TWI419313B - 固態影像擷取裝置、固態影像擷取裝置之製造方法、固態影像擷取裝置之驅動方法及電子設備 - Google Patents

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Description

固態影像擷取裝置、固態影像擷取裝置之製造方法、固態影像擷取裝置之驅動方法及電子設備
本發明係有關於一種固態影像擷取裝置，及特別是有關於一種CMOS型固態影像擷取裝置、一種固態影像擷取裝置之製造方法、及一種固態影像擷取裝置之驅動方法，及一種使用該固態影像擷取裝置之電子設備。
一般依據相關前技的CMOS固態影像擷取裝置係使用依序地讀取在每一縱行(column)中被設置成二維的矩陣形狀的像素的光接受器中被產生及累積之訊號電荷的方法。在此例子中，因為在每一像素中的光接受器的曝光時間是由訊號電荷的讀取的開始及結束來決定，所以每一像素的曝光時間是不同的。因此之故，當一快速移動中的物件的影像使用此類型的固態影像擷取裝置加以擷取時，會產生一藉由擷取該物件的該影像而獲得的影像被變形的問題。
為了要解決此問題，最近被建議的是一種實施訊號電荷同時累積的同時影像擷取功能(全域快門功能)。再者，一種具有全域快門功能的CMOS型固態影像擷取裝置已越來越多地被使用。
在該具有全域快門功能的CMOS型固態影像擷取裝置中，在光接受器中產生的訊號電荷通常是被儲存起來，直到該等訊號電荷被讀取為止。因此，一具光遮蔽特性的電荷累積器是必要的(例如，日本未審專利申請案公開號第2004-111590號)。
依據該相關前技之具有該被建議的全域快門功能的CMOS型固態影像擷取裝置的示範結構將於下文中被描述。
(1)有一種CMOS型固態影像擷取裝置被建議，在該裝置中一FD(漂浮擴散)部分被用作為一電荷累積器而沒有設置一電荷累積器。在此例子中，該FD部分及一被建構來執行該FD部分與一光接受器之間的傳輸的讀取閘被遮蔽不被光照到。在該具有此結構的該CMOS型固態影像擷取裝置中，所有光接受器首先被歸零(reset)。該等光接受器係藉由一種使用該讀取閘及該FD部分的方法或一種形成一歸零閘與該光接受器的汲極的結構的方法來加以歸零。接下來，該光線接受係藉由將該讀取閘關閉來開始，且該等訊號電荷係在終止該光線接收時藉由同時執行讀取在所有像素的歸零FD部分與打開該閘而從該等光接受器被傳輸。接下來，該閘藉由傳輸而被關閉，然後讀取該等訊號電荷。接下來，被累積在該FD部分中的該等訊號電荷被一像素放大器依序地讀取且經由一訊號線被輸出至該縱行電路。因為該光接受器可連續地接受在該讀取方法中後續影像框(frame)的光線，所以該讀取方法被使用在許多例子中，特別是當一視訊被擷取時。
在上述的結構中，因為一分離的電荷累積器沒有被形成且該FD部分提供該電荷累積器的功能，所以一簡化的結構可被實現。因此，該光接受器的路徑面積可被作得較大。在具有此結構的該CMOS型固態影像擷取裝置中，在該FD部分中的漏電流比相同面積的HAD(電洞累積二極體)結構(HAD：為註冊商標)的漏電流大了103 至105 倍。因此之故，S/N比的問題會發生在此結構中。
(2)有一種CMOS型固態影像擷取裝置被建議，在此裝置中一電荷累積器被形成在一光接受器與一FD部分之間。在此例子中，一傳輸閘被形成來傳輸電荷於該光接受器與該電荷累積器之間及一讀取閘被形成來傳輸電荷於該電荷累積器與該FD部分之間。
在具有此結構的該CMOS型固態影像擷取裝置中，該等光接受器在所有像素中被同時地歸零。接下來，該等訊號電荷的光電轉換及累積在該等傳輸閘被關閉的狀態下於所有像素的光接受器中被同時地實施。接下來，藉由將所有像素中的傳輸閘同時打開，該等訊號電荷從該等光接受器被傳輸至該等電荷累積器。在該等訊號電荷被傳輸之後，該等傳輸閘被關閉且該光接受時期被結束(或，後續的影像框的光接受及該等訊號電荷的累積被持續地實施)。接下來，累積在該等電荷累積器中的訊號電荷藉由依序地打開/關閉該等讀取閘而在該等FD部分中被讀取。
實施該累積及傳輸的該CMOS型固態影像擷取裝置具有一項優點，即讀取自由度很大且暗電流可被輕易地減小。然而，它的缺點為，用來保證在每一像素中之光接受器的累積容量及該儲存電容器的累積容量這兩者的空間受到侷限且很難保證電荷量。
(3)有一種CMOS型固態影像擷取裝置被建議，其具有(2)的結構及(1)與(2)的結構的中間結構，在該結構中傳輸該訊號電荷的方法被改變。在此傳輸方法中，被光電轉換的該訊號電荷在打開該傳輸閘的期間從該光接受器被傳輸至該電荷累積器且該等訊號電荷被累積在該電荷累積器中。被累積在該電荷累積器中的該等訊號電荷藉由打開/關閉該讀取閘依直線順序地在該FD部分中被讀取。
在該傳輸方法中，因為該傳輸閘在光接受期間被打開，所以它的一個缺點在於暗電流很容易從一位在該傳輸閘底下的絕緣膜及一矽界面發生。
為了要實施依據該相關前技的CMOS型固態影像擷取裝置，問題會發生在該電荷累積器的光遮蔽特性上，在電荷累積器的飽和電荷容量(Qs)上，在該光接受器的孔徑比上，在該光接受器的Qs(在該光接受器中訊號電荷的累積類型)上，及類此者上。
提供一種具有全域快門功能及能夠減少暗電流並改善S/N比的固態影像擷取裝置，該固態影像擷取裝置的製造方法，該固態影像擷取裝置的驅動方法，及使用該固態影像擷取裝置的電子設備是有需要的。
依據本發明的一實施例的固態影像擷取裝置包括一基材及一基材電壓源其在一光接受期間及一非光接受期間施加不同的電位。該基材被設置多個像素，每一像素包括一光接受器，一儲存電容器，暗電流抑制器，及一漂浮擴散部分。
該光接受器被形成在該基材的前表面上並根據接受到的光線產生訊號電荷。該儲存電容器被形成在一與該光接受器鄰接的區域中。當一第一電位被施加至該基材時，該儲存電容器累積並儲存該光接受器所產生的訊號電荷。該暗電流抑制器被形成在該光接受器及該儲存電容器內。
該電子快門調整層被形成在該基材中一面向該光接受器且離該儲存電容器一所想要的偏離區的區域內。該電子快門調整層調整該基材的電位分布使得產生在該光接受器中的該等訊號電荷在一第二電位被施加至該基材時被掃至該基材的後表面。
在依據本發明的該實施例的固態影像擷取裝置中，在該基材中的電位分布會在光接受期間與非光接受期間改變。詳言之，該光接受器的下部的電位分布受該電子快門調整層的影響而改變。以此方式，被產生在該光接受器中的該等訊號電荷在光接受期間被傳輸至該儲存電容器且在非光接受期間被掃至該基材的後表面。
一種依據本發明的實施例之製造該固態影像擷取裝置的方法包括製備一第一導電型半導體基材及形成一第二導電型半導體井層於該半導體基材上的步驟。該方法包括在該半導體井層的一表面上形成一光接收器，一與該光接收器鄰接的儲存電容器，及一與該儲存電容器鄰接的漂浮擴散部分且有一傳輸閘部分被設置在它們之間的步驟。該方法包括在形成該半導體井層之前或之後，形成一第一導電型電子快門調整層的步驟，其被形成在一面向該光接受器介於該半導體基材與該半導體井層之間且離該儲存電容器一預定的偏離距離的區域內。該方法包括形成暗電流抑制器於該儲存電容器與該光接受器的光入射側的上方的步驟。
一種依據本發明的實施例之驅動該固態影像擷取裝置的方法包括藉由用該固態影像擷取裝置中的基材電壓源施加第一電位至該基材來開始將產生在所有像素的光接受器中的訊號電荷傳輸至該等儲存電容器的步驟。產生在所有像素的光接受器中的訊號電荷送至該等儲存電容器的傳輸係藉由該基材電壓源施加第二電位至該基材來加以終止，然後將產生在光接受器中的訊號電荷掃至該基材。產生在該光接受器中的訊號電荷被掃至該基材且被累積在每一像素的該儲存電容器中的訊號電荷被傳輸至該漂浮擴散部分。
在依據本發明的該實施例之驅動該固態影像擷取裝置的方法中，產生在該光接受器中的訊號電荷是在該第一電位被施加至該半導體基材時被傳輸，用以被累積在該儲存電容器中。當該第二電位施加時，產生在該光接受器中的訊號電荷沒有被傳輸至該儲存電容器，而是被掃至該半導體基材。亦即，藉由改變施加至該半導體基材的電位，即可控制該等訊號電荷送至該儲存電容器的傳輸。
一種依據本發明的實施例的電子設備包括一光學鏡頭，該固態影像擷取裝置，及一訊號處理電路。該固態影像擷取裝置依據本發明的實施例，被應用於該電子設備。
依據本發明的實施例的該固態影像擷取裝置能夠抑制該暗電流並改善該S/N比。再者，實現改善的影像品質的電子設備可被獲得。
在下文中，依據本發明的實施例的一固態影像擷取裝置，該固態影像擷取裝置的製造方法，該固態影像擷取裝置的驅動方法，及一電子設備的例子將參考圖1至9加以描述。本發明的這些實施例將依下面的順序來描述。本發明並不侷限於下面的實施例。
1.第一實施例：固態影像擷取裝置的例子
1.1固態影像擷取裝置的大致結構
1.2固態影像擷取裝置的剖面結構
1.3製造固態影像擷取裝置的方法
1.4驅動固態影像擷取裝置的方法
2.第二實施例：固態影像擷取裝置的例子
3.第三實施例：固態影像擷取裝置的(佈局例子)
4.第四實施例：電子設備的例子
1.第一實施例：固態影像擷取裝置的例子
1.1固態影像擷取裝置的大致結構
圖1為一顯示依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置的大致結構的圖式。
一種示於圖1中之固態影像擷取裝置1包括一影像擷取區3其包括多個被安排在一矽製成的基材11上的像素2，一垂直驅動電路4，縱行訊號處理電路5，一水平驅動電路6，一輸出電路7，及一控制電路8。
該像素2包括一由光電二極體形成的光接受器，一儲存電容器用來儲存被產生在該光接受器中的訊號電荷，及多個MOS電晶體。該等多個像素2在該半導體基材11上被一致地安排成二維的矩陣形狀。該像素2的MOS電晶體可包括四個MOS電晶體，亦即，一傳輸電晶體，一歸零電晶體，一選擇電晶體，及一放大電晶體，或可包括排除掉該選擇電晶體的三個電晶體。
該影像擷取區3包括被一致地安排成二維的矩陣形狀的該等多個像素2。該影像擷取區3包括一有效像素區，其接受有效光線及其將被光電轉換產生的訊號電荷放大且在該等縱行訊號處理電路5中讀取該等訊號電荷，及一黑色參考像素區其被形成在該有效像素區的周圍並輸出作為一參考黑色階用之光學黑色。
根據一垂直同步訊號，一水平同步訊號，及一主時鐘，該控制電路8產生一時脈訊號，一控制訊號，或類此者，其為該垂直驅動電路4，該縱行訊號處理電路5，該水平驅動電路6，及類此者的作動的參考。該控制電路8所產生的該時脈訊號，該控制訊號，或類此者被輸入至該垂直驅動電路4，該縱行訊號處理電路5，該水平驅動電路6，及類此者。
該垂直驅動電路4包括例如一偏移暫存器，且選擇性地在垂直方向上依序地掃描在一橫列(row)單元中該影像擷取區3的像素2。一以依據每一像素2的光電二極體接受到的光的量值所產生的訊號電荷為基礎的像素訊號經由垂直的訊號線被提供至該縱行訊號處理電路5。
該縱行訊號處理電路5例如被設置在每一縱行(column)像素2中。該縱行訊號處理電路5根據來自該黑色參考像素區(其未被示出且其被形成在該有效像素區的周圍)的訊號來對來自每一像素縱行中的一列像素2的訊號輸出執行一訊號處理操作，譬如一雜訊去除操作或訊號放大操作。水平選擇開關(未示出)被設置在該縱行訊號處理電路5的輸出端子與一水平訊號線10之間。
該水平驅動電路6包括例如一偏移暫存器。該水平驅動電路6依序地輸出水平掃描脈衝並依序地選擇該等縱行訊號處理電路5用以將來自該等縱行訊號處理電路5的像素訊號輸出至該水平訊號線10。
該輸出電路7對於經由該水平訊號線10從該等縱行訊號處理電路5依序被提供的訊號執行一訊號處理操作。
1.2固態影像擷取裝置的剖面結構
圖2為一示意剖面圖其顯示依據本發明的此實施例的一像素在固態影像擷取裝置1中的結構。在本發明的此實施例中，一第一導電型為N型及一第二導電型為P型。
依據此電施例的該固態影像擷取裝置1包括一基材其包括一半導體基材12及一半導體井層13，一光遮蔽層31，及一基材電壓源(未示出)。在該半導體井層13中，形成有該光接受器19，該儲存電容器20，一電子快門調整層14，第一及第二暗電流抑制器18及23，一FD部分25，及一像素其包括該等多個MOS電晶體。在圖2中，只有一形成一傳輸閘部分26的傳輸電晶體Tr1被顯示在該等MOS電晶體之間。一放大電晶體Tr3，一歸零電晶體Tr2，及一選擇電晶體Tr4在此圖中被顯示成電路。
該半導體基材12是例如由一矽製成的N型CZ基材形成的。一基材電壓源(未示出)被連接至該半導體基材12。該基材電壓源在該光接受器19的光接受期間及在一訊號電荷從該儲存電容器20至該FD部分25的傳輸期間提供不同的基材電壓Vsub至該半導體基材12。該基材電壓源可被設置在該裝置中或可被包括作為在該固態影像擷取裝置1內的一基材電壓產生電路。
該半導體井層13是由形成在該半導體基材12上的P型磊晶形成的。在此實施例中，該半導體井層13上與該半導體基材12鄰接側相反的表面係作為一光接受表面。
該光接受器19包括一N型低濃度雜質區(N- 區)17及一P型低濃度雜質區(P- 區)16。該N- 區17被形成在該半導體井層13的光接受表面上。該P- 區16相對於該N- 區17被形成在與該光接受表面相對的表面上用以與該N- 區17鄰接。亦即，在此實施例中，該光接受器19是由一光電二極體形成的，該光電二極體具有一與該第一暗電流抑制器18，該N- 區17，及該P- 區16相接的接合面。在該光接受器19中，從該光接受表面入射的光會在一光電二極體區中被光電轉換且一與光的量值對應的訊號電荷被產生。
該儲存電容器20包括一第二暗電流抑制器23，一N型雜質區(N區)22，及一P型高濃度雜質區(P+ 區)21。該儲存電容器20被形成與形成在該半導體井層13內的光接受器19鄰接。該N區22被形成在該半導體井層13的光接受表面的那一側上且被形成在一個在水平方向上與該光接受器19的N- 區17鄰接的區域中。該P+ 區21相對於該N區22被形成在與該光接受表面相對的區域中用以與該N區22鄰接。亦即，在該儲存電容器20中，一電位井係由該第二暗電流抑制器23與該N區22的接合面及該N型區22與該P+ 區21的接合面形成的。因此，產生在該光接受器19中的信號電荷被累積在該N區域22中。在此處，該儲存電容器20的靜電電位比該光接受器19的靜電電位深。
該第一暗電流抑制器18被形成在該形成於該半導體井層13內的光接受器19的光接受表面側上最上面的表面上。該第二暗電流抑制器23被形成在該儲存電容器20的光接受表面的最上面的表面上。該第一及第二暗電流抑制器18及23係由該P型高濃度雜質區形成的且被形成由該光接受器19橫跨到該儲存電容器20的一整體部分。在該第一及第二暗電流抑制器18及23中，產生在該光接受表面的界面中的暗電流被作為該P型高濃度雜質區的多個載體的電洞重新結合及抑制。亦即，在依據本發明的光接受器19及儲存電容器20中，一俗稱為HAD(電洞累積二極體)的嵌入式光二極體結構(HAD為註冊商標)被形成。
該電子快門調整層14被形成在該半導體基材12中與該光接受器19相對的區域，用以與該半導體井層13鄰接且是由該N型高濃度雜質區形成。該電子快門調整層14被形成在該光接受器19的那側上用以與該儲存電容器20所在的區域水平地相距一預定的偏離區24。如下文所描述的，該偏離區24是一個該半導體基材12與該半導體井層13的電位分布被最佳化的區域。
該FD部分25被形成在該半導體井層13的光接受表面的那一側上且由一N型高濃度雜質區形成。該傳輸閘部分26被形成在該FD部分25與該儲存電容器20之間。
該傳輸閘部分26是由該等MOS電晶體的傳輸電晶體Tr1形成的。該傳輸電晶體Tr1被形成為使得一源極當作該儲存電容器20及一汲極當作該FD部分25。該傳輸電晶體Tr1的一傳輸閘電極28被形成在該半導體井層13之該傳輸閘部分26形成於其內之處的上方，一閘絕緣膜29被設置在它們之間。一通道區27係藉由施加一傳輸脈衝φTRG至該傳輸閘電極28而被形成在該傳輸閘部分26內且累積在該儲存電容器20內的訊號電荷被傳輸至該FD部分25。
在該半導體井層13的FD部分25那側上，一將鄰接的像素分隔開的通道停止區15a是由一P型高濃度雜質區形成的。在該半導體井層13的光接受器19那側上，一將鄰接的像素分隔開的通道停止區15b是由一P型高濃度雜質區形成的。一單元像素是由被通道停止區15a及15b包圍的區域形成的。即使該歸零電晶體Tr2，該放大電晶體Tr3，及該選擇電晶體Tr4在圖2中被顯示成電路，但除了該傳輸電晶體Tr1之外，該歸零電晶體Tr2，該放大電晶體Tr3，及該選擇電晶體Tr4(在有必要時)被形成在該單元像素的半導體井層13內。
該歸零電晶體Tr2被形成為使得一源極被連接至該FD部分25及一汲極被連接至一電力供應電壓36。一歸零脈衝φRSG被施加於其上之歸零引線(wire)(未示出)被連接至歸零閘電極33。
該放大電晶體Tr3被形成為使得一源極被連接至該電力供應電壓36及一汲極被連接至該選擇電晶體Tr4的源極。該FD部分25被連接至一放大閘電極35。
該選擇電晶體Tr4被形成為使得一源極被連接至該放大電晶體Tr3的汲極及一源極被連接至一縱行訊號線37。一選擇脈衝φSEL被施加於其上之選擇引線(未示出)被連接至一選擇閘電極34。
在圖2中，顯示出其內形成有該選擇電晶體Tr4的結構，但一其內沒有形成該選擇電晶體Tr4的結構亦可被實施。
該光遮蔽膜31被形成來覆蓋該光接受器19除外之在電極引線(譬如，形成在該半導體井層13上的傳輸閘電極28及類此者)上方的表面，一層間絕緣層30被設置在該光遮蔽膜與電極引線之間。在此時，形成在該儲存電容器20上方的該光遮蔽膜31的端部被形成為具有一突出部分31a，其只突伸至該光接收器19的一預定的區域。
接下來，依據本發明的此實施例的固態影像擷取裝置1的電位輪廓將參考圖3來加以描述。在下面的描述中，當無需將該半導體12與該半導體井層13加以區別時，該半導體12及半導體井層13被合稱為“基材”。
圖3為一顯示該基材的電位沿著圖2的線A-A’，B-B’及C-C’的電位分布。線A-A’顯示該基材在一包括該光接受器19及該電子快門調整層14的垂直方向上的電位分布。線B-B’顯示該基材在一包括該光接受器19及該偏離區24的垂直方向上的電位分布。線C-C’顯示該基材在一包括該儲存電容器20的垂直方向上的電位分布。
圖3中的單點鏈線表示當該基材電壓Vsub被設定為一第一電位(在下文中被稱為低)時，沿著線A-A’的電位Val。圖3中的雙點鏈線表示當該基材電壓Vsub被設定為一比該第一電位高的第二電位(在下文中被稱為高)時，沿著線A-A’的電位Vah。圖3中的虛線表示當該基材電壓Vsub被設定為高時，沿著線B-B’的電位Vbh。圖3中的實線表示一沿著線C-C’的電位Vc。
當該基材的電壓Vsub被設定為低時，如圖3所示，沿著線A-A’的電位Val被建構成使得在光接受區19的N- 區17中的電位比P- 區16或半導體井層13深。亦即，在光接受區19的N- 區17中，一淺電位井被形成。N- 區17的雜質濃度被設定來具有一比該具有相關前技的一般HAD結構的光接受器的電位淺約1V。
當該基材的電壓Vsub被設定為低時，沿著線B-B’的電位(未示出)亦被認為是與沿著線A-A’的電位Val相同。圖3顯示該半導井區被該光接受器19的P- 區16的下部的半導體井層13部分地電中和(未耗竭)，但亦可被耗竭。
接下來，當該基材的電壓Vsub被設定為高時，沿著線A-A’的電位Vah受N型高濃度雜質區形成的該電子快門調整層14的影響而被整體向下拉至深的部分。該電位Vah改變用以朝向該半導體基材12變深。因為該電子快門調整層14因為偏離區24的關係而沒有沿著線B-B’被形成，所以電位只朝向該半導體基材12稍微變深。因此，靠近該光接受器19的電位Vbh被保持在與該基材電壓Vsub被設定為低時幾乎相同的數值。
沿著線C-C’的電位Vc被建構成使得一比該光接受器19還深的電位井受該儲存電容器20的N區22及P+ 區21的接合面的影響而被形成。
1.3製造固態影像擷取裝置的方法
一種製造具有上述結構的固態影像擷取裝置1的方法將參考圖4及5加以描述。在圖4及5中，相同的標號被用來標記與圖2相同的部分且重復的描述將被省略。
首先，如圖4A所示，該N型半導體基材12(譬如，一CZ基材)被製備。該電子快門調整層14係藉由以高濃度來將N型雜質離子植入到該半導體基材12上方的一預定的位置來形成。
接下來，如圖4B所示，該半導體井層13係藉由磊晶生長方法由一P型磊晶生長層來形成。
接下來，如圖4C所示，該FD部分25係藉由以高濃度將N型雜質離子植入到該半導體井層13的表面中來形成。通道停止區15a及15b係藉由以高濃度離子植入P型雜質來形成。又，該FD部分25或每一電晶體(未示出)的源極及汲極區可在每一電晶體的閘電極(閘電極28及類此者)之後被形成，這將於下文中描述。
接下來，如圖5D所示，包括該P- 區16及該N- 區17的該光接受器19係藉由以低濃度將P型雜質及N型雜質分別離子植入到該半導體井層13的表面的預定位置中來形成。包括該P+ 區21及該N區22的儲存電容器20係藉由在該半導體井層13的表面的一預定的位置處以高濃度離子植入P型雜質及藉由將N型雜質離子植入到半導體井層13的表面的一預定的位置中來形成。接下來，該第一及第二暗電流抑制器18及23藉由以高濃度將P型雜質離子植入到該光接受器19及該儲存電容器20上方來形成。
接下來，如圖5E所示，該閘絕緣膜29被形成在該半導體井層13上方及該傳輸閘電極28被形成在該閘絕緣膜29上。該傳輸閘電極28係藉由將形成在該FD部分25與該儲存電容器20之間的該傳輸閘部分26的上方形成圖案(patterning)來形成。即使是未示出，在此處理中，其它MOS電晶體的該等閘電極與類此者亦被形成。與依據此實施例的製程順序不同地，該源極及汲極區，該FD區25，及該第一與第二暗電流抑制器18及23可在該閘絕緣膜29，該閘電極28及類此者被形成之後才被形成。因為該源極及汲極區，該FD區25，及該第一與第二暗電流抑制器18及23具有一淺的濃度輪廓是所想要的，所以該源極及汲極區，該FD區25，及該第一與第二暗電流抑制器18及23在許多例子中是在該閘絕緣膜29或該閘電極28於一高溫處理中被形成之後才被形成。
接下來，如圖5F所示，一所想要的電極被形成，然後該光遮蔽膜31被形成在該不包含該光接受器19的區域中，該層間絕緣膜30被設置在它們之間。形成在該儲存電容器20上方的該光遮蔽膜31在該光接受器19那側的端部被形成為具有該突出部分31a，其朝向該光接收器19突伸。該光遮蔽膜31亦可作為一所想要引線層。
接下來，與依據相關前技的固態影像擷取裝置相同的層，譬如像是一所想要的引線層，一平坦化的膜，一彩色濾光片，一晶片上的鏡片或類此者，被形成在該光遮蔽膜上。又，依據此實施例的固態影像擷取裝置1係藉由連接一可變基材電壓源至該半導體基材12來加以完成。該基材電壓源可如一基材電壓產生電路般地被嵌設在該固態影像擷取裝置1的晶片內。
在此實施例中，該半導體井層13被形成在P型磊晶生長層中，但其可被形成在一N型磊晶生長層中。在此例子中，一P井(相當於該半導體井層13)藉由離子植入P型雜質而被形成，使得在該矩陣形狀中的一像素區被包含在該N型磊晶生長層中。又，有必要區別出該光接受器19的P- 區16的輪廓以實現該功能。
該電子快門調整層14可在該半導體井層13被形成之後藉由以高能量及高濃度離子植入N型雜質來形成。在此實施例中，該電子快門調整層14被埋設在該半導體基材12中，但其可被形成在該半導體井層13中用以與該半導體基材12鄰接。
在此實施例中，該閘絕緣膜29被形成在該半導體井層13的整個表面上。然而，在該閘部分26上的該閘絕緣膜29，或一形成在該光接受器19或儲存電容器20上的不同的絕緣層可分別被形成。
該光接受器19或儲存電容器20可在圖5E所示的處理之後被形成。又，該第一及第二暗電流抑制器18及23可在圖5E所示的處理之後被形成。
即使是未被示出，此實施例除了上述的處理之外還包括形成該放大電晶體，該選擇電晶體，該歸零電晶體，它們的引線，一在該像素區外的驅動電路區段，該控制電路區段，一讀出電路區段，及類此者的處理。
1.4　驅動固態影像擷取裝置的方法
接下來，一種驅動依據本發明的此實施例的固態影像擷取裝置1的方法將被描述。在描述驅動依據本發明的此實施例的固態影像擷取裝置1的方法之前，在該光接受器19及該儲存電容器20中產生及累積訊號電荷的原理將首先參考圖3所示的電位圖加以描述。
當該基材的電壓Vsub被設定為低時，如圖3所示，在沿著線A-A’的電位Val的例子中，N- 區17中的電位比P- 區16或半導體井層13深。當該基材的電壓Vsub被設定為低時，即使未被示出，沿著線B-B’的電位亦與沿著線A-A’的電位Val相同。關於沿著線C-C’的電位Vc，一比該光接受器19還深的電位井受到形成第二暗電流抑制器23及該儲存電容器20的N區22及P+ 區21的接合面的影響而被形成。
因此，當該基材的電壓Vsub被設定為低在該光接受器19中被產生的訊號電荷會流出而沒有累積在該光接受器19中且被傳輸至該儲存電容器20，用以被累積在該儲存電容器20中。
接下來，當基材的電壓Vsub被設定為高時，沿著線A-A’的電位Vah整個被拉至該深的部分。這是因為該電子快門調整層14是由N型高濃度雜質區形成的。因為該電子快門調整層14並不是沿著線B-B’形成的，所以該電位在該半導體基材12中只是變得稍深。因此，靠近該光接受器的電位Vbh並沒有不同於將該基材的電壓Vsub設定為低時的電位。
因此，當該基材的電壓Vsub被設定為高時，該光接受器19所產生的訊號電荷並沒有被傳輸至該儲存電容器20。這是因為沿著線A-A’的電位Vah變得比沿著線B-B’的電位Vbh深。沿著線A-A’的電位Vah朝向該半導體基材12變深，因為該P型半導體井層13的阻障可被該電子快門調整層14的作用壓下來。因此，該光接受器19所產生的訊號電荷被掃至該半導體基材12。亦即，當該基材的電壓Vsub被設定為高時，在該光接受器19被光電轉換的訊號電荷不會流至該儲存電容器20，而是被掃至該半導體基材12。
在沿著線B-B’的電位Vbh中，靠近該光接受器19的電位被該偏離區24的作用保持在一個接近該該基材的電壓Vsub被設定為低時的數值。因此，累積並儲存在該儲存電容器20中的訊號電荷不會朝向該光接受器19回流。至於累積在該儲存電容器20中的訊號電荷，即使是在該基材電壓Vsub被設定為高時，被累積的訊號電荷的量值可被儲存及被維持，直到該光接受器19中的電位Vc的淺位置為止。
驅動依據此實施例的固態影像擷取裝置1的方法將參考圖6A至6C根據產生及累積訊號電荷的原理來描述。圖6A至6C示意地顯示在該固態影像擷取裝置1中的一個像素的該歸零電晶體Tr2，該傳輸電晶體Tr1，該光接受器19，及該儲存電容器20的電位井及顯示一訊號電荷32的傳輸。在圖6A至6C中，相同的標號被提供給與圖2相同的部分且重復的描述將被省略。
首先，該基材電壓Vsub被該基材電壓源設定為低。以此方式，訊號電荷的產生及累積在所有像素中同時被開始。在下文中，此操作的一個期間被稱為“光接受期間”。
在該光接受期間中，如上面描述的，當基材電壓Vsub被設定為低時，如圖6A所示，入射到該光接受器19的光線L的光電轉換所產生的訊號電荷流至該儲存電容器20用以被累積及儲存。以此方式，在該固態影像擷取裝置1的所有像素中，由同時光線的光電轉換所產生的訊號電荷被累積及儲存在該儲存電容器20中。
當具有非常過剩數量的光線L在該光接受期間被入射到該光接受器19上時，來自該儲存電容器20的訊號電荷溢流會產生。在此例子中，訊號電荷會被該FD部分25或被連接至該歸零電晶體Tr2的汲極的電力供應電壓36吸收及歸零。由該非常過剩的光線量所產生的訊號電荷會朝向該半導體基材12溢流。
接下來，該基材電壓Vsub被該基材電壓源設定為高。然後，在該固態影像擷取裝置1的所有像素中的該基材的電位輪廓被改變，如圖3所示。入射到該光接受器19上且受到光電轉換的訊號電荷32被掃至該半導體基材12且因而沒有被傳輸至該儲存電容器20，如圖6B所示。亦即，當該基材電壓Vsub被設定為高時，該光接受期間同時在所有像素中被終止。在該光接受期間被終止之後，一“讀取期間(非光接受期間)”被開始，在該期間中累積在該儲存電容器20中的訊號電荷被讀入該FD部分。
接下來，如圖6C所示，被累積及儲存在該儲存電容器20中的訊號電荷32藉由打開每一像素的傳輸閘電極28以直線順序依序地被讀取及傳輸至該FD部分25中。因為即使是在將訊號電荷讀入該FD部分25時該基材電壓Vsub仍被設定為高，所以被持續地入射到該光接受器19上的光線L的光電轉換所產生的訊號電荷32被掃到該半導體基材12。
被讀入該FD部分25中的訊號電荷32接下來如圖2所示地被該放大電晶體Tr3放大且被該選擇電晶體Tr4選擇性地輸出至該縱行訊號線37。輸出至該縱行訊號線37的像素訊號如圖1所示地經由該縱行訊號處理電路5被輸入到該水平的訊號線10且經由該輸出電路7被輸出。被傳輸至該FD部分的訊號電荷32藉由施加該歸零脈衝φRST至該歸零電晶體Tr2而被重設至該電力電壓。
以此方式，在依據此實施例的固態影像擷取裝置1中，該光接受期間藉由將該基材電壓Vsub設定為低而同時在所有像素中被開始，且在該光接受器19中被光電轉換的訊號電荷32流至該儲存電容器20。然後，在該基材電壓Vsub被設定為高之後，該光接受期間立即被終止且該讀取期間(非光接受期間)被開始。在該讀取期間，在該光接受器19中被光電轉換的訊號電荷32被掃至該半導體基材12。
在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，因為訊號電荷32沒有被累積在該FD部分25中，所以一CDS操作可在該FD部分25中被實施。亦即，CDS操作可藉由取樣一非訊號(基礎雜訊)，打開/關閉該傳輸閘電極28，將訊號電荷32傳輸至該FD部分25，及讀取該訊號位準來實施。
在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，訊號電荷32送至該儲存電容器20的傳輸及訊號電荷32掃至該半導體基材12的刮掃可藉由改變該基材電壓Vsub來加以控制。亦即，一電子快門功能可以只藉由該電子快門調整層14及該偏離區24的影響改變該基材電壓Vsub而被獲得。以此方式即可獲得具有全域快門功能的固態影像擷取裝置1。
在依據相關前技的該固態影像擷取裝置中，該光接受器產生並累積訊號電荷。在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，因為訊號電荷32沒有被累積在該光接受器19中，所以該光接受器19的靜電電位可被形成為比產生並累積訊號電荷之依據相關前技的光接受器的靜電電位淺數伏特。以此方式，該光接受器19的電場可被減小。又，因電場而造成之暗電流的增加可被抑制。
在依據相關前技之該具有一全域快門功能的固態影像擷取裝置中，因為該傳輸閘電極係從該光接受器讀取訊號電荷，所以會產生的一個問題為，一光接受器的一讀取閘區段在讀取時間原則上會偏離一電洞接腳(hole-pining)。在該傳輸閘電極及一電極被形成在該儲存電容器上的結構中，該儲存電容器原理上亦被偏離該電洞接腳。
在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，因為具有該HAD結構的該暗電流抑制器18及23被形成在該光接受器19及該儲存電容器20中，所以該表面典型地充滿電洞。因此，與依據相關前技之具有全域快門功能的固態影像擷取裝置比較起來，發生在形成該基材的矽內或形成該閘絕緣膜29的氧化物膜界面內的暗電流可被抑制。
因為該FD部分25具有一高濃度N+ 區的接觸部分及一引線，該FD部分25是一個高的漏電流(暗電流)通常會發生的區域。然而，在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，該等訊號電荷32並沒有累積在該FD部分25中。因此，漏電流被減少，因此S/N比可被改善。因為訊號電荷從該光接受器19流至該儲存電容器20，所以沒有傳輸閘區段被形成在該光接受器19與該儲存電容器20之間。因此，當訊號電荷從該光接受器19被傳輸至該儲存電容器20時表面耗竭沒有發生且暗電流可被減少。與具有被建構來將訊號電荷從該光接受器傳輸至該儲存電容器的傳輸閘區段及具有全域快門功能的固態影像擷取裝置1相較，在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，該光接受器19或該儲存電容器20的區域可被擴大。因為區域被擴大的儲存電容器20可被建構成使得該儲存電容器的電位相對淺，所以由該儲存電容器的電場所造成的暗電流可被抑制。又，因為在該FD部分中的讀取，該電壓可被建構成低電壓。
在一種像依據相關前技之固態影像擷取裝置一樣於光接受期間實施光電轉換於該光接受器中及累積訊號電荷於該光接受器中的方法中，(當訊號電荷被耗竭時)該光接受器的靜電電位必需根據被維持在該光接受器中之電荷量以Q=CV的表達式來提供。又，為了要將訊號電荷傳輸至該儲存電容器，(當訊號電荷被耗竭時)該儲存電容器的通道電位比該光接受器的通道電位低得夠低或必需建構傳輸及儲存的階梯電位。在前者的例子中，該FD部分的一操作點的傳輸脈衝φTRG或振幅可被增加。在後者的例子中，因為必需將該傳輸閘的儲存容量建構成與光接受器的儲存容量相同，所以被維持在一像素單元內的電荷量可被減少。
在依據此實施例的該固態影像擷取裝置1中，該基材在該光受器19內的電位被淺淺地形成，用以從該光接受器19被傳輸至該儲存容器20。因此，該儲存容器20具有一深度的基材電位，其程度為該等電荷可被刮掃及傳輸的程度。又，藉由將該儲存容器20的N區22的下部建構成一受體(電洞)濃度很高的層，靠近該單元區的靜電容量很大。實施此結構的理由為，藉由分開形成該光接受器19及儲存容器20來將一空乏層擴張至該儲存容器20是不必要的。在該固態影像擷取裝置中，該光接受器的空乏層通常被擴張，因為藉由入射光廣泛地接受被光電轉換的電荷是必要的。在用於可見光的光接受器中，因為矽的可見光的吸收特性，一約3微米的空乏層被建構。在依據此實施例的固態影像擷取裝置中，因為該儲存容器20可被特殊化以累積該等訊號電荷，所以擴張該空乏層是不必要的。因為靠近該單元區的靜電容量很大，所以(當該等訊號電荷被耗竭時)可以淺淺地形成該儲存容器20的靜電電位。藉此結構，因為該等訊號電荷被累積之最淺的位置可被設定至一個離該儲存容器20的基材表面很淺的位置，所以在將該等訊號電荷從該儲存容器20讀取至該FD部分25時該傳輸脈衝φTRG的傳輸振幅可以是低電壓。
依據此實施例，因為該光遮蔽膜31遮擋在該儲存容器20內的光，所以該入射光通過該儲存容器20，因此即使是在該光接受期間及即使是在光接受之前及之後，該光電轉換都可被防止。在此實施例中，該FD部分25及該傳輸閘部分26藉由形成該光遮蔽膜31於該FD部分25上或該傳輸閘部分26上來遮蔽光線。然而，該光遮蔽膜31可以不被形成。在具有累積訊號電荷於該FD部分中之全域快門功能的固態影像擷取裝置中，形成該光遮蔽膜於該FD部分上是必要的。然而，依據此實施例，因為該等訊號電荷沒有被累積在該FD部分25中，所以沒有必要形成該光遮蔽膜於該FD部分25或該傳輸閘部分26上。然而，如下文所述，該傳輸閘部分遮蔽光線來防止污點(smearing)是所想要的。
依據此實施例，該光遮蔽膜31被形成，用以具有從該儲存電容器20至該光接受器19的突出部分31a。因此，即使在該基材電壓Vsub被設定為高且該光接受期間被終止時，仍可以抑制在該入射光線中入射到該儲存容器20附近的光線(其為一種污點)進入到該儲存容器20中。因此，就污點抑制而言，為了要抑制該入射光線，藉由形成該光遮蔽膜31於該傳輸閘部分26上來確保光遮蔽特性是所想要的。
依據此實施例，在具有可在一螢幕上同時實施光電轉換的全域快門功能的CMOS型固態影像擷取裝置中，該暗電流被抑制且該S/N比被改善。
2.第二實施例：固態影像擷取裝置的例子
圖7為一示意剖面圖其顯示依據本發明的第二實施例的一固態影像擷取裝置的結構。依據此實施例之固態影像擷取裝置的結構與圖1中相同的部分被省略。在圖7中，相同的標號被給予和圖2相同的部分且重復的描述被省略。
在依據此實施例的固態影像擷取裝置51中，依據第一實施例的第二暗電流抑制器的結構被部分修改。
在此實施例中，在該儲存電容器20中的一第二暗電流抑制器43包括一暗電流抑制電極41及一直流電壓源42。該暗電流抑制電極41被形成在該半導體井層13的儲存電容器20上方，一閘絕緣膜29被設置在它們之間。該直流電壓源42被連接至該暗電流抑制電極41用以正常地施加一負電壓至該暗電流抑制電極41。
在該固態影像擷取裝置51中，在該基材中沿著圖7中的線A-A’，線B-B’及線C-C’的電位具有與圖3中所示依據第一實施例的輪廓相同的輪廓。
在固態影像擷取裝置51中的該第二暗電流抑制器43可藉由在依據第一實施例的製造方法的圖5F所示的處理中形成該暗電流抑制電極41而沒有在圖5F所示的處理中形成該第二暗電流抑制器23來形成。其它的製造處理與第一實施例的製造處理相同。
在依據此實施例的固態影像擷取裝置51中，該儲存電容器20的N區22的表面被顛倒且藉由正常施加一負偏壓至該暗電流抑制電極41而被充滿電洞。以此方式，因為發生在該儲存電容器20的界面中的暗電流被吸收到該等電洞中，所以可抑制在該儲存電容器20中的暗電流。在此實施例中，該負偏壓被施加至該暗電流抑制電極41。然而，藉由將該暗電流抑制電極41電連接至該光遮蔽膜31，一負電壓可被施加至該暗電流抑制電極41及該光遮蔽膜31。
依據此實施例的固態影像擷取裝置51係藉由與第一實施例相同的驅動方法來加以驅動。因此，可獲得與第一實施例相同的優點。亦即，暗電流被抑制及該S/N比被改善。
3.第三實施例：固態影像擷取裝置的例子(佈局例子)
圖8為一示意平面圖其顯示依據本發明的第三實施例的一固態影像擷取裝置52。依據此實施例的固態影像擷取裝置52的大致結構與圖1所示的結構相同且一像素的剖面結構與圖2或7中的結構相同。在此實施例中，一像素的佈局的例子被示出。在圖8中，相同的標號被給予和圖2及7相同的部分且重復的描述被省略。
圖8顯示鄰接的四個像素2。每一像素2具有與依據第一或第二實施例的固態影像擷取裝置相同的結構。
在依據此實施例的固態影像擷取裝置52中，四個彼此垂直地及水平地鄰接的像素2共用一個FD部分25。亦即，因為四個儲存電容器20被形成為與一個FD部分25鄰接，所以該等儲存電容器20被連接以形成該等光接受器19。該傳輸閘電極28被形成在該FD部分25與每一儲存電容器20之間。
在共用該FD部分25的四個像素2中，該光接受期間係藉由將該基材電壓Vsub設定為低來開始的，且該等被光電轉換的訊號電荷同時在該等光接受器19中被傳輸至該等儲存電容器20。藉由將基材電壓Vsub設定為高及同時終止該光接受期間，來自該等光接受器19的訊號電荷沒有被傳輸。因此，該等訊號電荷沒有被傳輸至該儲存電容器20，而是和第一及第二實施例一樣被掃到該半導體基材12。當該基材電壓Vsub被設定為高時，累積在各儲存電容器20內的訊號電荷被依序地讀入到該FD部分25中且藉由施加該傳輸脈衝φTRG至該傳輸閘電極28而被輸出，其與第一實施例一樣。在此例子中，即使未被示出，被連接至該FD部分25的該放大電晶體，該歸零電晶體，及該選擇電晶體(當有必要時)亦被該四個像素所共用。
在依據相關前技之具有累積訊號電荷於該FD部分中之全域快門功能的固態影像擷取裝置中，形成該FD部分於每一單位像素中是必要的。因此之故，該FD部分不能被多個像素共用。在依據此實施例的固態影像擷取裝置52中，因為訊號電荷被累積在儲存電容器20中且累積在儲存電容器20中的訊號電荷藉由打開/關閉該傳輸閘電極28而被讀入該FD部分25中，所以FD部分25可被多個像素共用。因此，因為該儲存電容器20在每一像素2內的面積或該光接受器19的面積可被設定為很大，所以可增加敏感度或電荷量。
在此實施例中，一個FD部分25被四個像素2所共用。然而，當多個像素共用一個FD部分25時，一個FD部分25可被兩個像素2共用。
在依據此實施例的該固態影像擷取裝置52中，可獲得與依據第一及第二實施例的該固態影像擷取裝置1及51相同的優點。
上述的第一至第三實施例已描述CMOS型固態影像擷取裝置，其中偵測訊號電荷(其係根據作為一物理量之入射光的數量而被產生)的單元像素被設置成一矩陣形狀。然而，本發明並不侷限於CMOS影像感測器。本發明並不侷限於一縱行電路被設置在一像素陣列的每一像素縱行中之縱行式固態影像擷取裝置。
本發明並不侷限於固態影像擷取裝置，其藉由偵測入射可見光的數量的分佈當作該影像來擷取一影像，而是可被應用至一擷取入射紅外線，X射線，或粒子的數量的分佈當作一影像的固態影像擷取裝置。本發明亦可被應用至一固態影像擷取裝置(物理量分佈偵測裝置)，譬如像是指紋偵測感測器，藉由偵測另一物理量的分佈來擷取另一物理量的分佈當作一影像，譬如像是廣義的輸入或靜電容量。
本發明並不侷限於被建構來藉由依序地掃描在一縱行單元中該像素陣列的單元像素來從單元像素讀取像素訊號的固態影像擷取裝置。本發明亦可被應用至X-Y位址式固態影像擷取裝置，其被建構來選擇在一像素單元中任意的像素並從該像素單元中的被選取的像素讀取訊號。
該固態影像擷取裝置可被形成在一個晶片中或可被形成為一模組形狀，一影像擷取單元及一訊號處理單元或一光學系統被包裝在該模組內且其具有一影像擷取功能。
在上述的第一至第三實施例中，該第一導電類型被建構為N型及該第二導電類型被建構為P型。然而，該第一導電類型可被建構為P型及該第二導電類型可被建構為N型。在此例子中，與上述的例子相反地，施加至該固態影像擷取裝置之所想要的脈衝為一具有相反極性的脈衝。
本發明並不侷限於該固態影像擷取裝置，而是可應用至一影像擷取裝置。在此處，該影像擷取裝置為一照相機系統，譬如像是一數位相機或一視訊攝影機或一具有影像擷取功能的電子設備，譬如像是手機。安裝在一電子設備中的模組，亦即，一照相機模組可被當作一影像擷取裝置使用。
4.第四實施例：電子設備的例子
圖9為一顯示依據本發明的第四實施例之一電子設備200的大致結構的圖式。
在依據此實施例的該電子設備200中，依據第一實施例的固態影像擷取裝置1被用作為一照相機。
圖9為一顯示依據本發明的第四實施例之一電子設備200的結構的示意圖。依據此實施例的電子設備200為一能夠擷取一靜止影像的數位相機。
依據此實施例的該電子設備200包括該固態影像擷取裝置1，一光學鏡頭210，一快門裝置211，一驅動電路212，及一訊號處理電路213。
該光學鏡頭210其將得自於一物體的影像光線(入射光)形成在該固態影像擷取裝置1的一影像擷取表面上。因此，在一特定期間內，該等訊號電荷被累積在該固態影像擷取裝置1中。
該快門裝置211控制該固態裝置1的一光發射期間及一光遮蔽期間。
該驅動電路212提供一用來控制該固態影像擷取裝置1的一傳輸操作及該快門裝置211的快門操作的驅動訊號。該訊號被傳輸至該固態影像擷取裝置1以回應由該驅動電路212所提供的驅動訊號(時序訊號)。該訊號處理電路213執行各式訊號處理操作。一經過訊號處理操作的影像訊號被儲存在一儲存媒體(如，一記憶體)中或被輸出至一監視器。該快門裝置特別是在強的入射光被捕捉或污點被降低至一極小的程度時被使用，而不是依據用法被使用。在此實施例中，數位相機被使用。然而，具有上述結構的該影像擷取裝置可被用作為一具有可同時接受在一畫面表面中的光線的全域快門功能的視訊擷取裝置。
在依據此實施例的電子設備200中，該具有全域快門功能的CMOS型影像擷取裝置1被使用。因此，可獲得一同時在所有像素中被擷取的影像的影像訊號。因此，當一移動中的物體被拍攝時可降低變形的發生。在該固態影像擷取裝置1中，該暗電流被抑制及該S/N比被改善。在依據此實施例的電子設備200中，一因抑制暗電流及改善S/N比而獲得的影像品質可被改善。
該固態影像擷取裝置1應用於其上的該電子設備並不侷限於該照相機。然而，該固態影像擷取裝置1可被應用至一數位相機或一影像擷取模組，譬如一用於行動設備，如手機，的相機模組。
在此實施例中，該固態影像擷取裝置1被使用於照相機中，但依據第二及第三實施例的固態影像擷取裝置亦可被使用。
本申請案包含與揭露在2009年2月5日提申之日本優先權申請案JP2009-025347號中的主體相關的主體，該案的全部內容藉此參照而被倂於本文中。
熟習此技藝者應瞭解的是，各式的修改，組合，次組合及改變可因設計要求及在此範圍內的其它因素而發生，因為它們都是在面的申請專利範圍項或其等效物的範圍之內。
1．．．固態影像擷取裝置
2．．．像素
3．．．影像擷取區
4．．．垂直驅動電路
6．．．水平驅動電路
5．．．縱行訊號處理電路
7．．．輸出電路
8．．．控制電路
10．．．水平訊號線
11．．．半導體基材
12．．．半導體基材
13．．．半導體井層
31．．．光遮蔽膜
19．．．光接受器
20．．．儲存電容器
14．．．電子快門調整層
18．．．暗電流抑制器
23．．．暗電流抑制器
25．．．FD部分
Tr1．．．傳輸電晶體
26．．．傳輸閘部分
Tr2．．．歸零電晶體
Tr3．．．放大電晶體
Tr4．．．選擇電晶體
17．．．N型低濃度雜質區
16．．．P型低濃度雜質區
22．．．N型雜質區
21．．．P型高濃度雜質區
24．．．偏離區
28．．．傳輸閘電極
29．．．閘絕緣膜
27．．．通道區
15a．．．通道停止區
15b．．．通道停止區
36．．．電力供應電壓
33．．．歸零閘電極
35．．．放大閘電極
37．．．縱行訊號線
34．．．選擇閘電極
30．．．層間絕緣層
31a．．．突出部分
32．．．訊號電荷
51．．．固態影像擷取裝置
41．．．暗電流抑制電極
42．．．直流電壓源
43．．．第二暗電流抑制器
52．．．固態影像擷取裝置
200．．．電子設備
210．．．光學鏡頭
211．．．快門裝置
212．．．驅動電路
213．．．訊號處理電路
圖1為一顯示依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置的大致結構的圖式。
圖2為一示意剖面圖其顯示依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置的結構。
圖3為一顯示依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置的基材的電位的圖式。
圖4A至4C為顯示製造依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置的製程的圖式(第一製造圖式)。
圖5D至5F為顯示製造依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置的製程的圖式(第二製造圖式)。
圖6A至6C為顯示在驅動依據本發明的第一實施例的固態影像擷取裝置時訊號電荷傳輸的的圖式。
圖7為一示意剖面圖其顯示依據本發明的第二實施例的固態影像擷取裝置的結構。
圖8為一示意平面圖其顯示依據本發明的第三實施例的固態影像擷取裝置。
圖9為一示意圖其顯示依據本發明的第四實施例的電子設備的結構。
Tr1．．．傳輸電晶體
Tr2．．．歸零電晶體
Tr3．．．放大電晶體
Tr4．．．選擇電晶體
12．．．半導體基材
13．．．半導體井層
14．．．電子快門調整層
15a．．．通道停止區
15b．．．通道停止區
16．．．P型低濃度雜質區
17．．．N型低濃度雜質區
18．．．暗電流抑制器
19．．．光接受器
20．．．儲存電容器
21．．．P型高濃度雜質區
22．．．N型雜質區
23．．．暗電流抑制器
24．．．偏離區
25．．．FD部分
26．．．傳輸閘部分
27．．．通道區
28．．．傳輸閘電極
29．．．閘絕緣膜
30．．．層間絕緣層
31．．．光遮蔽膜
31a．．．突出部分
33．．．歸零閘電極
34．．．選擇閘電極
35．．．放大閘電極
36．．．電力供應電壓
37．．．縱行訊號線
φRST．．．歸零脈衝
φSEL．．．選擇脈衝
Vsub．．．基材電壓

Claims (17)

  1. 一種固態影像擷取裝置，包含：一基材；一基材電壓源，其在一光接受期間施加一第一電位至該基材及在一非光接受期間施加一第二電位至該基材；及多個像素，每一像素包括一光接受器，其被形成在該基材的前表面上且根據接受到的光產生訊號電荷，一儲存電容器，其被形成為與該光接受器鄰接且累積並儲存該光接受器所產生的訊號電荷，當該第一電位被施加至該基材時該等訊號電荷被傳輸，暗電流抑制器，其被形成在該光接受器及該儲存電容器內，一電子快門調整層，其被形成在該基材中一面向該光接受器且離該儲存電容器一預定的偏離區的區域內且其調整該基材的電位分布使得當該第二電位被施加至該基材時產生在該光接受器內的該等訊號電荷被掃至該基材的後表面，及一漂浮擴散部分，累積在該儲存電容器中的該等訊號電荷被傳送至該漂浮擴散部分。
  2. 如申請專利範圍第1項之固態影像擷取裝置，其中該基材包括一第一導電型半導體基材，及一第二導電型半導體井層，其被形成在該半導體基材 上，其中該光接受器具有一由一第二導電型及一第一導電型雜質區形成之該暗電流抑制器的接合表面及該第一導電型雜質區與一形成在該第一導電型雜質區下部中之一第二導電型雜質區的一接合表面，且該光接受器被形成在該半導體井層中，其中該儲存電容器具有一第一導電型雜質區與一第二導電型雜質區的接合表面，及其中該電子快門調整層係被一第一導電型雜質區形成在該半導體基材與該半導體井層之間。
  3. 如申請專利範圍第2項之固態影像擷取裝置，其中該儲存電容器的靜電電位比該光接受器的靜電電位深。
  4. 如申請專利範圍第3項之固態影像擷取裝置，其中一介於該光接受器與該儲存電容器之間在該偏離區上方的區域的靜電電位在該光接受期間及該非光接受期間被維持實質相同的數值。
  5. 如申請專利範圍第4項之固態影像擷取裝置，其中一光遮蔽膜被形成在該儲存電容器的光入射側的上方，及該光遮蔽膜的一端具有一突出部分其朝向該光接受器突伸。
  6. 如申請專利範圍第5項之固態影像擷取裝置，其中一傳輸閘部分被形成在該光接受器與該漂浮擴散部分之間，及該光遮蔽膜亦被形成在該傳輸閘部分及該漂浮擴散部分的該光入射側的上方。
  7. 如申請專利範圍第6項之固態影像擷取裝置，其中該光接受器及該儲存電容器的暗電流抑制器係由形成在該光接受器及該儲存電容器的光入射側的表面上的第二導電型雜質區形成的。
  8. 如申請專利範圍第6項之固態影像擷取裝置，其中該光接受器的暗電流抑制器係由一形成在該光接受器的光入射側的表面上的第二導電型雜質區形成的，及其中該儲存電容器的暗電流抑制器係由一形成在該儲存電容器的光入射側上方的暗電流抑制電極及一施加直流電壓至該暗電流抑制電極的直流電壓源形成的。
  9. 如申請專利範圍第6項之固態影像擷取裝置，其中該暗電流抑制電極被電連接至該光遮蔽膜。
  10. 如申請專利範圍第1項之固態影像擷取裝置，其中該漂浮擴散部分是被多個鄰接的儲存電容器所共用，及該等訊號電荷被依序地從該等多個鄰接的儲存電容器傳輸至該漂浮擴散部分。
  11. 如申請專利範圍第1項之固態影像擷取裝置，更包含：一歸零(reset)電晶體，其將累積在該漂浮擴散部分中的訊號電荷歸零；及一放大電晶體，其將被傳輸至該漂浮擴散部分的訊號電荷放大。
  12. 一種製造一固態影像擷取裝置的方法，其包含的步驟為： 製備一第一導電型半導體基材；形成一第二導電型半導體井層於該半導體基材上；形成一光接收器，一與該光接收器鄰接的儲存電容器，及一與該儲存電容器鄰接的漂浮擴散部分於該半導體井層的一表面上，一傳輸閘部分被設置在該漂浮擴散部分與該儲存電容器之間；在形成該半導體井層之前或之後，形成一第一導電型電子快門調整層於一面向該光接受器介於該半導體基材與該半導體井層之間且離該儲存電容器一預定的偏離距離的區域內；及形成暗電流抑制器於該儲存電容器與該光接受器的一光入射側的上方。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該半導體井層係由一形成在該半導基材上的一第二導電型磊晶生長層形成的。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該半導體井層係藉由形成一第一導電型磊晶生長層於該半導體基材上，然後離子植入第二導電型雜質於該磊晶生長層的一所想要的區域中來形成。
  15. 一種驅動一固態影像擷取裝置的方法，該固態影像擷取裝置包括一基材，一基材電壓源其在一光接受期間施加一第一電位至該基材及在一非光接受期間施加一第二電位至該基材，及多個像素，每一像素包括一光接受器其被形成在該基材的前表面上且根據接受到的光產生訊號電 荷，一儲存電容器其被形成為與該光接受器鄰接且累積並儲存該光接受器所產生的訊號電荷，當該第一電位被施加至該基材時該等訊號電荷被傳輸，暗電流抑制器其被形成在該光接受器及該儲存電容器內，一電子快門調整層其被形成在該基材中一面向該光接受器且離該儲存電容器一預定的偏離區的區域內且其調整該基材的電位分布使得當該第二電位被施加至該基材時產生在該光接受器內的該等訊號電荷被掃至該基材的後表面，及一漂浮擴散部分，累積在該儲存電容器中的該等訊號電荷被傳送至該漂浮擴散部分，該方法包含的步驟為：藉由用該基材電壓源施加該第一電位至該基材來開始將產生在所有像素的光接受器中的訊號電荷傳輸至該等儲存電容器；將產生在該光接受器中的訊號電荷掃至該基材；藉由用該基材電壓源施加該第二電位至該基材來終止將產生在所有像素的光接受器中的訊號電荷送至該等儲存電容器的傳輸；及將累積在每一像素的該儲存電容器中的訊號電荷傳輸至該漂浮擴散部分。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中將該等訊號電荷送至該等儲存電容器的傳輸的開始與終止是同時對所有形成在該基材的一半導體井層中的像素實施的。
  17. 一種電子設備，包含：一光學鏡頭； 一固態影像擷取裝置，其包括一基材，一基材電壓源其在一光接受期間施加一第一電位至該基材及在一非光接受期間施加一第二電位至該基材，及多個像素，每一像素包括一光接受器其被形成在該基材的前表面上且根據接受到的光產生訊號電荷，一儲存電容器其被形成為與該光接受器鄰接且累積並儲存該光接受器所產生的訊號電荷，當該第一電位被施加至該基材時該等訊號電荷被傳輸，暗電流抑制器其被形成在該光接受器及該儲存電容器內，一電子快門調整層其被形成在該基材中一面向該光接受器且離該儲存電容器一預定的偏離區的區域內且其調整該基材的電位分布使得當該第二電位被施加至該基材時產生在該光接受器內的該等訊號電荷被掃至該基材的後表面，及一漂浮擴散部分，累積在該儲存電容器中的該等訊號電荷被傳送至該漂浮擴散部分；及一訊號處理電路，其處理從該固態影像擷取裝置被輸出的輸出訊號。
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