閘電極 609下面的區域。η型層612的摻雜濃度高於η型外延層 603的摻雜濃度，並且大約1Ε15到1Ε17 ( /cm3 )較佳。 因爲η型層612是電子電位低的區域’所以當儲存電荷時 ，電子收集在。如此，此實施例的結構適用於在MOS電 晶體轉移電荷時完全轉移電子。電子的完全轉移可排除餘 留在光電二極體的電子數目起伏，使得可以配置低無規噪 音的影像感應裝置。 -29- (26) (26)1225304 在聚矽閘電極609形成之前的步驟中藉由圖型法和離 子植入法形成η型層612。另外，在形成聚矽閘電極609 之後’可藉由傾斜離子植入法將η型層612放置在聚矽閘 電極6 0 9下面。圖6的剖面圖之其他部位與第五實施例相 同。Ρ型隔離層604a及604b和ρ阱層605a及605b，本 發明的最關鍵性部位，可使用與第五實施例相同的方法加 以形成。因爲其他部位類似，所以省略其說明。 因爲具有高於其他部位的摻雜濃度之部位設置在與光 電二極體的陰極部位表面鄰接，所以此實施例提供所儲存 的電荷容易被轉移MOS電晶體轉移之優點。此結構有助 於完全轉移光電二極體電荷，完成低無規噪音的裝置。此 實施例又可應用在圖8的平面結構、圖11的電路配置、 及圖1 2的方塊配置，提供操作效率高的影像感應系統。 第七實施例 現在將參照圖7說明第七實施例。圖7爲根據本發明 的第七實施例之固態影像感應裝置的槪要剖面圖。 在此實施例中，就摻雜劑濃度而言，ρ型隔離層704a 及704b並未與ρ阱層705 a及70 5 b和濃摻ρ型埋設層 7 02完全接觸。即使利用此結構，只要這些ρ型區704a， 704b，705a，705b，及702形成足夠防備光電二極體的n型 區（η型外延層703 )之電位障壁，仍可有利地使用該結 構。可自儲存在光電二極體之想要的電荷量決定電位障壁 。雖然第五實施例中的η型外延層703厚度是2到6 // m -30- (27) (27)1225304 ，但是爲了形成具有P型層的電位障壁，可在深度方向增 加隔離層數目。因爲圖7剖面圖中的其他部位與第五實施 例相同，所以省略其說明。 如在此實施例所圖解一般，只要形成足夠的電位障壁 ，即使當隔離層未與P阱層和P型埋設層接觸，仍可有利 地使用本發明。即依據η型外延層厚度，安排根據此實施 例本質所需隔離層之數目和摻雜濃度就足夠。 第八實施例 現在將參照圖9說明第八實施例。圖9爲跟據本發明 的第八實施例之固態影像感應裝置的槪要剖面圖。此實施 例圖解說明使用STI (淺溝槽隔離）當作元件隔離方法之 例子。在此實施例中，就摻雜濃度而言，ρ型隔離層904a 及904b並未與p阱層905 a及905b和濃摻p型埋設層 9 02完全接觸。此結構與第七實施例相同。 參照圖9，ρ型區906a及906b安排在STI氧化膜 907下面，使得STI氧化膜907和矽之間的介面未被耗盡 。ρ型區906a及906b安排在STI氧化膜907下面，使得 STI氧化膜907和矽之間的介面不被耗盡。爲了防止STI 氧化膜907的側表面被耗盡，ρ型區906a及906b尤其重 要。P阱層905a及905b形成在與第七實施例相同的深度 ，並且防止電荷漏到相鄰畫素中。另外，ρ阱層905a及 905b控制轉移MOS電晶體的轉移路徑，也控制其臨界點 。位在緊接STI氧化膜907下面之ρ阱層905b提供緊接 •31 - (28) (28)1225304 在裝置隔離區下面之電位障壁，並且也充當STI氧化膜 907的通道停止器。 如同其他實施例一般，p型隔離層904a及904b在p 阱區905 a及905b和濃摻p型埋設區902之間提供電位障 壁。 因爲其他結構與第六和第七實施例相同，所以省略其 說明。因爲S TI被用於隔離元件，所以此實施例具有其他 優點。尤其是，增加相鄰光電二極體之間的隔離。另外， 因爲表面是平的，所以即使當包括微處理時，抗蝕劑形狀 仍可被穩定。此外，因爲在形成S TI氧化膜之後，可使用 離子植入法形成P型隔離層和p阱層，所以由於氧化作用 期間的熱擴散，微圖型可被形成P型隔離層和P阱層不擴 展。因此，使用STI的此實施例適用於製造具有微畫素的 影像感應裝置。 第九實施例 現在將參照圖10說明第九實施例。圖10爲跟據本發 明的第九實施例之固態影像感應裝置的槪要剖面圖。此實 施例圖解說明使用DTI (深溝槽隔離）當作元件隔離方法 之例子。 在此實施例中，就摻雜劑濃度而言，P型隔離層1 004 和p阱層1 005並未與濃摻p型埋設層1 002完全接觸。此 結構與第七和第八實施例相同。溝槽隔離氧化膜1 007延 伸到矽的3 // m深度中。p型區1 006a及1 006b在溝槽隔 -32- (29)1225304 離氧化膜1 007和此矽之間覆蓋介面以防止其介 。p型區1006a及1006b防止產生暗電流及在溝 化膜1 007和濃摻p型埋設層1 002之間形成電位 爲其他結構與第六到第八實施例相同，所以省略 因爲深溝槽隔離被用於隔離元件，所以此實 其他優點。尤其是，更進一步增強相鄰光電二極 隔離。能夠設置又窄又深的隔離區，藉以提供適 的結構。 如上述，根據本發明，因爲在畫素結構中設 壁，所以信號電荷較不會被除了光電二極體之外 收。如此可以完成具有高靈敏度的固態影像感應 外’根據本發明，與習知配置比較，可以設置具 的η型層之光電二極體。如此可以增加影像感應 飽和電荷。 另外，η型外延層和埋設光電二極體的ρ型 此接觸之接面部位的摻雜濃度低於習知配置的摻 如此，本發明可減少畫素缺陷率，藉以增進比習 的品質。 而且，具有摻雜濃度比其他部位高的部位被 於光電二極體的陰極部位，藉以幫助完全轉移光 電荷。如此，可以完成具有低無規噪音之固態影 置.。 雖然參照目前考慮到的較佳實施力說明本發 應瞭解本發明並不侷限於已揭示的實施例。相反 面被耗盡 槽隔離氧 障壁。因 其說明。 施例具有 體之間的 於微畫素 置電位障 的部位吸 裝置。此 有大體積 裝置中的 表面層彼 雜濃度。 知例子高 設置鄰接 電二極體 像感應裝 明，但是 地，本發 -33- (30) (30)1225304 明用於涵蓋各種包括在附錄於後的申請專利範圍之精神和 範圍之內的修正和同等配置。下列申請專利範圍的範圍被 給予最廣泛的解釋，以便包含所有此種修正和同等結構及 功能。 【圖式簡單說明】 圖1爲根據本發明的第一實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖2爲跟據本發明的第二實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖3爲跟據本發明的第三實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖4爲跟據本發明的第四實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖5爲跟據本發明的第五實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖6爲跟據本發明的第六實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖7爲跟據本發明的第七實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 圖8爲根據本發明的固態影像感應裝置之一畫素例子 的平面圖。 圖9爲跟據本發明的第八實施例之固態影像感應裝置 的槪要剖面圖。 -34- (31)1225304 圖1 〇爲跟據本發明的第九實施例之固態影像感應裝 置的槪要剖面圖。 圖1 1爲根據本發明的固態影像感應裝置之部分的電 路圖。 圖1 2爲使用根據本發明的固態影像感應裝置之攝影 系統的方塊圖。 圖13爲用於固態影像感應裝置的一典型CMOS感應 器畫素例子之電路圖。 圖1 4爲習知固態影像感應裝置的一畫素電路圖。 圖1 5爲圖1 3的固態影像感應裝置之槪要剖面圖。 圖1 6爲圖1 4的固態影像感應裝置之槪要剖面圖。 【主要元件對照表】 [ 光電二極體 1 轉移MOS電晶體
5 浮動擴散區 1 重設MOS電晶體 5 選擇MOS電晶體 5 放大Μ Ο S電晶體 7 讀取線 $ 定流MOS電晶體 )a 控制線 ?b 控制線 )c 控制線 -35- (32)1225304 10a 供電導線 10b 輸出線 10c 導線 11 η型半導體基底 11 η型矽基底 12 Ρ阱 13a 閘氧化膜 13b 薄氧化膜 14 閘電極 15 η型半導體區 15 η型陰極區 16 Ρ型表面區 17 元件隔離絕緣薄膜 17 LOCOS氧化膜 18 浮動擴散區 18 濃摻η型區 19 矽氧化膜 20 導線 20 接觸插頭 2 1 第一金屬層 22 夾層絕緣薄膜 23 第二金屬層 24 夾層絕緣薄膜 25 第三金屬層 -36- (33)1225304 26 鈍化薄膜 27 光線 28 光線 29 P +通道停止器 30 單元畫素 10 1 半導體基底 102 P阱 103 η型半導體區 105 電位障壁 106 Ρ +通道停止器 107 元件隔離絕緣 109 閘電極 111 η型半導體區 113 導線 130 閘電極 13 1 源極區 132 吸極區 133 垂直信號線 134 吸極電極 135 閘電極 136 吸極線 20 1 半導體基底 202 Ρ阱 203 η型半導體區 -37- (34)1225304 205 電位障壁 206 P +通道停止器 207 元件隔離絕緣區 209 閘電極 2 11 浮動擴散電極 2 13 導線 223 閘電極 224 吸極區 226 供電導線 301 η型半導體基底 302 Ρ型半導體區 303 η阱 303 η型半導體區 305 Ρ型電位障壁 306 Ρ +通道停止器 307 元件隔離絕緣區 309 閘電極 3 11 FD電極 3 12 第一導電型信號電荷儲存區 3 13 導線 323 閘電極 324 吸極區 326 供電導線 40 1 η型半導體基底 -38- (35) p型半導體區 n型半導體區 電位障壁 Ρ +通道停止器 元件隔離絕緣薄膜 閘電極 浮動擴散電極 信號電荷儲存區 導線 閘電極 吸極區 供電導線 η型矽基底 濃摻Ρ型埋設層 η型外延層 Ρ型隔離層 Ρ型隔離層 Ρ阱層 Ρ阱層 通道停止Ρ型層 通道停止Ρ型層 場氧化膜 閘氧化膜 聚矽閘 -39· (36)1225304 5 10 P型表面層 5 11 n型吸極擴散區 5 12 第一夾層絕緣薄膜 5 13 接觸插頭 5 14 第一層線路層 5 15 第二絕緣薄膜 5 16 第二層線路層 5 17 第三夾層絕緣薄膜 5 18 第三層線路層 5 19 鈍化薄膜 520 入射光線 52 1 入射光線 60 1 η型矽基底 602 濃摻Ρ型埋設層 603 η型外延層 604a Ρ型隔離層 604b Ρ型隔離層 605 a Ρ阱層 605 b Ρ阱層 606a 通道停止Ρ型層 606b 通道停止ρ型層 607 場氧化膜 608 閘氧化膜 609 聚矽閘電極
-40- (37)1225304 610 p型表面層 6 11 n型吸極擴散區 612 η型層 70 1 η型矽基底 702 濃摻Ρ型埋設層 703 η型外延層 704a Ρ型隔離層 704b Ρ型隔離層 705 a Ρ阱層 705 b Ρ阱層 706a 通道停止Ρ型層 706b 通道停止Ρ型層 707 場氧化膜 708 閘氧化膜 709 聚矽閘電極 7 10 Ρ型表面層 71 1 η型吸極擴散區 801 光電二極體 802 Ρ阱層和隔離層1 803 轉移電晶體閘線 804 浮動擴散區 805 輸出信號線 901 η型矽基底 902 濃摻Ρ型埋設層 -41 (38)1225304 903 n型外延層 904a P型隔離層 904b P型隔離層 905 a P阱層 905b P阱層 906a P型區 906b P型區 907 淺溝槽隔離氧化膜 908 閘氧化膜 909 聚矽閘電極 910 P型表面層 9 11 η型吸極擴散區 9 12 η型層 100 1 η型矽基底 1002 濃摻Ρ型埋設層 1003 η型外延層 1004 Ρ型隔離層 1005 Ρ阱層 1 006a Ρ型區 1 006b Ρ型區 1007 溝槽隔離氧化膜 1008 閘氧化膜 1009 聚矽閘電極 1010 Ρ型表面層
-42- (39)1225304 1011 η型吸極擴散區 1012 η型層 110 1 畫素 1102 光電二極體 1103 轉移MOS電晶體 1104 放大Μ 0 S電晶體 1105 重設MOS電晶體 1106 選擇MOS電晶體 1107 選擇線 1108 重設線 1109 轉移線 1110 垂直掃描電路 1111 輸出線 1112 電流源 1113 光學信號轉移MOS電晶體 1114 噪音信號轉移MOS電晶體 1115 光學信號讀取線 1116 噪音信號讀取線 1117 水平掃描電路 1118 電荷儲存區 120 1 快門 1202 取像透鏡 1203 光闌 1204 固態影像感應裝置 (40)1225304 1205 1206 1207 1208 1209 12 10 12 11 12 12 12 13 拍攝影像信號處理電路 A/D變換器 信號處理器 定時信號產生器 總控制/操作區 記憶體 記錄媒體控制介面 記錄媒體 外部介面
-44-

Claims (1)

1225304 b汐月έ日
(1) 拾、申請專利範圍 第921 16996號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國93年8月6日修正 1. 一種具有複數畫素的固態影像感應裝置，每一畫素 皆包含： 光電二極體，由具有第一導電型的半導體區和具有第 二導電型的半導體區構成，用以產生信號電荷，第一導電 型和第二導電型彼此相對； 第一電晶體，具有形成在第二導電型半導體區的吸極 區以轉移信號電荷到吸極區之吸極區，該吸極區具有第一 導電型； 第二電晶體，具有形成在第二導電型半導體區的源極 區和吸極區，該源極區和吸極區具有第一導電型， 其中至少一具有第二導電型的電位障壁設置在第一電 晶體的吸極區和第二電晶體的源極區及/或吸極區下面。 2. 根據申請專利範圍第1項之固態影像感應裝置，其 中至少一第二導電型電位障壁的摻雜濃度高於第二導電型 半導體區的摻雜濃度。 3 .根據申請專利範圍第1項之固態影像感應裝置，其 中至少一障壁設置在第一電晶體的閘電極及/或第二電晶 體的閘電極下面。 4.根據申請專利範圍第1項之固態影像感應裝置，另 (2) (2)1225304 外包含設置在畫素之間的元件隔離區，其中至少電位障壁 設置在元件隔離區下面。 5 . —種具有至少一畫素的固態影像感應裝置，該畫素 包含： 光電二極體，由具有第一導電型的半導體區和具有第 二導電型的半導體區構成，第一導電型和第二導電型彼此 相對；及 電晶體，具有設置在第一導電型半導體區的源極區和 吸極區，該源極和吸極區具有第一導電型， 其中具有第二導電型的電位障壁設置在電晶體的閘電 極下面。 6. 根據申請專利範圍第5項之固態影像感應裝置，其 中至少一具有第二導電型的電位障壁是設置在電晶體的源 極區及/或吸極區下面之第二導電型電位障壁。 7. 根據申請專利範圍第5項之固態影像感應裝置，其 中畫素另外包含設置在第一導電型半導體區以儲存光電二 極體所產生的信號電荷之信號電荷儲存區，該信號電荷儲 存區具有第一導電型和具有高於第一導電型半導體區的摻 雜濃度。 8 .根據申請專利範圍第5項之固態影像感應裝置’其 中電位障壁的摻雜濃度高於第二導電型半導體區的摻雜濃 度。 9 . 一種固態影像感應裝置，包含： 具有第一導電型的基底； -2- (3) (3)1225304 具有第二導電型的層；及 具有第一導電型的層， 其中第二導電型層和第一導電型層形成光電二極體， 及至少一電位障壁設置在形成光電二極體的區域四周，由 具有第二導電型區設置至少一電位障壁。 1 0.根據申請專利範圍第9項之固態影像感應裝置， 其中第二導電型區設置在第一導電型層，及第二導電型層 是埋設層。 1 1.根據申請專利範圍第1 〇項之固態影像感應裝置， 其中第二導電型區延伸到深度方向的第二導電型埋設層。 1 2 .根據申請專利範圍第1 〇項之固態影像感應裝置， 其中第二導電型區包含配置在第一導電型層的深度方向之 複數區的複數第二導電型區。 1 3 .根據申請專利範圍第1 2項之固態影像感應裝置， 其中複數層的最上層控制自光電二極體到轉移電晶體的電 荷轉移路徑。 1 4.根據申請專利範圍第1 〇項之固態影像感應裝置， 其中鄰接於第一導電型層的半導體表面之部位具有摻雜濃 度高於其他區域的區域。 1 5 . —種攝影系統，包含至少根據申請專利範圍第1、 5及9項之任一項的固態影像感應裝置；一用以形成光學 影像於該固態影像感應裝置上之透鏡；一用以執行其輸出 自該固態影像感應裝置之信號的類比-數位變換之A/D變 換器；一用以輸出控制信號至至少該固態影像感應裝置之 -3- (4)1225304 定時信號產生器；及一控制整個系統的總控制區。
-4-
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