TWI534994B - 固態成像裝置，其驅動方法及電子設備 - Google Patents

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Description

固態成像裝置，其驅動方法及電子設備
本發明係關於在一單元像素區域中包括複數個光二極體的固態成像裝置、其驅動方法及使用該固態成像裝置的電子設備。
在作為一固態成像裝置之一CCD影像感測器或一CMOS影像感測器中的色彩分離係藉由主要使用彩色濾光片來實現。在使用彩色濾光片的影像感測器中，一種彩色濾光片係相對於一個像素安裝，並且主要具有紅色、綠色及藍色之彩色濾光片的三個像素電路係配置以便彼此相鄰。因此，在狹義上可在一個像素中接收的光僅係對應於該彩色濾光片之一個色彩。因此，在使用彩色濾光片的影像感測器中，色彩係藉由使用入射在安裝不同色彩之彩色濾光片的相鄰像素上的光之資訊來產生。
因此，在使用彩色濾光片的影像感測器中，其中於一任意像素處產生之一色彩與已實際入射在該像素上的光之一色彩不同的一假色發生。此外，例如在一紅色濾光片之一情況下，綠色與藍色之入射光係藉由該彩色濾光片吸收並藉由使用該彩色濾光片而不達到一接收部分。因此，多於三分之二的入射光量係損失。入射光量的損失亦在綠色與藍色濾光片中發生。
因此，為了有效率地利用該入射光量以及防止假色的發生，已開發藉由在一基板之深度方向上在一像素中形成複 數個光二極體來分離色彩之一方法。
例如，在JP-A-2002-513145(專利文件1)中，說明一種分離色彩的方法，其中在一p型Si基板3100中形成一n型半導體層3102、一p型半導體層3104及一n型半導體層3106之三層結構，並藉由按自一淺深度層的順序光電地轉換光來取出藍光、綠光及紅光，如在圖4中所示。
在該方法中，藍色、綠色及紅色信號係自連接至在該Si基板3100之一表面上的各別層之端子輸出至外部。此利用波長之長度與在深度方向上的光吸收之特性。據此，在一個像素中的色彩分離變得可能，其可防止假色的發生。因此，一低通濾波器並不必要。此外，因為不使用彩色濾光片，故具有不同波長之紅色、綠色及藍色係入射在該單元像素上。因此，減低光量的損失。
一CMOS型固態成像裝置係藉由以一必要圖案配置複數個像素來組態，其中一個像素包括一光二極體與複數個MOS電晶體。該光二極體係一光電轉換元件，其依據光接收量來產生並累積信號電荷，而複數個MOS電晶體係用於轉移來自該光二極體之信號電荷的元件。在該等像素中，信號電荷係藉由照射光來獲得，並且該等獲得的信號電荷係作為像素信號自各別像素輸出。如上述所輸出的像素信號係藉由一給定信號處理電路來處理並係作為視訊信號來輸出至外部。
近年來，像素大小之減低及一飽和電荷量(Qs)與敏感度之改良係解決以便改良該固態成像裝置之特性。在JP-A- 2005-223084(專利文件2)中，說明一種固態成像裝置，其使用具有在一半導體基板之深度方向上形成之一垂直閘極電極的一電荷讀出電晶體，以便實現像素大小的減低而不減低該飽和電荷量(Qs)與敏感度。
圖1A顯示在專利文件2中說明的先前技術中之一固態成像裝置的示意斷面組態，而圖1B顯示其一平面組態。
如在圖1A與圖1B中所示，先前技術中之固態成像裝置包括一p型半導體基板203、包括於在該半導體基板203中形成之每一像素中的一光二極體PD及一電荷讀取電晶體Tr。
該光二極體PD包括：一p型高濃度雜質區(p+區)206，其係形成於該半導體基板203之表面側上；一n型高濃度雜質區(n+區)205，其係在朝向背側的深度方向上與該區206相鄰地形成；以及一n型低濃度雜質區(n-區)204。包括於該光二極體PD中之一主要pn接面「j0」係藉由該p+區206與該n+區205形成。如在圖1B中所示，該光二極體PD係形成於在該半導體基板203中之一光二極體區260中，該光二極體區係藉由在每一像素中之一像素隔離區210劃分。
該電荷讀出電晶體Tr係一MOS電晶體，其用於轉移累積於該光二極體PD中的信號電荷。該電荷讀取電晶體Tr包括：一浮動擴散區202，其係設置在該半導體基板203之表面側上；以及一垂直閘極電極201，其係透過一閘極絕緣膜218自該表面側在深度方向上形成於該半導體基板203中。該垂直閘極電極201透過該閘極絕緣膜218觸碰該浮動 擴散區202以及係形成以達到深於該光二極體PD之pn接面「j0」之一位置。在包括於該電荷讀出電晶體Tr中的垂直閘極電極201中，該閘極絕緣膜218係形成於一溝槽部分處，該溝槽部分係自該半導體基板203之表面側形成以具有達到該光二極體PD之pn接面「j0」之深度。該圓柱形垂直閘極電極201係藉由填充在該閘極絕緣膜218上的溝槽來形成。
在該電荷讀出電晶體Tr中，一轉移通道係在該半導體基板203之深度方向上形成以便自包括於該光二極體PD中的pn接面「j0」沿該垂直閘極電極201達到該浮動擴散區202。
如在圖1B中所示，該固態成像裝置係自該半導體基板203的背側照射光之一背照式固態成像裝置，其中包括於該電荷讀出電晶體Tr中的垂直閘極電極201係形成於該光二極體PD之中心位置處。
在具有以上組態的固態成像裝置中，自背側入射的光係藉由該光二極體PD光電地轉換並且信號電荷係累積於該光二極體PD中。接著，在該光二極體PD中的累積信號電荷係藉由施加正電壓至該電荷讀出電晶體Tr之垂直閘極電極201來透過該轉移通道轉移，讀出至形成在該半導體基板203之表面上的浮動擴散區202。
如上面所說明，該裝置具有其中該光二極體PD係在該半導體基板203之深度方向上形成並且累積於該光二極體PD中的信號電荷係藉由該垂直閘極電極201讀取的組態。 因此，當像素大小係減低時，並不減低飽和電荷量(Qs)與敏感度。此外，由於該背照式類型所致，MOS電晶體與佈線層並不形成在該光照射側上，因此可大大確保一開放區域。
另一方面，圖2A與圖2B顯示其中不應用垂直閘極電極的先前技術中之一固態成像裝置的相關部分之示意斷面組態與平面組態。在圖2A與圖2B中，針對對應於圖1A與圖1B之部分給出相同符號並省略重複說明。如在圖2A中所示，當使用並非垂直閘極電極之一正常平面閘極電極301時，該閘極電極301係透過該閘極絕緣膜218於其中形成該光二極體PD的光二極體區260之一外周邊部分處形成在該半導體基板203之一上部表面上。
該光二極體PD之飽和電荷量(Qs)係與包括於該光二極體PD中的pn接面「j0」之電容成比例。因為雜質濃度通常在該光二極體PD之中心附近係較高，故在一單位面積中之電容較高，相反於像素邊緣的光二極體PD之末端部分處電容較低。即，在圖1A、1B與圖2A、2B中所示之光二極體PD中，在藉由虛線圍繞之部分中(在該光二極體區260之中心附近)電容較高並且每單位面積之飽和電荷量(Qs)亦較高。
依據上述，因為在圖2A與圖2B中所示之範例中該閘極電極301係形成於該光二極體區260之外周邊部分中，故該光二極體PD之飽和電荷量(Qs)並不損失。
然而，當類似於在圖1A與圖1B中所示之範例將垂直閘極配置於該光二極體之中心處時，該垂直閘極電極201係 埋入於在該光二極體PD中其中電容較高之部分中。在此情況下，擔心在包括其中形成該垂直閘極電極201的區及其周邊之區域中損失該飽和電荷量(Qs)。
當如在圖1A與圖1B中所示該垂直閘極電極201與該浮動擴散區202係配置於包括於該像素中的光二極體PD之中心處時，難以在複數個像素之中共用該浮動擴散區202，其使像素大小的減低更難。此外，累積於該光二極體PD中的電荷係透過該電荷讀出電晶體Tr之轉移通道來轉移至形成在該半導體基板203之表面上的浮動擴散區202。因此，若在該電荷讀出電晶體Tr之閘極部分中存在一缺陷，則預期電荷之轉移失敗發生或引起較大暗電流的產生。作為在此情況下的缺陷，存在藉由處理於形成該垂直閘極電極201之時或於一介面狀態形成之一較深溝槽部分所產生的缺陷。
該固態成像裝置係大體分成藉由一CMOS(互補金氧半導體)影像感測器所代表之一放大型固態成像裝置與藉由一CCD(電荷耦合裝置)影像感測器所代表之一電荷轉移型固態成像裝置。此等固態成像裝置係廣泛地用於一數位靜態相機、一數位攝錄影機及類似者。近年來，作為安裝在諸如具有一相機之一蜂巢式電話與一PDA(個人數位助理)之行動設備上的固態成像裝置，該CMOS影像感測器係廣泛地用於其中電源電壓較低的功率消耗之光中。
建議一CMOS固態成像裝置(參考專利文件2)，其中一光電轉換元件(光二極體)係形成於一p型矽半導體基板內部並 且一垂直轉移電晶體係形成以實現像素大小的減低而不降低飽和電荷量(Qs)與敏感度。圖3顯示在上面的CMOS固態成像裝置中的一像素之一相關部分的斷面組態。
一CMOS固態成像裝置1111係自該基板之背部照射光的一背照式固態成像裝置。在該CMOS固態成像裝置1111中，包括於每一像素中的像素電晶體(在此範例中，一轉移電晶體Tr1、一重設電晶體Tr2及一放大電晶體Tr3)係形成在一半導體基板1112之前側上。一光二極體PD係形成於此等像素電晶體之下。該光二極體PD包括：一n型半導體區1113，其具有欲成為電荷累積區之一高濃度雜質區(n+區)1113A與一低濃度雜質區(n區)1113B；以及一p型半導體區(p+區)1121，其在該半導體基板1112內部之其表面側上具有高濃度雜質。
該垂直轉移電晶體Tr1係藉由包括一圓柱形轉移閘極電極1116來組態，該轉移閘極電極係埋入於透過一閘極絕緣膜1115自該半導體基板1112之表面在深度方向上達到該光二極體PD之n型高濃度雜質區(n+區)1113A的內部之一溝槽部分1114中。在該半導體基板1112之表面上，欲成為一浮動擴散(FD)40之一n型源極/汲極區1117係形成以便觸碰該閘極絕緣膜1115。該垂直轉移電晶體Tr1之轉移閘極電極1116係形成於對應於一單元像素1131之中心(即，該光二極體PD之中心)之一位置處。具有高濃度雜質之一p型半導體區(p+區)1121係形成以便圍繞形成於該光二極體PD之高濃度雜質區1113A中的閘極絕緣膜1115。
該重設電晶體Tr2包括在該半導體基板1112之表面側上之一對n型源極/汲極區1117、1118與透過該閘極絕緣膜形成之一重設閘極電極1123。該放大電晶體Tr3包括在該半導體基板1112之表面側上之一對n型源極/汲極區1119、1120與透過該閘極絕緣膜形成之一重設閘極電極1124。此外，其中配置複數層之佈線1126之一多層佈線層係形成在該半導體基板1112上，在該半導體基板中此等像素電晶體(Tr1、Tr2及Tr3)係透過一層間絕緣層1125形成。在該半導體基板1112之背部上，雖然未顯示，形成在其之上的對應於各別像素之位置處的彩色濾光片與晶片上微透鏡。數字1130表示一像素隔離區。數字1131表示一單元像素。
關於該背照式固態成像裝置的其他說明亦在JP-A-2003-31785(專利文件3)中予以揭示。
作為一固態成像裝置，已知一CMOS固態成像裝置。在該CMOS固態成像裝置中，一光二極體與複數個MOS電晶體形成一個像素。具有複數個像素之固態成像裝置係藉由以一必要圖案配置複數個像素來組態。該光二極體係一光電轉換元件，其依據光接收量來產生並累積信號電荷，而該複數個MOS電晶體係用於轉移來自該光二極體之信號電荷的元件。
近年來，在該CMOS固態成像裝置中，像素大小的減低正在進行。然而，因為該光二極體與諸如一電荷讀出電晶體之複數個MOS電晶體係配置於在該CMOS固態成像裝置中之每一像素區中的相同平面中，故在該平面上針對各別 元件的區域係必要的，其傾向於增加一個像素之一面積。因此，難以減低該像素大小，並且當減低該大小時，該光二極體之一面積亦係減低，其引起諸如該飽和電荷量之降低與敏感度之降低的問題。
在專利文件1中，說明其中該pn接面係形成於在該半導體基板內部提供的光二極體之高濃度區中的組態。在此情況下，用於讀取信號電荷的電荷讀出電晶體的通道部分係在該半導體基板之深度方向上形成，並且該讀取電晶體之閘極電極之底部部分與該閘極絕緣膜係形成於深於該pn接面之深度的位置處。在專利文件2中應用此類組態，藉此甚至當該像素區域係減低時仍維持該光二極體之區域較大並防止飽和電荷量之降低。
然而，在專利文件2之固態成像裝置中，可相對於在一個像素中的其中累積信號電荷的一個光二極體而完全轉移的電位係固定的，並難以增加該飽和電荷量(Qs)多於一固定量。即，難以作為其中像素大小之減低與飽和電荷量(Qs)之改良係同時實現的組態。
需要提供一固態成像裝置與使用該固態成像裝置之一電子設備，其中可實現該飽和電荷量(Qs)之增加與敏感度之改良以及具有信號電荷之高轉移效率。
在上面的固態成像裝置1111中，該垂直轉移電晶體Tr1係配置於該像素之中心以藉此允許在該光二極體PD之周邊與該轉移閘極電極1116之間的距離相同並使信號電荷之完 全轉移較容易。然而，該轉移閘極電極1116可禁止該光二極體PD之形成。因此，難以允許該轉移閘極電極1116之一部分係形成為該光二極體PD，其減低每單位面積之飽和電荷量(Qs)，因此組態對於像素特性而言將係不利的。
在該固態成像裝置1111中，一有效通道長度係藉由在該光二極體PD與該浮動擴散FD(n型源極/汲極區1117)之間的距離來判定。然而，在該組態中，n+區1113A以觸碰該電極之狀態存在於該轉移閘極電極之下，因此，擔心藉由由於GIDL(閘極引發汲極洩漏)所致的暗電流所引起之白色缺陷發生並擔心像素特性係減低。
在該固態成像裝置1111中，一p-區1122係形成以便圍繞在該光二極體PD之n型半導體區(n+區)1113A之表面上的轉移閘極電極1116，如在圖3中所示。該p-區1122使該光二極體PD之電荷累積量維持以及使藉由該轉移閘極電極1116之電荷轉移較容易。然而，當該區1122係「p-」時，實際上難以確保一轉移路徑。
在該固態成像裝置1111中，該p-區1122係形成於附著於該轉移閘極電極1116之閘極絕緣膜1115與該光二極體PD之n型半導體區(n+區)1113A之間，藉此抑制由於在該光二極體PD及類似者中之缺陷所致暗電流的發生。然而，有必要抑制由於藉由當選擇性地蝕刻該矽半導體基板1112以用於形成該轉移閘極電極1116時產生的損壞所引起的缺陷所致而發生的暗電流，並且該p-區1122係不足的。
在該固態成像裝置1111中，在作為該浮動擴散之n型源 極/汲極區1117與該光二極體PD之間於該轉移閘極電極之側處的一通道區係一p型區。然而，在該組態中難以完全轉移累積於該光二極體PD中的信號電荷。在該固態成像裝置中，有必要甚至當該像素大小係減低時仍增加該飽和電荷量以及改良電荷轉移。
需要提供一固態成像裝置及其製造方法，其中該飽和電荷量(Qs)係增加並且該轉移閘極介面係調整。亦需要提供使用該固態成像裝置之一電子設備。
進一步需要提供一固態成像裝置與該固態成像裝置之一驅動方法，其中可減低該像素大小以及增加該飽和電荷量(Qs)以改良敏感度。亦需要提供使用該固態成像裝置之一電子設備。
然而，在如專利文件1利用波長之長度與在深度方向上的光之吸收之特性的本發明中，有必要自該Si基板3100之表面以大致2μm的深度來形成該光二極體，該光二極體光電地轉換具有一較長波長的紅色之光。因此，相對於在該Si基板3100之表面上之一輸出端子的距離較長，因此極難完全轉移累積於該光二極體中的電荷，其可引起殘像。此外，光係自該Si基板3100之表面的方向入射並且藉由光電轉換所產生的電荷係累積於藉由數個層之井層所形成的光二極體中。在此情況下，該光二極體之末端達到該Si基板3100之表面，並且於該部分處之一pn接面的深度與於該光二極體之中心處之一pn接面的深度彼此不同。此將係混色之一因素以及在該Si基板3100之表面上產生雜訊之一因素。
需要提供一固態成像裝置及其驅動方法，其防止假色、殘像、雜訊及混色以及改良像素之一開放區域比與敏感度。亦需要提供使用該固態成像裝置之一電子設備。
依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置包括以下組態。首先，包括在一半導體基板之深度方向上形成之一埋入式光二極體。此外，包括一垂直閘極電極，其係透過一閘極絕緣膜自該半導體基板之表面至達到該光二極體之深度形成於其中形成包括於一像素中之光二極體的一光二極體區之一周邊部分處。而且，包括累積自該光二極體讀取的信號電荷之一浮動擴散區。該垂直閘極電極與該浮動擴散區組成一電荷讀出電晶體。
此處，該「光二極體區」指示當在平面中檢視形成於該半導體基板中的光二極體時的其中形成該光二極體之一區。
在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，當將用於讀取之電位施加至該垂直閘極電極時在該光二極體區中的電位梯度係改變以便朝向該浮動擴散區而變得更深。因此，累積於該光二極體中的信號電荷係沿該電位梯度來轉移。
依據本發明之另一具體實施例的一電子設備包括一光學透鏡、一固態成像裝置及一信號處理裝置，該信號處理裝置處理來自該固態成像裝置的輸出信號。首先，該固態成像裝置包括在該半導體基板之深度方向上形成之一埋入式光二極體。此外，包括一垂直閘極電極，其係透過一閘極 絕緣膜自該半導體基板之表面至達到該光二極體之深度形成於其中形成包括於一像素中之光二極體的一光二極體區之一周邊部分處。而且，包括累積自該光二極體讀取的信號電荷之一浮動擴散區。該垂直閘極電極與該浮動擴散區組成一電荷讀出電晶體。
此處，該「光二極體區」指示當在平面中檢視形成於該半導體基板中的光二極體時的其中形成該光二極體之一區。
在依據本發明之具體實施例的電子設備中，當將用於讀取之電位施加至該垂直閘極電極時在該光二極體區中的電位梯度係改變以便朝向在該固態成像裝置中之浮動擴散區而變得更深。因此，累積於該光二極體中的信號電荷係沿該電位梯度來轉移。
依據本發明之另一具體實施例的一固態成像裝置包括：複數層光二極體，其欲成為光電轉換元件並係在一半導體基板之深度方向上形成，該複數層光二極體之一垂直轉移電晶體通道方向相對於該半導體基板係垂直的；一溢位路徑，其連接欲成為該複數層光二極體之各別電荷累積區的第二導電型半導體區；以及一離子植入區，其用於調整形成於該垂直轉移電晶體之一轉移閘極部分周圍的一閘極介面。
在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，複數層光二極體係在該半導體基板之深度方向上形成，並於累積電荷之時，當該等光二極體之任一者達到該飽和電荷量 時，溢位信號電荷係透過該溢位路徑來累積於尚未飽和的光二極體中。因此，該飽和電荷量(Qs)係增加。因為用於調整該閘極介面的離子植入區係形成於該垂直轉移閘極部分周圍，故可實現其中不產生殘像以及抑制白色缺陷之發生的組態。當該離子植入區係(例如)該第二導電型半導體區時，電荷轉移效率係進一步改良，而當該區係該第一導電型半導體區時，可抑制暗電流的發生以及可抑制白色缺陷的發生。
依據本發明之另一具體實施例的一固態成像裝置包括：一光二極體，其欲成為一光電轉換元件並係埋入於一半導體基板中；一垂直轉移電晶體，其係配置於一像素之末端處並且其通道方向在複數個像素電晶體中相對於該半導體基板係垂直的；以及一離子植入區，其具有一必要導電型並且其係形成於該垂直轉移電晶體之一轉移閘極部分周圍。
在依據該具體實施例之固態成像裝置中，包括其中形成埋入於該半導體基板中欲成為光電轉換元件的一層光二極體之情況與其中形成複數層光二極體之情況兩者。在兩種情況下，該垂直轉移電晶體係配置於該像素之末端，因此可大大確保該光二極體之區域並增加該飽和電荷量(Qs)。當在該垂直轉移閘極部分周圍具有一必要導電型之離子植入區係(例如)該第二導電型半導體區時，該電荷轉移效率係進一步改良。當具有一必要導電型之離子植入區係該第一導電型半導體區時，可抑制暗電流之發生以及可抑制白 色缺陷之發生。
依據本發明之另一具體實施例的製造一固態成像裝置之一方法包括以下步驟：形成在一半導體基板之深度方向上的複數層光二極體與連接欲成為各別光二極體之電荷累積區的第二導電型半導體區之一溢位路徑；在該半導體基板之深度方向上形成一離子植入區以便觸碰該溢位路徑；在該離子植入區中形成在該半導體基板之深度方向上伸展之一溝槽部分；以及在該溝槽部分之一內壁表面中形成一閘極絕緣膜以及形成一垂直轉移電晶體之一轉移閘極電極以便埋入至該溝槽中。
在依據本發明之具體實施例的製造固態成像裝置之方法中，在形成該複數層光二極體與該溢位路徑之後，形成該離子植入區，接著形成用於將該轉移閘極電極埋入於該離子植入區中的溝槽部分。因此，可形成靠近該溝槽之內壁表面的離子植入區。此外，可形成面對該溢位路徑之垂直轉移閘極部分，從而將該離子植入區夾在其間。
依據本發明之另一具體實施例的製造一固態成像裝置之一方法包括以下步驟：在一半導體基板之深度方向上形成一離子植入區；在該離子植入區中形成在該半導體基板之深度方向上伸展之一溝槽部分；形成在一半導體基板之深度方向上的複數層光二極體與連接欲成為各別光二極體之電荷累積區的第二導電型半導體區之一溢位路徑，該溢位路徑觸碰該離子植入區；以及在該溝槽部分之一內壁表面中形成一閘極絕緣膜以及形成一垂直轉移電晶體之一轉移 閘極電極以便埋入至該溝槽中。
在依據本發明之具體實施例的製造固態成像裝置之方法中，在形成該離子植入區並形成用於將該轉移閘極電極埋入於該離子植入區中的溝槽部分之後，形成複數層光二極體與該溢位路徑。因此，可形成靠近該溝槽之內壁表面的離子植入區。此外，可形成面對該溢位路徑之垂直轉移閘極部分，從而將該離子植入區夾在其間。
依據本發明之另一具體實施例的一電子設備包括一光學透鏡、一固態成像裝置及一信號處理電路，該信號處理電路處理該固態成像裝置之輸出信號。該固態成像裝置包括：複數層光二極體，其欲成為光學轉換元件並係在該半導體基板之深度方向上形成；一垂直轉移電晶體，其通道方向相對於該半導體基板係垂直的；一離子植入區，其係形成於該垂直轉移電晶體之轉移閘極部分周圍；以及一溢位路徑，其連接欲成為該複數個光二極體之各別電荷累積區的第二型半導體區。
依據本發明之另一具體實施例的固態成像裝置包括在一半導體基板中以不同深度形成的複數個光二極體，每一者具有在一第一導電型雜質區與一第二導電雜質區之間之一接面表面。此外，包括一垂直電晶體，其具有一閘極絕緣膜、一讀取閘極電極、一轉移通道及一浮動擴散區。該電荷讀出閘極電極係透過該閘極絕緣膜自該半導體基板之表面在深度方向上形成。該轉移通道轉移自複數個光二極體讀取的信號電荷。該浮動擴散區係其中累積透過該轉移通 道轉移的信號電荷之一區。依據本發明之具體實施例的固態成像裝置進一步包括在累積電荷於該等光二極體中之時在該複數個光二極體之間及在該等光二極體與該浮動擴散區之間的一溢位路徑。
在依據該具體實施例之固態成像裝置中，於累積信號電荷之時超過一個光二極體之飽和電荷量的信號電荷係透過該溢位路徑轉移至另一光二極體或該浮動擴散區。因為包括複數個光二極體，故可增加整體飽和電荷量。此外，複數個光二極體係在該半導體基板之深度方向上形成，可減低該像素大小。
在依據本發明之另一具體實施例的一固態成像裝置之一驅動方法中，首先藉由發射光至在該半導體基板之深度方向上形成的複數個光二極體來在該等光二極體中累積信號電荷。接著，將於累積信號電荷之時超過在一個光二極體中之飽和電荷量的信號電荷透過該溢位路徑轉移至另一光二極體或該浮動擴散區。當完成信號電荷之累積時，同時將累積於複數個光二極體中的信號電荷轉移至該浮動擴散區。
在依據本發明之具體實施例的驅動方法中，於累積信號電荷之時超過一個光二極體之飽和電荷量的信號電荷係轉移至另一光二極體或該浮動擴散區。因此，改良整體光二極體之飽和電荷量並可增加動態範圍。
依據本發明之另一具體實施例之一電子設備包括一光學透鏡、一固態成像裝置及一信號處理電路。該固態成像裝 置包括在一半導體基板中以不同深度形成的複數個光二極體，每一者具有在一第一導電型雜質區與一第二導電雜質區之間之一接面表面。而且，包括一垂直電晶體，其具有一閘極絕緣膜、一讀取閘極電極、一轉移通道及一浮動擴散。該電荷讀出閘極電極係透過該閘極絕緣膜自該半導體基板之表面在深度方向上形成。該轉移通道轉移自複數個光二極體讀取的信號電荷。該浮動擴散區係其中累積透過該轉移通道轉移的信號電荷之一區。依據本發明之具體實施例的固態成像裝置進一步包括在累積電荷於該等光二極體中之時在該複數個光二極體之間及在該等光二極體與該浮動擴散區之間的一溢位路徑。
該信號處理電路處理來自該固態成像裝置的輸出信號。
在依據本發明之具體實施例的電子設備中，在該固態成像裝置中於累積信號電荷之時超過一個光二極體之飽和電荷量的信號電荷係透過該溢位路徑轉移至另一光二極體或該浮動擴散區。此外，因為提供複數個光二極體，故可增加整體飽和電荷量。
依據本發明之另一具體實施例的一固態成像裝置包括：複數個光二極體，其係在一基板之一單元像素區域中以不同深度形成；以及複數個垂直電晶體。該複數個垂直電晶體係用於讀取藉由在該複數個光二極體中之光電轉換所獲得的信號電荷之電晶體。在該複數個垂直電晶體中，其閘極部分係自該基板之一面側在深度方向上形成，以便係以對應於各別複數個光二極體之深度來形成。
在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，複數個光二極體係形成於該單元像素區域中，因此自該單元像素區域讀取複數個色彩。而且，該等垂直電晶體之閘極部分係以對應於各別複數個光二極體之深度來形成，因此目標光二極體之所有信號電荷係讀取。各別閘極部分分別具有不同閘極長度。
一電子設備包括一固態成像裝置、一光學透鏡系統及一信號處理裝置，該信號處理裝置處理該固態成像裝置之輸出信號。
特定言之，該固態成像裝置在該基板之單元像素區域中包括以不同深度形成之複數個光二極體與複數個垂直電晶體。該複數個垂直電晶體係用於讀取藉由在該複數個光二極體中之光電轉換所獲得的信號電荷之電晶體。在該複數個垂直電晶體中，其閘極部分係自該基板之一面側在深度方向上形成，以便係以對應於各別複數個光二極體之深度來形成。
在依據本發明之具體實施例的電子設備中，透過該光學透鏡系統入射至該固態成像裝置中的光係在該單元像素區域中的複數個光二極體中來光電地轉換。藉由光電轉換所獲得的信號電荷係藉由以該等光二極體之深度形成的垂直電晶體來讀取以形成影像。
依據本發明之具體實施例，可獲得其中實現該飽和電荷量(Qs)的增加與敏感度的改良之一固態成像裝置。而且，依據本發明之具體實施例，可改良該飽和電荷量(Qs)與敏 感度，因此可獲得具有更高影像品質之一電子設備。
在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置與製造該固態成像裝置之方法中，可提供其中電荷轉移效率係藉由增加在一單元像素中之飽和電荷量(Qs)而進一步改良或白色缺陷之發生係藉由抑制暗電流之產生而抑制之一固態成像裝置。
在依據本發明之具體實施例的電子設備中，包括依據本發明之具體實施例的固態成像裝置，因此可獲得其中動態範圍係改良並且具有更高影像品質的電子設備。
依據本發明之具體實施例，可獲得其中實現該飽和電荷量(Qs)的增加與敏感度的改良以及該像素大小減低較容易之一固態成像裝置。而且，依據本發明之具體實施例，可藉由使用其中可改良該飽和電荷量(Qs)與該敏感度以及可實現該像素大小減低的固態成像裝置來獲得具有更高影像品質之一電子設備。
在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置及驅動方法中，可減低假色、殘像、雜訊及混色以及可改良敏感度。此外，彩色濾光片與一低通濾波器並不必要。
在依據本發明之具體實施例的電子設備中，可獲得其中假色、殘像、雜訊及混色係減低以及敏感度係改良的影像。
在下文中，將參考圖5至圖71來說明本發明之具體實施例。
[一固態成像裝置之整體組態]
首先，將參考圖5說明應用說明如下的具體實施例1與具體實施例2之一CMOS固態成像裝置(即，一CMOS影像感測器)之整體組態。
在圖5中所示之一固態成像裝置1包括具有配置在由Si製成之一半導體基板13上的複數個像素2之一成像區域3、一垂直驅動電路4、行信號處理電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7、一控制電路8及作為該成像區域3之周邊電路的類似者。
該像素2包括作為一光電轉換元件之一光二極體與複數個MOS電晶體，並且複數個像素2係以二維陣列狀態來規則地配置在該半導體基板13上。
該成像區域3包括以二維陣列狀態規則地配置的複數個像素2。該成像區域3包括：一有效像素區域，其中實際上接收光並累積藉由光電轉換所產生的信號電荷；以及一黑色參考像素區域，其係形成於該有效像素區域周圍以用於輸出欲成為一黑色位準之一參考的光學黑色。
該控制電路8基於一垂直同步信號、一水平同步信號及一主時脈來產生一時脈信號、一控制信號及類似者以作為該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5、該水平驅動電路6及類似者之操作的參考。在該控制電路8中產生的時脈信號、控制信號及類似者係輸入至該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5及該水平驅動電路6及類似者。
該垂直驅動電路4包括(例如)一移位暫存器，從而在垂 直方向上循序地按列來選擇性地掃描在該成像區域3中之各別像素2。接著，基於依據在各別像素2之光二極體中的光接收量所產生的信號電荷之像素信號係透過垂直信號線來供應至該行信號處理電路5。
該行信號處理電路5係配置於(例如)像素2之各別行處，從而使用來自一黑色參考像素區域(形成於該有效像素區域周圍，不過未顯示)之一信號按像素行來對自一列之像素2輸出的信號實行諸如雜訊移除之信號處理或信號放大。水平選擇開關(未顯示)係提供於在該等電路5與一水平信號線90之間的行信號處理電路5之輸出級處。
該水平驅動電路6包括(例如)一移位暫存器，從而藉由循序輸出水平掃描脈衝來循序選擇各別行信號處理電路5以藉此允許各別行信號處理電路5輸出像素信號至該水平信號線90。
該輸出電路7對透過該水平信號線90自個別行信號處理電路5循序供應的信號實行信號處理並輸出該等信號。
在說明如下的具體實施例1至56中之固態成像裝置係包括於在圖5中所示的固態成像裝置1中，其中特別顯示在有效成像區域中的像素之斷面組態。
具體實施例1 [包括兩個垂直閘極電極之範例]
圖6顯示依據本發明之具體實施例1的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖7顯示沿圖6之A-A線截取的示意斷面組態。圖6與圖7係包括於一個像素中之一相關部分的平面 圖與斷面圖。如在圖6與圖7中所示，該固態成像裝置包括形成於一半導體基板13中之一光二極體PD與一電荷讀出電晶體Tr。該電荷讀出電晶體Tr包括：兩個垂直閘極電極12a、12b，其係形成於該光二極體PD之一周邊部分中；以及一浮動擴散區11，其係形成於朝向一外部區的一光二極體區60之一邊角部分處。在本具體實施例中，將說明其中一第一導電型係一p型而一第二導電型係一n型的情況。
該半導體基板13係由一p型矽基板製成。
該光二極體PD包括自該半導體基板13之背側至表面側循序形成於該半導體基板13中之一n型雜質區(n區)14、一n型高濃度雜質區(n+區)15及一p型高濃度雜質區(p+區)16。該光二極體PD主要係藉由一pn接面「j」形成，該pn接面係在該p+區16與該n+區15之間之一接合表面。在該具體實施例中，該光二極體PD係形成於如在圖6中所示當自前面觀看時具有一大致正方形形狀的一光二極體區60中，而該光二極體區60係藉由由該p型半導體基板13製成之一像素隔離區10而與相鄰像素劃分開。在該具體實施例中，該光二極體區60具有正方形形狀，但其並不限於該正方形形狀並可應用諸如一矩形形狀或一多角形形狀的各種形狀。為方便起見，在該具體實施例中，使該光二極體區60成為正方形形狀。
在圖6中所示之平面圖中，在該像素隔離區10中其中形成該光二極體PD之一區係顯示為該光二極體區60。
該兩個垂直閘極電極12a、12b係沿形成該光二極體區60 之一邊角部分的兩個邊緣分別形成於該光二極體區60之一外周邊部分處。即，該等電極係分別沿在平面圖中具有一多角形形狀(在圖6中係正方形形狀)的光二極體區60之兩個相鄰邊緣來形成。該等垂直閘極電極12a、12b之一斷面形狀係一矩形形狀，並且該等電極係配置以使得在該斷面形狀中之長軸方向係平行於其中形成該垂直閘極電極12a、12b的光二極體區60之邊緣。此外，該等垂直閘極電極12a、12b係藉由自該半導體基板13之表面埋入於該半導體基板13中至其中該等電極透過一閘極絕緣膜18觸碰形成於該半導體基板13中的光二極體PD之pn接面「j」的深度。於對應於包括該等垂直閘極電極12a、12b之一下部部分的一下部周邊部分之一部分處，雜質濃度低於該p+區16之一p型低濃度雜質區(p-區)17係形成於包括於該光二極體PD中的n+區15與該閘極絕緣膜18之間。在包括於該光二極體PD中的p+區16中，接近該閘極絕緣膜18之一部分亦係形成為該p型低濃度雜質區(p-區)17。
該浮動擴散區11係自與該等垂直閘極電極12a、12b相鄰的光二極體區60之邊角部分朝向該光二極體區60之外部在該半導體基板13之表面側上之一區域處由一n型高濃度雜質區(n+)製成。該浮動擴散區11係在該兩個垂直閘極電極12a、12b之間共用。在該具體實施例中，該浮動擴散區11係形成以便透過該閘極絕緣膜18觸碰該等垂直閘極電極12a、12b。
透過該閘極絕緣膜18形成於該半導體基板13中的兩個垂 直閘極電極12a、12b與該浮動擴散區11組成一電荷讀出轉移電晶體Tr。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的諸如一重設電晶體、一放大電晶體、一選擇電晶體及類似者之所需MOS電晶體係形成於該半導體基板13之光二極體區60的附近，該等MOS電晶體在圖6中未顯示。在該半導體基板13之表面側上，用於驅動此等MOS電晶體的複數層佈線層係透過一層間絕緣膜來形成。
該具體實施例之固態成像裝置可用作自該半導體基板13之表面側照射光的一前照式固態成像裝置或可用作自該半導體基板13之背側照射光的一背照式固態成像裝置。
在該前照式類型的情況下，光係透過晶片上透鏡、彩色濾光片膜及類似者自該半導體基板13之表面側入射，而在該背照式類型的情況下，光係透過晶片上透鏡、彩色濾光片膜及類似者自該半導體基板13之背側入射。
[驅動方法]
將說明具有以上組態的在該具體實施例中之固態成像裝置之一驅動方法。
首先，自在該固態成像裝置中其中形成該晶片上透鏡之側照射一光「L」。接著，使藉由該晶片上透鏡聚集的光入射在該半導體基板13中之光二極體PD上。
接著，在該n區14與該pn接面部分「J」部分中光電地轉換入射在該光二極體PD上的光，並在該光二極體PD中產生信號電荷。該等產生的信號電荷係累積於在該n+區15中 形成之一電位井中。在該具體實施例之固態成像裝置中，於累積信號電荷之時施加負電壓至該等垂直閘極電極12a、12b。因為在該具體實施例中該p-區17係接近該等垂直閘極電極12a、12b之底部部分與該閘極絕緣膜18形成，故電洞係透過該閘極絕緣膜18釘住於該等垂直閘極電極12a、12b之底部部分處。其中電洞係釘住的電洞釘扎以此方式發生，藉此於累積信號電荷之時關閉自該等垂直閘極電極12a、12b之底部部分與該閘極絕緣膜18進入至該p-區17中的暗電流雜訊。因此，可減低達到該光二極體PD的暗電流。
在累積信號電荷之後，施加正電壓至該等垂直閘極電極12a、12b。此處，施加相同電位至該兩個垂直閘極電極12a、12b。在圖8中，當用於讀取信號電荷之電位係施加至該兩個垂直閘極電極12a、12b時在該光二極體區60中產生的電位係藉由等高線來顯示。如在圖8中所示，當將用於讀取信號電荷之電位施加至該兩個垂直閘極電極12a、12b時，電位朝向藉由該等垂直閘極電極12a、12b形成的光二極體區60之邊角部分而變得更深，如藉由一箭頭R1所示。在該具體實施例中，該浮動擴散區11係自藉由該等垂直閘極電極12a、12b形成的光二極體區60之邊角部分朝向該光二極體區60之外部區來形成。因此，電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12a、12b來形成於該光二極體區60中，並且累積的信號電荷係沿該電位梯度在藉由圖6與圖7中之箭頭R1所示的方向上轉移。因此，將信號電 荷讀取至該浮動擴散區11。
藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12a、12b由於施加至該等垂直閘極電極12a、12b之位置的電位之效應所致，在該光二極體區60中的電位朝向其中形成該等垂直閘極電極12a、12b而變得更深。在該具體實施例中，該等垂直閘極電極12a、12b分別係沿形成該光二極體區60之一邊角部分的外周邊部分之兩個邊緣來形成，因此藉由該等垂直閘極電極12a、12b夾住的部分尤其變得較深。該浮動擴散區11係形成於其中該電位變得較深之位置處，因此累積於該光二極體PD中的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11以便係沿一電位谷讀取。
因此，在該具體實施例中，可藉由該電荷讀出電晶體Tr藉由改變在該光二極體區60中的電位梯度來讀取信號電荷，因此信號電荷不僅係透過先前技術中之轉移通道來讀取。因此，可轉移信號電荷而不受於該等垂直閘極電極12a、12b之側表面處產生的缺陷所影響。因此，可抑制信號電荷的轉移失敗與暗電流的產生。
因此，該等垂直閘極電極12a、12b係形成於該光二極體區60之外周邊部分處，因此與其中如在先前技術中該垂直閘極電極係形成於該光二極體PD之中心處的情況相比較，可減低該等垂直閘極電極12a、12b及其周邊的區域之飽和電荷量(Qs)的損失。即，可減低於其中每單位面積之電容通常較高的光二極體PD之中心部分處的飽和電荷量(Qs)之損失。據此，可改良該飽和電荷量(Qs)與敏感度。
具體實施例2 [包括兩個垂直閘極電極之範例]
圖9顯示依據本發明之具體實施例2的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖10顯示沿B-B線截取的斷面組態。本具體實施例在其中形成該浮動擴散區11之一位置上不同於該具體實施例1。在圖9與圖10中，針對對應於圖6與圖7之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係自藉由該等垂直閘極電極12a、12b夾住的光二極體區60之邊角部分朝向該光二極體區60之內部而形成在該半導體基板13之表面側上。該浮動擴散區11係在該兩個垂直閘極電極12a、12b之間共用。在該具體實施例中，該浮動擴散區11係形成以便透過該閘極絕緣膜18觸碰該等垂直閘極電極12a、12b。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係在藉由該箭頭R1所示之方向上沿藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12a、12b所製成的在該光二極體區60中之電位梯度來轉移。因此，該等信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。
而且，依據該具體實施例之固態成像裝置，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，因此可實現像素大小的減低。
具體實施例3 [包括兩個垂直閘極電極與一平面閘極電極的範例]
圖11顯示依據本發明之具體實施例3的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖12顯示沿圖11之C-C線截取的斷面組態。在圖11與圖12中，針對對應於圖6與圖7之部分給出相同符號並省略重複說明。
在本具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一平面閘極電極19、該等垂直閘極電極12a、12b及該浮動擴散區11。
該兩個垂直閘極電極12a、12b係沿形成該光二極體區60之一邊角部分的兩個邊緣分別形成於該光二極體區60之一外周邊部分處。在定位於藉由該等垂直閘極電極12a、12b夾住的光二極體區60之邊角部分處的半導體基板13之上部表面上，形成與該等垂直閘極電極12a、12b成整體地形成的平面閘極電極19。該平面閘極電極19係透過該閘極絕緣膜18形成在該半導體基板13之一表面上。與該等垂直閘極電極12a、12b相同的電位係施加至該平面閘極電極19。
在該具體實施例中，該浮動擴散區11係形成於在該半導體基板13之表面側上的在該光二極體區60外部之一區處，該區係觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13之一區。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12a、12b與該平面閘極電極19所製成的電位梯度來轉移並係讀取至該浮動擴散區11。
在圖13中，當用於讀取信號電荷之電位係施加至該兩個垂直閘極電極12a、12b與該平面閘極電極19時產生的在該光二極體區60中之電位係藉由等高線來顯示。如在圖13中所示，當用於讀取信號之電位係施加至該兩個垂直閘極電極12a、12b與該平面閘極電極19時，該電位朝向藉由該等垂直閘極電極12a、12b與該平面閘極電極19形成之一邊角部分區而變得更深。
當比較在具體實施例1中所示之圖8時，朝向藉由該等垂直閘極電極12a、12b夾住的邊角部分而更深的梯度但在圖8中係於該邊角部分處製成，電位梯度係製成以便在藉由一箭頭R2所示之方向上更深。
在圖8中所示之光二極體區60中的邊角部分處在藉由該箭頭R2所示之方向上的電位梯度可能引起信號電荷之轉移損失。另一方面，在本具體實施例中，如在圖13中所示該電位於藉由該等垂直閘極電極12a、12b夾住的邊角部分處並不變得較淺並且在其中該電位變得更深之方向上來製成一梯度。簡言之，如在圖8中所示的箭頭R2之梯度並不存在。此係因為該平面閘極電極19之效應。即，該平面閘極電極19係與該等垂直閘極電極12a、12b一起使用，藉此自該光二極體區60之內部朝向該浮動擴散區11更有效地形成該電位梯度。因此，可抑制信號電荷之轉移損失的發生。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例4 [包括兩個垂直閘極電極與一平面閘極電極的範例]
圖14顯示依據本發明之具體實施例4的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖15顯示沿圖14之D-D線截取的斷面組態。在圖14與圖15中，針對對應於圖11與圖12之部分給出相同符號並省略重複說明。該具體實施例在該浮動擴散區11之一位置上不同於該具體實施例3。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係形成於在該半導體基板13之表面側上的在該光二極體區60內部之一區處，該區係觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13之一區。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中藉由該箭頭R1所示之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12a、12b所製成。該等轉移信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
具體實施例5 [包括在一平面閘極電極之下的一垂直閘極電極之範例]
圖16顯示依據本發明之具體實施例5的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖17顯示沿圖16之E-E線截取的斷面組態。在圖16與圖17中，針對對應於圖11與圖12之部分給 出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該平面閘極電極19、該垂直閘極電極12及該浮動擴散區11。
該平面閘極電極19係透過該閘極絕緣膜18於該光二極體區60之一邊角部分處形成在該半導體基板13上。與該平面閘極電極19成整體地形成的垂直閘極電極12係形成於該平面閘極電極19之下。該垂直閘極電極12係形成以便透過該閘極絕緣膜18觸碰形成於該半導體基板13內部的光二極體PD之pn接面「j」。該垂直閘極電極12具有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面係形成以具有不足以覆蓋形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之整體下部表面的大小。
在該具體實施例中，該浮動擴散區11係形成於在該半導體基板13之表面側上的在該光二極體區60外部之一區處，該區係觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13之一區。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中藉由該箭頭R1所示之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12所製成。因此，該等信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極19之整體下部表面的大小。因此，信號電荷透過該光二極體區60之 電位梯度至該浮動擴散區11的轉移並不藉由該垂直閘極電極12中斷。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例6 [包括在一平面閘極電極之下的一垂直閘極電極之範例]
圖18顯示依據本發明之具體實施例6的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖19顯示沿圖18之F-F線截取的斷面組態。在圖18與圖19中，針對對應於圖16、圖17之部分給出相同符號並省略重複說明。
該具體實施例在該浮動擴散區11之一位置上不同於具體實施例5。
在該具體實施例中，該浮動擴散區11係形成於在該半導體基板13之表面側上的在該光二極體區60內部之一區處，該區係觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13之一區。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中藉由該箭頭R1所示之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12所製成。因此，該等信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極19之整體下部表面的大小。因此，信號電荷透過該光二極體區60之電位梯度至該浮動擴散區11的轉移並不藉由該垂直閘極電 極12中斷。
而且，在該具體實施例中的固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在該具體實施例中之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
具體實施例7 [包括一個垂直閘極電極之範例]
圖20顯示依據本發明之具體實施例7的一固態成像裝置之示意平面組態。沿在圖20中之A-A線截取之一斷面組態與圖7相同。在圖20中，針對對應於圖6之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該垂直閘極電極12a與該浮動擴散區11。沿該光二極體區60之一外周邊部分的一個邊緣形成一個垂直閘極電極12a。該垂直閘極電極12a亦係形成至其中該電極12a透過該閘極絕緣膜18觸碰形成於該半導體基板13內部的光二極體PD之pn接面「j」的深度。
該浮動擴散區11係自與該垂直閘極電極12a相鄰的光二極體區60之邊角部分朝向外部形成在該半導體基板13之表面側上。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12a所製成。接著，該等轉移的信號電荷因此係讀取 至該浮動擴散區11。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例8 [包括一個垂直閘極電極之範例]
圖21顯示依據本發明之具體實施例8的一固態成像裝置之示意平面組態。沿在圖21中之B-B線截取之一斷面組態與圖10相同。在圖21中，針對對應於圖9之部分給出相同符號並省略重複說明。
該具體實施例在該浮動擴散區11之一位置上不同於具體實施例7。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係形成於與該垂直閘極電極12a相鄰的在該半導體基板13之表面側上的光二極體區60內部。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12a所製成。接著，該等轉移的信號電荷因此係讀取至該浮動擴散區11。
而且，在該具體實施例中的固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
具體實施例9 [包括一個垂直閘極電極與一個平面閘極電極之範例]
圖22顯示依據本發明之具體實施例9的一固態成像裝置之示意平面組態。沿在圖22中之C-C線截取之一斷面組態與圖12相同。在圖22中，針對對應於圖11之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該垂直閘極電極12a、該平面閘極電極19及該浮動擴散區11。
首先，一個垂直閘極電極12a係沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成。該垂直閘極電極12a亦係形成至其中該電極12a透過該閘極絕緣膜18觸碰形成於該半導體基板13內部的光二極體PD之pn接面「j」的深度。
該平面閘極電極19係與該垂直閘極電極12a成整體地形成於透過閘極絕緣膜18觸碰該垂直閘極電極12a的於該光二極體區60之邊角部分處的半導體基板13上。
該浮動擴散區11係形成於在該半導體基板13之表面側上的在該光二極體區60內部之一區處，該區係觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13之一區。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12a與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。
而且，在該固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相 同的優點。此外，該平面閘極電極19係與該垂直閘極電極12a一起使用，藉此自該光二極體區60之內部朝向該浮動擴散區11更有效地形成該電位梯度。因此，可抑制信號電荷之轉移損失的發生。
具體實施例10 [包括一個垂直閘極電極與一個平面閘極電極之範例]
圖23顯示依據本發明之具體實施例10的一固態成像裝置之示意平面組態。沿在圖23中之D-D線截取之一斷面組態與圖15相同。在圖23中，針對對應於圖14之部分給出相同符號並省略重複說明。
該具體實施例在該浮動擴散區11之一位置上不同於具體實施例9。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係形成於在該半導體基板13之表面側上的在該光二極體區60外部之一區處，該區係觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13之一區。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12a與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。
而且，在該固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低 該像素大小。
具體實施例11 [包括延伸至兩個邊緣之一垂直閘極電極及一平面閘極電極之範例]
圖24顯示依據本發明之具體實施例11的一固態成像裝置之示意平面組態。沿在圖24中之F-F線截取之一斷面組態與圖19相同。在圖24中，針對對應於圖18之部分給出相同符號並省略重複說明。
包括於該具體實施例之固態成像裝置的一個像素中之電荷讀出電晶體Tr包括一垂直閘極電極12c、該平面閘極電極19及該浮動擴散區11。
首先，該垂直閘極電極12c係於該光二極體區60之外周邊部分處形成從而延伸至彼此相鄰的兩個邊緣。該垂直閘極電極12c係自該半導體基板13之表面形成至其中該電極12c透過該閘極絕緣膜18觸碰在該半導體基板13中的光二極體PD之pn接面「j」的深度。
該平面閘極電極19係於其中形成該垂直閘極電極12c的光二極體區60之邊角部分之區處與該垂直閘極電極12c成整體地形成。
該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60中與該平面閘極電極19相鄰的半導體基板之表面側上。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電 極12c所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該等信號電荷係透過形成於該光二極體區60內部的電位梯度轉移，故該浮動擴散區11有必要形成於其中信號電荷之轉移不藉由該垂直閘極電極12c中斷之一位置處。在該具體實施例中，該浮動擴散區11係相對於該垂直閘極電極12c形成於其中累積信號電荷的光二極體區60中，因此信號電荷之轉移並不藉由該垂直閘極電極12c中斷。
而且，在該固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
具體實施例12 [包括延伸至一個邊緣以及一邊角部分之一垂直閘極電極及一平面閘極電極之範例]
圖25顯示依據本發明之具體實施例12的一固態成像裝置之示意平面組態。沿在圖25中之F-F線截取之一斷面組態與圖19相同。在圖25中，針對對應於圖24之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一垂直閘極電極12d、該平面閘極電極19及該浮動擴散區11。
首先，該垂直閘極電極12d係形成從而延伸至該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣及與該邊緣相鄰的光二極 體區60之邊角部分。該垂直閘極電極12d係自該半導體基板13之表面形成至其中該電極12d透過該閘極絕緣膜18觸碰形成於該半導體基板13中的光二極體PD之pn接面「j」的深度。
該平面閘極電極19係於其中形成該垂直閘極電極12d的光二極體區60之邊角區處與該垂直閘極電極12d成整體地形成。
該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60中與該垂直閘極電極12d相鄰的半導體基板13之表面側上。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12d所製成。因此，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例之固態成像裝置中，該垂直閘極電極12d係形成從而延伸至該光二極體區60之外周邊部分的兩個邊緣。因為在該具體實施例中該等信號電荷係藉由形成於該光二極體區60中的電位梯度轉移，故該浮動擴散區11係形成於其中信號電荷之轉移不藉由該垂直閘極電極12d中斷之一位置處。即，在該具體實施例中，該浮動擴散區11係相對於該垂直閘極電極12d形成於其中累積信號電荷之側的光二極體區60內部，因此信號電荷之轉移並不藉由該垂直閘極電極12d中斷。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在依據本發明之具體 實施例的固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
在上面說明的具體實施例1至12中，已說明一個像素之組態。依據本發明之具體實施例的電荷讀出電晶體Tr可在相鄰像素之中共用包括於該電荷讀出電晶體Tr中的垂直閘極電極、平面閘極電極或浮動擴散區。將說明相對於該光二極體區的電荷讀出電晶體Tr之布局範例同時顯示相鄰四個像素如下。在具體實施例之以下說明中，將僅顯示在該固態成像裝置之像素部分中的平面組態並省略斷面組態，但該等斷面組態對應於在依據具體實施例1至12的固態成像裝置中之斷面組態。因此，該光二極體區係界定為其中形成於該半導體基板中的光二極體係形成之一區，其雖然未顯示但可在平面圖中看出。該垂直閘極電極係界定為自該半導體基板之表面形成至其中該電極透過該閘極絕緣膜達到形成於該半導體基板中的光二極體之pn接面的深度。該平面閘極電極係界定為透過該閘極絕緣膜形成在該半導體基板上之一閘極電極。
具體實施例13 [其中一平面閘極電極與一浮動擴散區係在相鄰像素之中共用之範例]
圖26顯示依據本發明之具體實施例13的一固態成像裝置之示意平面組態。圖26係包括於相鄰四個像素中之一相關部分的平面圖，其顯示其中相鄰像素係在垂直方向或水平方向上偏移以便成為一所謂的蜂巢像素配置之一範例。在 圖26中，針對對應於上面的圖式之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一平面閘極電極23、與該平面閘極電極23成整體地形成之垂直閘極電極12及一浮動擴散區21。
該平面閘極電極23係形成於延伸至該光二極體區60之周邊部分的一個邊緣及與該邊緣相鄰的光二極體區60之一邊角部分之一區處以便平行於該邊緣與該邊角。在該平面閘極電極23之下的光二極體區60之邊角部分之一位置處，形成與該平面閘極電極23成整體地形成的垂直閘極電極12。該垂直閘極電極12具有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面係形成以具有不足以覆蓋形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極23之整體下部表面的大小。
該浮動擴散區21係形成於該光二極體區60外部，該浮動擴散區係與在該平面閘極電極23之下的半導體基板相鄰之一區。
在該具體實施例之固態成像裝置中，沿該光二極體區60之周邊部分的一個邊緣形成的平面閘極電極23係在一傾斜方向上相鄰的像素之間分別共用。此外，形成於該光二極體區60外部的浮動擴散區21係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位 梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區21。在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成的平面閘極電極23係在傾斜方向上相鄰的兩個像素之間共用。因此，累積於兩個像素之光二極體區60中的信號電荷係同時轉移。此外，在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極23之整體下部表面的大小。因此，信號電荷藉由在該光二極體區60中之電位梯度至該浮動擴散區21的轉移並不藉由該垂直閘極電極12中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極23與該浮動擴散區21係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例14 [其中一平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖27顯示依據本發明之具體實施例14的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖27中，針對對應於圖26之部分給出相同符號並省略重複說明。
該具體實施例在該浮動擴散區之一組態上不同於具體實施例13。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係形成於在該光二極體區60內部的在該半導體基板13之表面 側上之一區處，該區係與在該平面閘極電極23之下的半導體基板13相鄰。即，該浮動擴散區11並不在相鄰像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例之固態成像裝置中，沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成之平面閘極電極23係在傾斜方向上相鄰的兩個像素之間共用，因此累積於兩個像素之光二極體區60中的信號電荷係同時轉移。
在該具體實施例中，該平面閘極電極23係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例15 [其中兩個平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖28顯示依據本發明之具體實施例15的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖28中，針對對應於圖27之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例中，在具體實施例14中形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極係在相鄰像素之間共用。
在該具體實施例之固態成像裝置中，形成於該光二極體區60之邊角部分處之一平面閘極電極25係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。在該具體實施例中，該平面閘極電極25係在傾斜方向上相鄰的像素之間以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，正電壓係施加至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極25，藉此在圖28中所示的四個像素之信號電荷係同時轉移。接著，該等信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該平面閘極電極25係在傾斜方向上相鄰的像素之間以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。此外，因為在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
具體實施例16 [其中一平面閘極電極與一垂直閘極電極係在兩個像素之間共用之範例]
圖29顯示依據本發明之具體實施例16的一固態成像裝置 之示意平面組態。在圖29中，針對對應於圖28之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例中，在具體實施例15中的垂直閘極電極係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
在該具體實施例之固態成像裝置中，一垂直閘極電極26係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。即，在該具體實施例中的垂直閘極電極26係形成以在斷面中具有一矩形形狀以便延伸至相鄰像素。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極26所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該平面閘極電極25係在傾斜方向上相鄰的像素之間以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，正電壓係施加至該等垂直閘極電極26與該平面閘極電極23，藉此在圖29中所示的四個像素之信號電荷係同時轉移。接著，該等信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該平面閘極電極25係在垂直方向上以及在傾斜方向上相鄰的兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具 體實施例1相同的優點。
具體實施例17 [其中一垂直閘極電極與一浮動擴散區係在兩個像素之間共用之範例]
圖30顯示依據本發明之具體實施例17的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖30中，針對對應於圖6之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括垂直閘極電極12b、27與該浮動擴散區21。
該兩個垂直閘極電極12b、27係形成於每一光二極體區60之外周邊部分處，該兩個垂直閘極電極形成該光二極體區60之一個邊角部分。接著，該兩個垂直閘極電極12b、27之一個垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。欲共用的垂直閘極電極27係配置以使得彼此相對的電極27之側表面係允許分別面對不同光二極體區60。
該浮動擴散區21係形成於與該等垂直閘極電極12b、27相鄰的在半導體基板13之表面側上的光二極體區60之外部。該浮動擴散區21係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12b、27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀 取至該浮動擴散區21。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，正電壓係同時施加至包括於一個像素中的兩個垂直閘極電極12b、27，藉此轉移在圖30中所示的在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷。接著，該等信號電荷係讀取至各別浮動擴散區21。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27與該浮動擴散區21係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例18 [其中一垂直閘極電極係在兩個像素之間共用之範例]
圖31顯示依據本發明之具體實施例18的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖31中，針對對應於圖30之部分給出相同符號並省略重複說明。該具體實施例在該浮動擴散區之一組態上不同於具體實施例17。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素之電荷讀出電晶體Tr中的浮動擴散區11係與該等垂直閘極電極12b、27相鄰形成於該光二極體區60內部。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12b、27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電 極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，正電壓係同時施加至包括於一個像素中的兩個垂直閘極電極12b、27，藉此在圖31中所示的在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係同時轉移。接著，該等信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例19 [其中一垂直閘極電極與一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖32顯示依據本發明之具體實施例19的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖32中，針對對應於圖11之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括垂直閘極電極12b、27、平面閘極電極29與該浮動擴散區21。
該等垂直閘極電極12b、27係沿形成該光二極體區60的一個邊角部分之兩個邊緣分別形成於該光二極體區60之外周邊部分處。在定位於藉由該等垂直閘極電極12b、27夾住的光二極體區60之邊角部分處的半導體基板13之上部表 面上，形成與該等垂直電極12b、27成整體地形成的平面閘極電極29。該兩個垂直閘極電極12b、27之一個垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。
該浮動擴散區21係形成於與該等垂直閘極電極12b、27相鄰的在半導體基板13之表面側上的光二極體區60外部。接著，該浮動擴散區21係在垂直方向上相鄰的兩個像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12b、27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區21。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，正電壓係同時施加至包括於一個像素中的兩個垂直閘極電極12b、27，藉此在圖32中所示的在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係同時轉移。接著，該等信號電荷係讀取至各別浮動擴散區21。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27與該浮動擴散區21係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例20 [其中一垂直閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖33顯示依據本發明之具體實施例20的一固態成像裝置 之示意平面組態。在圖33中，針對對應於圖32之部分給出相同符號並省略重複說明。
該具體實施例在該浮動擴散區之一組態上不同於具體實施例19。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素之電荷讀出電晶體Tr中的浮動擴散區11係與該等垂直閘極電極12b、27相鄰形成於該光二極體區60內部。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12b、27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，正電壓係同時施加至包括於一個像素中的兩個垂直閘極電極12b、27，藉此在圖33中所示的在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係同時轉移。接著，該等信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置內部該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例21 [其中一垂直閘極電極與一平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖34顯示依據本發明之具體實施例21的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖34中，針對對應於圖33之部分給出相同符號並省略重複說明。
該具體實施例之固態成像裝置在該平面閘極電極之一組態上不同於具體實施例20。
在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置中，包括於一個像素之電荷讀出電晶體Tr中之一平面閘極電極30係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12b、27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極30係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。此外，正電壓係同時施加至包括於一個像素中的垂直閘極電極12b、27與平面閘極電極30，藉此同時轉移在圖34中所示的四個像素之信號電荷。接著，累積於各別光二極體區中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27與該平面閘極電極30係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散 區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例22 [包括延伸至兩個邊緣之一垂直閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖35顯示依據本發明之具體實施例22的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖35中，針對對應於圖33之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一垂直閘極電極31與該浮動擴散區11。
包括於一個像素中的垂直閘極電極31係於該光二極體區60之外周邊部分處形成從而延伸至相鄰兩個邊緣。對應於在該光二極體區60之外周邊部分處形成從而延伸至相鄰兩個邊緣的垂直閘極電極31之一個邊緣的一部分係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。
該平面閘極電極19係於其中形成該垂直閘極電極31的光二極體區60之邊角部分處與該垂直閘極電極31成整體地形成。
該浮動擴散區11係與該垂直閘極電極相鄰形成於該光二極體區內部。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該 光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極31所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極31係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，在傾斜方向上相鄰的在圖35中所示之兩個像素的信號電荷係同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極31係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例23 [其中延伸至兩個邊緣之一垂直閘極電極與一平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖36顯示依據本發明之具體實施例23的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖36中，針對對應於圖35之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該平面閘極電極之一組態上不同於具體實施例22。
該具體實施例之一平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極31所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極31係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖36中所示的四個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極31來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極31與該平面閘極電極32係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例24 [其中延伸至兩個邊緣之一垂直閘極電極係在兩個像素之間共用之範例]
圖37顯示依據本發明之具體實施例24的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖37中，針對對應於圖36之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例23。
該具體實施例之一垂直閘極電極33係於該光二極體區60之外周邊部分處成整體地形成從而延伸至相鄰兩個邊緣以及延伸至在垂直方向上相鄰的像素。對應於在該光二極體區60之外周邊部分處形成從而延伸至相鄰兩個邊緣的垂直閘極電極31之一個邊緣的一部分係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。此外，在該垂直閘極電極33中的形成從而延伸至在垂直方向上相鄰的像素之一部分係形成於該平面閘極電極32之下，該部分係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極33所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極33係在傾斜方向上相鄰的像素以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖37中所示的四個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極33與該平面閘極電極32來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極33與該平面閘極電極32係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例25 [其中一垂直閘極電極與一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖38顯示依據本發明之具體實施例25的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖38中，針對對應於圖30之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該垂直閘極電極27與該浮動擴散區21。
包括於一個像素中的一個垂直閘極電極27係沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成。該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。
包括於一個像素中的浮動擴散區21係形成於與該垂直閘極電極27相鄰的在半導體基板13之表面側上的光二極體區60外部。該浮動擴散區21係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區21。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，在傾斜方向上相 鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區21。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27與該浮動擴散區21係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例26 [其中一垂直閘極電極與一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖39顯示依據本發明之具體實施例26的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖39中，針對對應於圖22之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該平面閘極電極19、與該平面閘極電極19成整體地形成之垂直閘極電極27及該浮動擴散區21。
首先，一個垂直閘極電極27係沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成。該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。
該平面閘極電極19係形成於與該垂直閘極電極27相鄰的光二極體區60之邊角部分處，該平面閘極電極係與該垂直閘極電極27成整體地形成。
該浮動擴散區21係形成於在該光二極體區60外部之一區 處以便觸碰在該平面閘極電極19之下的半導體基板13。該浮動擴散區21係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區21。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區21。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極17與該浮動擴散區21係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例27 [其中一垂直閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖40顯示依據本發明之具體實施例27的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖40中，針對對應於圖39之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該浮動擴散區之一組態上不同於具體實施例26。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部以便觸碰在該平面閘極電極19 之下的半導體基板13。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27所製成的在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，並係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例28 [其中一垂直閘極電極與一平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖41顯示依據本發明之具體實施例28的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖41中，針對對應於圖40之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該平面閘極電極之一組態上不同於具體實施例27。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該平面閘極電極32 係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27與該平面閘極電極32所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極27係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖41中所示的四個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極27與該平面閘極電極32來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極27與該平面閘極電極32係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例29 [其中一垂直閘極電極與一平面閘極電極係在相鄰像素之中共用之範例]
圖42顯示依據本發明之具體實施例29的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖42中，針對對應於圖41之部分給出 相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例28。
在該具體實施例中，一垂直閘極電極37係形成以在傾斜方向上相鄰的像素之間以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用，該垂直閘極電極係成整體地形成從而延伸至在傾斜方向上相鄰的像素以及在垂直方向上相鄰的像素。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極37與該平面閘極電極32所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極37係在傾斜方向上相鄰的像素以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖42中所示的四個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極37與該平面閘極電極32來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極37與該平面閘極電極32係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例30 [其中一垂直閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖43顯示依據本發明之具體實施例30的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖43中，針對對應於圖25之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一垂直閘極電極39、該平面閘極電極19及該浮動擴散區11。
包括於一個像素中的垂直閘極電極39係沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成以便延伸至該邊緣及與該邊緣相鄰的光二極體區60之一邊角部分。接著，沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成的垂直閘極電極39係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。
該平面閘極電極19係於其中形成該垂直閘極電極39的光二極體區60之邊角部分之一區處與該垂直閘極電極39成整體地形成。
該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60中，該浮動擴散區與該垂直閘極電極39相鄰。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極39所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極39係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖43中所示的 在傾斜方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極39係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例31 [其中一垂直電極與一平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖44顯示依據本發明之具體實施例31的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖44中，針對對應於圖43之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例之部分在該平面閘極電極之一組態上不同於具體實施例30。
在該具體實施例中，該平面閘極電極32係形成以連接於在垂直方向上相鄰的像素之間。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極39所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極39係在 傾斜方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖44中所示的四個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極39與該平面閘極電極32來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極39與該平面閘極電極32係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例32 [其中一垂直閘極電極與一平面閘極電極係在相鄰像素之中共用之範例]
圖45顯示依據本發明之具體實施例32的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖45中，針對對應於圖44之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例之部分在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例31。
在該具體實施例中，一垂直閘極電極41係沿該光二極體區60之外周邊部分的一個邊緣形成以便延伸至該邊緣及與該邊緣相鄰的光二極體區60之邊角部分。沿該光二極體區 60之外周邊部分的一個邊緣形成的垂直閘極電極41係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用，該垂直閘極電極係形成從而延伸至在垂直方向上相鄰的像素。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極41所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極41係在傾斜方向上相鄰的像素之間以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用。此外，該平面閘極電極32係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在圖45中所示的四個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極41來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
該垂直閘極電極41係在傾斜方向上相鄰的像素之間共用。因此，藉由施加正電壓至該垂直閘極電極41，在圖45中所示的四個像素之信號電荷係同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極41與該平面閘極電極32係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60中，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具 體實施例1相同的優點。
具體實施例33 [其中一垂直閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖46顯示依據本發明之具體實施例33的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖46中，針對對應於圖22之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一垂直閘極電極42與該浮動擴散區11。
該垂直閘極電極42係形成於該光二極體區60之外周邊部分處，該垂直閘極電極係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60與該垂直閘極電極42之間。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極42所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，形成於該光二極體區60之外周邊部分處的垂直閘極電極42係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。因此，在垂直方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極42來同時轉移。接著，累積於光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極42係在兩個像素之 間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置中該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，故可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例34 [其中一平面閘極電極與一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖47顯示依據本發明之具體實施例34的一固態成像裝置之示意平面組態。圖47係包括相鄰四個像素之一相關部分的平面圖，其顯示一所謂的四角形像素配置之一範例，其中像素係在水平方向上與在垂直方向上正交地配置。即，圖47顯示四個像素之一區，即在水平方向上配置兩個像素並在垂直方向上配置兩個像素。在圖47中，針對對應於圖16之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括一平面閘極電極44、與該平面閘極電極44成整體地形成之垂直閘極電極12及一浮動擴散區43。
該平面閘極電極44係形成於該光二極體區60之邊角部分處。該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。在定位於該邊角部分處的平面閘極電極44之下，形成與該平面閘極電極44成整體地形成之垂直閘極電極12。該垂直閘極電極12具有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面 係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極44之整體下部表面的大小。
該浮動擴散區43係形成於在該光二極體區60外部並與在該平面閘極電極44之下的半導體基板13相鄰之一區處。該浮動擴散區43係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。因此，在水平方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極44來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區43。此外，在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極44之整體下部表面之一大小。因此，信號電荷藉由在該光二極體區60中之電位梯度轉移至該浮動擴散區43的轉移並不藉由該垂直閘極電極12中斷。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極12與該平面閘極電極44係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例35 [其中一平面閘極電極與一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖48顯示依據本發明之具體實施例35的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖48中，針對對應於圖47之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例34。
在該具體實施例中，一垂直閘極電極46a係於該光二極體區60之外周邊部分處沿在垂直方向上延伸的一個邊緣在該平面閘極電極44之下形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極46a與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。因此，在水平方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極46a與該平面閘極電極44來同時轉移。接著，累積於光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46a係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例36 [其中一平面閘極電極、一垂直閘極電極及一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖49顯示依據本發明之具體實施例36的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖49中，針對對應於圖48之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例之部分在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例35。
在該具體實施例中，一垂直閘極電極47係在該平面閘極電極44之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處形成。該垂直閘極電極47係在水平方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極47與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該垂直閘極電極47與該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。因此，在水平方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極47與該平面閘極電極44來同時轉移。接著，累積於光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44與該垂直閘極電極47係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具 體實施例1相同的優點。
具體實施例37 [其中一平面閘極電極、一垂直閘極電極及一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖50顯示依據本發明之具體實施例37的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖50中，針對對應於圖49之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例36。
在該具體實施例中，一垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極44之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在水平方向上延伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極46b與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。因此，在水平方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極46b與該平面閘極電極44來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44與該浮動擴散區43係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例38 [其中一平面閘極電極、一垂直閘極電極及一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖51顯示依據本發明之具體實施例38的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖51中，針對對應於圖49與圖50之部分給出相同符號並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例37。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極44之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在水平方向上延伸的一個邊緣形成。此外，該垂直閘極電極47係於該光二極體區60之外周邊部分處在該平面閘極電極44之下形成以便係在水平方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46b、47與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係透過在該垂直閘極電極46b與該垂直閘極電極47之間之一區來讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該垂直閘極電極47係在水平方向上相鄰的像素之間共用。因此，在水平方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46b、47與該平 面閘極電極44來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44、該垂直閘極電極47及該浮動擴散區43係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例39 [其中一平面閘極電極、一垂直閘極電極及一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖52顯示依據本發明之具體實施例39的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖52中，針對對應於圖51之部分給出相同符號，並省略重複說明。
本具體實施例之部分在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例38。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46a係在該平面閘極電極44之下以及沿在該光二極體區60之外周邊部分的垂直方向上延伸的一個邊緣形成。此外，該垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極44之下以及沿在該光二極體區60之外周邊部分的水平方向上延伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46a、46b與該平面閘極電極44所製成。接著，該等 轉移的信號電荷係透過在該垂直閘極電極46a與該垂直閘極電極46b之間之一區來讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。因此，在水平方向上相鄰的兩個像素之信號電荷係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46a、46b與該平面閘極電極44來同時轉移。接著，累積於各別光二極體PD中的信號電荷係讀取至各別浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例40 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖53顯示依據本發明之具體實施例40的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖53中，針對對應於圖16之部分給出相同符號，並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該平面閘極電極19、與該平面閘極電極19成整體地形成之垂直閘極電極12及該浮動擴散區43。
該平面閘極電極19係形成於該光二極體區60之一邊角部分處。該垂直閘極電極12係形成在定位於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之下，該垂直閘極電極係與該平面閘極電極19成整體地形成。該垂直閘極電極12具 有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面係形成以具有不足以覆蓋形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之整體下部表面的大小。
該浮動擴散區43係形成於在該光二極體區60外部之一區處，該浮動擴散區係與在該平面閘極電極19之下的半導體基板13相鄰。該浮動擴散區43係在垂直方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極12與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區43。在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極19之整體下部表面之一大小。因此，信號電荷藉由在該光二極體區60中之電位梯度轉移至該浮動擴散區43的轉移並不藉由該垂直閘極電極12中斷。
在該具體實施例中，該浮動擴散區43係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例41 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖54顯示依據本發明之具體實施例41的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖54中，針對對應於圖53之部分給出 相同符號，並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例40。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在水平方向上延伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該半導體基板中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46b與該平面閘極電極19所製成。
在該具體實施例中，該浮動擴散區43係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例42 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖55顯示依據本發明之具體實施例42的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖55中，針對對應於圖54之部分給出相同符號，並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例41。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46a係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在垂直方向上延伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46a與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該浮動擴散區43係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例43 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之間共用之範例]
圖56顯示依據本發明之具體實施例43的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖56中，針對對應於圖55之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例42。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46a係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在垂直方向上延伸的一個邊緣形成。此外，該垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在水平方向上延伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46a、46b與該平面閘極電極19所製成。接著，該等 轉移的信號電荷係透過在該垂直閘極電極46a與該垂直閘極電極46b之間之一區來讀取至該浮動擴散區43。
在該具體實施例中，該浮動擴散區43係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例44 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之中共用之範例]
圖57顯示依據本發明之具體實施例44的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖57中，針對對應於圖53之部分給出相同符號，並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該平面閘極電極19、與該平面閘極電極19成整體地形成之垂直閘極電極12及一浮動擴散區51。
該平面閘極電極19係形成於該光二極體區60之邊角部分處。該垂直閘極電極12係形成在定位於該光二極體區之邊角部分處的平面閘極電極19之下，該垂直閘極電極係與該平面閘極電極19成整體地形成。該垂直閘極電極12具有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面係形成以具有不足以覆蓋形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之整體下部表面的大小。
該浮動擴散區51係形成於在該光二極體區60外部之一區處，該浮動擴散區係與在該平面閘極電極19之下的半導體 基板13相鄰。該浮動擴散區51係在四個像素之中共用，該等像素係在垂直方向上相鄰的像素與在水平方向上相鄰的像素。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區51。
在該具體實施例中，該浮動擴散區51係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例45 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之中共用之範例]
圖58顯示依據本發明之具體實施例45的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖58中，針對對應於圖57之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例44。
依據該具體實施例，在形成在對角線之一者上的像素中，該垂直閘極電極46a係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在垂直方向上延伸的一個邊緣形成。另一方面，在形成在對角線之另一者上的像素中，該垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在水平方向上延 伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘極電極46a、46b與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區51。
在該具體實施例中，該浮動擴散區51係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例46 [其中一浮動擴散區係在相鄰像素之中共用之範例]
圖59顯示依據本發明之具體實施例46的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖59中，針對對應於圖58之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例45。
在該具體實施例中，該垂直閘極電極46a係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在垂直方向上延伸的一個邊緣形成。此外，該垂直閘極電極46b係在該平面閘極電極19之下以及於該光二極體區60之外周邊部分處沿在水平方向上延伸的一個邊緣形成。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該等垂直閘 極電極46a、46b與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區51。
在該具體實施例中，該浮動擴散區51係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例47 [其中一電荷讀出電晶體係包括於每一像素中之範例]
圖60顯示依據本發明之具體實施例47的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖60中，針對對應於圖18之部分給出相同符號，並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該平面閘極電極19、與該平面閘極電極19成整體地形成之垂直閘極電極12及該浮動擴散區11。
該平面閘極電極19係形成於該光二極體區60之邊角部分處。該垂直閘極電極12係與該平面閘極電極19成整體地形成在定位於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之下。該垂直閘極電極12具有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面係形成以具有不足以覆蓋形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之整體下部表面的大小。
該浮動擴散區11係形成於在該光二極體區60內部之一區處以及與在該平面閘極電極19之下的半導體基板13相鄰。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極23之整體下部表面之一大小。因此，信號電荷藉由該光二極體區60之電位梯度轉移至該浮動擴散區11的轉移並不藉由該垂直閘極電極12中斷。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例48 [其中一電荷讀出電晶體係包括於每一像素中之範例]
圖61顯示依據本發明之具體實施例48的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖61中，針對對應於圖60之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例47。
一垂直閘極電極52係形成於該平面閘極電極19之下，使得在該光二極體區60側上的垂直閘極電極52之一側表面具有一更大面積。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極52與該平面閘極電極19所製成。接著，該等轉移的信 號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該垂直閘極電極52係形成以使得其在該光二極體區60側上的側表面具有一更大面積，故可在該光二極體區60中形成更大電位梯度。此外，該浮動擴散區11係比該垂直閘極電極52更接近該光二極體區60而形成於該光二極體區60內部，因此甚至當如上面所說明該垂直閘極電極52係形成以具有一較大大小時待轉移的信號電荷仍不藉由該垂直閘極電極52中斷。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例49 [其中該平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖62顯示依據本發明之具體實施例49的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖62中，針對對應於圖47之部分給出相同符號，並省略重複說明。
在該具體實施例中，包括於一個像素中的電荷讀出電晶體Tr包括該平面閘極電極44、與該平面閘極電極44成整體地形成之垂直閘極電極12及該浮動擴散區11。
該平面閘極電極44係形成於該光二極體區60之邊角部分處。該平面閘極電極44係在水平方向上相鄰的像素之間共用。該垂直閘極電極12係形成在定位於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極44之下，該垂直閘極電極係與該平面閘極電極44成整體地形成。該垂直閘極電極12具有一大致正方形形狀之一斷面，該斷面係形成以具有不足以 覆蓋形成於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極19之整體下部表面的大小。
該浮動擴散區11係形成於在該光二極體區60內部之一區處以及與在該平面閘極電極44之下的半導體基板13相鄰。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。在該具體實施例中，該垂直閘極電極12係形成以具有不足以覆蓋該平面閘極電極19之整體下部表面之一大小。因此，信號電荷藉由該光二極體區60之電位梯度轉移至該浮動擴散區11的轉移並不藉由該垂直閘極電極12中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。此外，因為在該具體實施例之固態成像裝置內部該浮動擴散區11係形成於該光二極體區60內部，因此可減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例50 [其中該平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖63顯示依據本發明之具體實施例50的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖63中，針對對應於圖62之部分給出相同符號，並省略重複說明。
本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例49。
一垂直閘極電極52係形成於該平面閘極電極44之下，使得在該光二極體區60側上的垂直閘極電極52之一側表面具有一更大面積。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極52與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該垂直閘極電極52係形成以使得其在該光二極體區60側上的側表面具有一更大面積，故可在該光二極體區60中形成更大電位梯度。此外，該浮動擴散區11係比該垂直閘極電極52更接近該光二極體區60而形成於該光二極體區60內部，因此甚至當如上面所說明該垂直閘極電極52係形成以具有一更大大小時待轉移的信號電荷仍不藉由該垂直閘極電極52中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在相鄰像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例51 [其中一平面閘極電極係在相鄰像素之間共用之範例]
圖64顯示依據本發明之具體實施例51的一固態成像裝置 之示意平面組態。在圖64中，針對對應於圖63之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例50。
該具體實施例之一垂直閘極電極53係形成於該平面閘極電極44之下，使得在該光二極體區60側上的垂直閘極電極53之一側表面具有一更大面積。該垂直閘極電極53係在形成以便係在水平方向上相鄰的像素之間共用的平面閘極電極44之下形成從而延伸至在水平方向上相鄰的像素。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極53與該平面閘極電極44所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該垂直閘極電極53係形成以使得其在該光二極體區60側上的側表面具有一更大面積，故可在該光二極體區60中形成更大電位梯度。此外，該浮動擴散區11係比該垂直閘極電極53更接近該光二極體區60而形成於該光二極體區60內部，因此甚至當如上面所說明該垂直閘極電極53係形成以具有一更大大小時待轉移的信號電荷仍不藉由該垂直閘極電極53中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極44係在相鄰兩個像素之間共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例52 [其中一平面閘極電極係在相鄰像素之中共用之範例]
圖65顯示依據本發明之具體實施例52的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖65中，針對對應於圖62之部分給出相同符號，並省略重複說明。
在該具體實施例中，包括於一個像素中的電荷讀出轉移電晶體Tr包括一平面閘極電極54、與該平面閘極電極54成整體地形成之垂直閘極電極12及該浮動擴散區11。
該平面閘極電極54係形成於該光二極體區60之邊角部分處。該平面閘極電極54係在水平方向上相鄰的像素之間以及在垂直方向上相鄰的像素之間共用。即，該平面閘極電極54係在四個像素之中共用。此外，該垂直閘極電極12係與該平面閘極電極54成整體地形成在定位於該光二極體區60之邊角部分處的平面閘極電極54之下。
該浮動擴散區11係形成於在該光二極體區60內部之一區處以及與在該平面閘極電極54之下的半導體基板13相鄰。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極12與該平面閘極電極54所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。
在該具體實施例中，該平面閘極電極54係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具 體實施例1相同的優點。
具體實施例53 [其中一平面閘極電極係在相鄰像素之中共用之範例]
圖66顯示依據本發明之具體實施例53的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖66中，針對對應於圖65之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例52。
該垂直閘極電極52係形成於該平面閘極電極54之下，使得在該光二極體區60側上的垂直閘極電極52之一側表面具有一更大面積。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極52與該平面閘極電極54所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該垂直閘極電極52係形成以使得其在該光二極體區60側上的側表面具有一更大面積，故可在該光二極體區60中形成更大電位梯度。此外，該浮動擴散區11係比該垂直閘極電極52更接近該光二極體區60而形成於該光二極體區60內部，因此甚至當如上面所說明該垂直閘極電極52係形成以具有一更大大小時待轉移的信號電荷仍不藉由該垂直閘極電極52中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極54係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例54 [其中一平面閘極電極係在相鄰像素之中共用之範例]
圖67顯示依據本發明之具體實施例54的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖67中，針對對應於圖66之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例53。
該垂直閘極電極53係形成於該平面閘極電極54之下，使得在該光二極體區60側上的垂直閘極電極53之一側表面具有一更大面積。該垂直閘極電極53係在該平面閘極電極54之下形成從而延伸至在水平方向上相鄰的像素，該平面閘極電極係形成以便係在水平方向上相鄰的像素之間共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極53與該平面閘極電極54所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該垂直閘極電極53係形成以使得其在該光二極體區60側上的側表面具有一更大面積，故可在該光二極體區60中形成更大電位梯度。此外，該浮動擴散區11係比該垂直閘極電極53更接近該光二極體區60而形成於該光二極體區60內部，因此甚至當如上面所說明該垂直閘極電極53係形成以具有一更大大小時待轉移的信號電荷仍不藉由該垂直閘極 電極53中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極54係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例55 [其中一平面閘極電極係在相鄰像素之中共用之範例]
圖68顯示依據本發明之具體實施例55的一固態成像裝置之示意平面組態。在圖68中，針對對應於圖67之部分給出相同符號，並省略重複說明。本具體實施例在該垂直閘極電極之一組態上不同於具體實施例54。
該具體實施例之一垂直閘極電極55係形成於該平面閘極電極54之下，使得在該光二極體區60側上的垂直閘極電極55之一側表面具有一更大面積。該垂直閘極電極55係在該平面閘極電極54之下形成從而延伸至在水平方向上以及在垂直方向上相鄰的像素，該平面閘極電極係形成以便係在水平方向上以及在垂直方向上相鄰的像素之中共用。
而且，在具有上面的組態之固態成像裝置中，累積於該光二極體PD中的信號電荷係沿在該光二極體區60中之電位梯度來轉移，該電位梯度係藉由施加正電壓至該垂直閘極電極55與該平面閘極電極54所製成。接著，該等轉移的信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。因為在該具體實施例中該垂直閘極電極55係形成以使得其在該光二極體區60側上的側表面具有一更大面積，故可在該光二極體區60中形成 更大電位梯度。此外，該浮動擴散區11係比該垂直閘極電極55更接近該光二極體區60而形成於該光二極體區60內部，因此甚至當如上面所說明該垂直閘極電極55係形成以具有一更大大小時待轉移的信號電荷仍不藉由該垂直閘極電極55中斷。
在該具體實施例中，該平面閘極電極54係在相鄰四個像素之中共用，藉此減低該像素大小。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
具體實施例56 [包括兩層光二極體之範例]
圖69顯示依據本發明之具體實施例56的一固態成像裝置之示意平面組態，而圖70顯示沿圖69之A-A線截取的斷面圖。在圖69與圖70中，針對對應於圖6與圖7之部分給出相同符號並省略重複說明。本具體實施例在該光二極體之一組態上不同於具體實施例1。
如在圖70中所示，在該具體實施例之固態成像裝置中，藉由在該半導體基板13之光二極體區60內部在該半導體基板13之深度方向上進行堆疊來形成一第一光二極體PD1與一第二光二極體PD2。該第一光二極體PD1包括一p型高濃度雜質區(p+區)16a、一n型高濃度雜質區(n+區)15a及一n型雜質區(n區)14a。該第一光二極體PD1主要係藉由一pn接面「j1」形成，該pn接面係在該p+區16a與該n+區15a之間之一接合表面。該第二光二極體PD2包括一p+區16b、 一n+區15b及一n區14b，其係循序形成在包括於該光二極體PD1中的n+區15a之下。該第二光二極體PD2主要係藉由一pn接面「j2」形成，該pn接面係在該p+區16b與該n+區15b之間之一接合表面。
如上面所說明，在該具體實施例中，形成於該光二極體區60內的光二極體具有其中在該半導體基板13之深度方向上堆疊兩層光二極體之一組態。
該等垂直閘極電極12a、12b係藉由自該半導體基板13之表面埋入於該半導體基板13中至其中該等電極透過一閘極絕緣膜18觸碰形成於該半導體基板13中之一較深位置處的第二光二極體PD2之pn接面「j2」的深度。
在具有上面的組態之固態成像裝置中，正電壓係以與具體實施例1相同的方式施加至該垂直閘極電極12a、12b，藉此改變在該光二極體區60中的電位梯度。接著，累積於該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2中的信號電荷係沿在該光二極體區60中的電位梯度同時在藉由一箭頭R1所示之方向上轉移。因此，該等信號電荷係讀取至該浮動擴散區11。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例1相同的優點。
此外，該具體實施例之固態成像裝置具有其中該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2之兩個光二極體係堆疊於該光二極體區60內部的組態。因此，在該光二極體區60中的飽和電荷量(Qs)係增加。因為累積於該第一光二極體 PD1與該第二光二極體PD2中的信號電荷係同時讀取，故可改良敏感度。
雖然在該具體實施例中應用包括該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2之兩個光二極體的堆疊結構，但亦較佳的係可堆疊包括兩個以上之層的複數個層。在該情況下，該等垂直閘極電極12a、12b係形成以便達到形成於自該半導體基板13之表面側最深的位置處的一光二極體之pn接面。
如上面所說明，其中複數個光二極體係在該半導體基板13之深度方向上堆疊的組態可應用於在具體實施例2至55中的其中在該光二極體區內不包括該浮動擴散區的範例。因為在此等情況下亦增加在該光二極體區60中的飽和電荷量(Qs)，故可改良敏感度。
在依據上面說明的具體實施例1至55的固態成像裝置中，已引用並說明其中本發明係應用於其中偵測對應於可見光之光量的信號電荷作為物理量的單元像素係以一矩陣狀態配置的影像感測器的情況。然而，本發明之應用並不限於該影像感測器，並且本發明可應用於所有行型固態成像裝置，其中行電路係配置於在一像素陣列部分中之各別像素行處。
此外，本發明之應用並不限於其中可見光之入射光量的分佈係偵測並成像為一影像的固態成像裝置，並且本發明可應用於其中紅外線、X射線或粒子之入射光量的分佈係成像為一影像之一固態成像裝置。在廣義上，本發明亦可 應用於所有固態成像裝置(物理量分佈偵測裝置)，例如一指紋偵測感測器，該指紋偵測感測器偵測諸如壓力或電容之其他物理量的分佈並將該分佈成像為一影像。
此外，本發明並不限於藉由按列掃描在該像素陣列部分中的各別單元像素來從各別單元像素讀取像素信號的固態成像裝置。例如，本發明亦可應用於一X-Y位址型固態成像裝置，其按像素來選擇一任意像素並按像素來從選定像素讀取信號。
該固態成像裝置可以係形成為一單晶片或可以係形成為具有成像功能之一模組狀態，其中成整體地封裝一成像單元、一信號處理單元或一光學系統。
本發明並不限於該固態成像裝置而可應用於一成像設備。此處，該成像設備意指具有成像功能之一電子設備，例如諸如一數位靜態相機與一數位攝錄影機之相機系統、一蜂巢式電話及類似者。存在一情況，其中欲安裝在該電子設備上的模組狀態(即，一相機模組)係界定為一成像設備。
具體實施例57 [電子設備]
在下文中，顯示其中依據本發明之上面的具體實施例之固態成像裝置係用於一電子設備中之一具體實施例。在以下說明中，將說明其中應用具體實施例1至56之任一者的一固態成像裝置1係用於一相機之一範例。
圖71顯示依據本發明之具體實施例57的一相機之示意平 面組態。依據該具體實施例之相機係(例如)可成像靜態圖像或移動圖像之一攝錄影機。依據該具體實施例之一相機包括該固態成像裝置1、一光學透鏡110、一快門裝置111、一驅動電路112及一信號處理電路113。依據具體實施例1至55之任一者的固態成像裝置可應用於該固態成像裝置1。
該光學透鏡110在該固態成像裝置1之一成像表面上成像來自一主題之一影像光(入射光)。因此，針對一固定時間週期在該固態成像裝置1中累積信號電荷。該光學透鏡110可以係包括複數個光學透鏡之一光學透鏡系統。
該快門裝置111相對於該固態成像裝置1來控制光之一照射週期與一屏蔽週期。
該驅動電路112供應一驅動信號以用於控制該固態成像裝置1之轉移操作與該快門裝置111之快門操作。該信號轉移係藉由自該驅動電路112供應之一驅動信號(時序信號)來實行。該信號處理電路113實行各種信號處理。已接收信號處理之視訊信號係儲存於諸如一記憶體之一儲存媒體中或係輸出至一監視器。
在用於依據該具體實施例之相機的固態成像裝置1中，可減低於該光二極體之中心部分處的飽和電荷量(Qs)之損失，藉此改良該飽和電荷量(Qs)與敏感度。此外，使用其中該電荷讀出電晶體之組態係在相鄰像素之間共用的固態成像裝置，藉此減低該像素大小。因此，在依據該具體實施例之相機中可減低相機的大小，以及可獲得具有更高影 像品質的相機。即，可實現該電子設備之小型化、高解析度及高品質。
在圖5中顯示應用本發明之一固態成像裝置(即，一CMOS固態成像裝置)之一具體實施例的示意組態。該具體實施例之固態成像裝置1包括：一像素部分3(所謂的成像區域)，其中包括複數個光電轉換元件之像素2係二維地配置在一半導體基板1011(例如，一矽基板)上；以及一周邊電路部分。該像素2包括欲成為(例如)一光電轉換元件之一光二極體與複數個像素電晶體(所謂的MOS電晶體)。該複數個像素電晶體包括(例如)三個電晶體，例如一轉移電晶體、一重設電晶體及一放大電晶體。其可藉由添加一選擇電晶體而包括四個電晶體。一單元像素之一等效電路與一般組態相同。稍後將顯示該單元像素之一範例。
該周邊電路部分包括一垂直驅動電路4、行信號處理電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7、一控制電路8及類似者。
該控制電路8基於一垂直同步信號、一水平同步信號及一主時脈來產生一時脈信號、一控制信號及類似者以作為該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5、該水平驅動電路6及類似者之操作的參考，從而輸入此等信號至該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5、該水平驅動電路6及類似者。
該垂直驅動電路4包括(例如)一移位暫存器，從而按列循序在垂直方向上選擇性地掃描在該像素部分3中之各別 像素2，將基於依據(例如)在欲成為各別像素2之光電轉換元件的光二極體中的光接收量所產生的信號電荷之像素信號透過垂直信號線9供應至該行信號處理電路5。
該行信號處理電路5係配置於(例如)像素2之各別行處，從而使用來自黑色參考像素(形成於一有效像素區域周圍)之一信號按像素行來對自一列之像素2輸出的信號實行諸如雜訊移除之信號處理。即，該等行信號處理電路5實行諸如一CDS之信號處理與信號放大以用於移除該等像素2所特有的固定圖案雜訊。水平選擇開關(未顯示)係提供於在該等電路5與一水平信號線1010之間的行信號處理電路5之輸出級處。
該水平驅動電路6包括(例如)一移位暫存器，從而藉由循序輸出水平掃描脈衝來循序選擇各別行信號處理電路5以藉此允許各別行信號處理電路5輸出像素信號至一水平信號線1010。
該輸出電路7對透過該水平信號線1010自個別行信號處理電路5循序供應的信號實行信號處理並輸出該等信號。
圖72顯示一單元像素之一等效電路。依據該電路之一範例的一單元像素1002包括：一光二極體PD，其係一個光電轉換元件；以及三個像素電晶體，其係一轉移電晶體Tr1、一重設電晶體Tr2及一放大電晶體Tr3。在該範例中，此等電晶體Tr1至Tr3使用n通道MOS電晶體。
該轉移電晶體Tr1係連接於該光二極體PD之一陰極與一浮動擴散(FD)之間。已光電地轉換並累積於該光二極體PD 中的信號電荷(在該範例中係電子)係藉由施加一轉移脈衝至一轉移閘極來轉移至該浮動擴散(FD)。
在該重設電晶體Tr2中，其一汲極係連接至一選擇電源SELVDD而其一源極係連接至該浮動擴散(FD)。在信號電荷自該光二極體PD至該浮動擴散(FD)之轉移之前，一重設脈衝係施加至一重設閘極以藉此重設該浮動擴散(FD)之電位。該選擇電源SELVDD係選擇性地採取一VDD位準與一GND位準作為一電源電壓之一電源。
該放大電晶體Tr3具有一源極隨耦器組態，其中其一放大閘極係連接至該浮動擴散(FD)，其一汲極係連接至該選擇電源SELVDD而其一源極係連接至一垂直信號線1009。當該選擇電源SELVDD係處於該VDD位準時，該電路係處於操作狀態中並選擇一像素1002。已藉由該重設電晶體Tr2重設的浮動擴散(FD)之電位係輸出至該垂直信號線1009作為一重設位準。此外，該浮動擴散(FD)(信號電荷已藉由該轉移電晶體Tr1係轉移至該浮動擴散(FD))之電位係輸出至該垂直信號線1009作為一信號位準。
當該具體實施例之固態成像裝置係組態為其中光係自該基板之背側入射的背照式類型時，一多層佈線層係形成於其中一像素部分1003與一周邊電路部分係透過一層間絕緣膜形成的半導體基板之表面之一上部側處，並且該背側將係一光入射表面(所謂的光接收表面)。在該背側上的像素部分1003之上，晶片上彩色濾光片及另外的晶片上微透鏡係透過一平坦化膜形成。
當該具體實施例之固態成像裝置係組態為其中光係自該基板之前表面側入射的前照式類型時，一多層佈線層係形成於其中一像素部分1003與一周邊電路部分係透過一層間絕緣膜形成的基板之表面之一上部側處。在該像素部分1003中，晶片上彩色濾光片及另外的晶片上微透鏡係透過一平坦化膜形成於該多層佈線層之上。
具體實施例58 [一固態成像裝置之組態]
圖73顯示依據本發明之具體實施例58的固態成像裝置。圖73顯示該像素部分1003之一相關部分的斷面組態。在依據該具體實施例之一固態成像裝置1101中，一像素隔離區1021係形成在一第一導電型(例如，p型)矽半導體基板1011上，並且包括光二極體PD與像素電晶體的單元像素1002係形成於藉由該像素隔離區1021劃分之一區處。
在該單元像素1002中，欲成為複數個光電轉換元件的光二極體PD(PD1、PD2及PD3)係以一分層方式形成於該半導體基板1011中，並且該轉移電晶體Tr1係形成為一垂直電晶體。即，複數層光二極體PD(PD1、PD2及PD3)係藉由在該半導體基板1011之深度方向上交替地堆疊一第二導電型之一n型半導體區與一第一導電型之一p型半導體區來形成。可藉由(例如)該p型半導體區來製成該像素隔離區1021。
在該垂直轉移電晶體Tr1中，一溝槽部分1022在該半導體基板1011之深度方向上垂直地延伸，並且一圓柱形轉移 閘極電極1024係透過一閘極絕緣膜1023藉由埋入至該溝槽部分1022中來形成。該轉移閘極電極係形成以使得其一上部部分沿該半導體基板1011之表面突出，並且一浮動擴散(FD)1040係形成在具有一n型半導體區的半導體基板之表面上以便接近該轉移閘極之突出部分。該轉移電晶體Tr1係形成於該單元像素2之末端，即該等光二極體PD(PD1至PD3)之末端。
該第一光二極體PD1係藉由包括一n型半導體區1028與其上之一p型半導體區1029以使得於該半導體基板1011之最深位置處形成一pn接面表面來組態。該第二光二極體PD2係藉由包括一n型半導體區1030與其上之一p型半導體區1031以使得在該半導體基板1011中的一中間深度之一位置處形成一pn接面表面來組態。該第三光二極體PD3係藉由包括一n型半導體區1032與其上之一p型半導體區1033以使得在該半導體基板1011的表面側上之一位置處形成一pn接面表面來組態。
形成在該半導體基板1011之表面側上的第三光二極體PD3係接近該轉移閘極電極1024側形成，從而留下其中形成像素電晶體的重設電晶體Tr2與放大電晶體Tr3之一p型半導體井區1027。
於該半導體基板1011之背側處，具有比該n型半導體區1028低之雜質濃度的一n型半導體區(n-區)1037係自就在該第一光二極體PD1之n型半導體區1028之下之一部分至就在該轉移閘極部分之下之一部分來形成。
於就在突出在該基板表面上的轉移閘極電極1024之部分之下的半導體基板之表面處，導向該浮動擴散(FD)1040之一通道區1036係形成以便與該第三光二極體PD3之p型半導體區1033相鄰。該通道區1036係由(例如)該n-區或該p-區製成。
該浮動擴散(FD)1040係使用一側壁1048作為一遮罩藉由自對準來形成在該半導體基板之表面上，該側壁係形成於在該基板表面上突出的轉移閘極電極1024之部分處。
此外，在該具體實施例中，形成由該n型半導體區製成之一溢位路徑，該溢位路徑使將成為各別光二極體PD1至PD3之電荷累積區的n型半導體區1028、1030及1032彼此連接。此外，用於調整一閘極介面之一離子植入區係形成於該轉移閘極部分周圍，即於形成於該溝槽部分1022之一內表面處的閘極絕緣膜1023與該半導體基板1011之間之一介面處。作為該離子植入區，在該具體實施例中形成用於抑制暗電流之一p型半導體區1025。
該p型半導體區1025具有以下功能：重新連接與抵消於使用選擇性蝕刻及類似者形成該溝槽部分1022之時由於晶體缺陷或變形所致而自該閘極絕緣膜1023與該半導體基板1011之間的介面產生的引起暗電流與白色缺陷之電荷(電子)。
該溢位路徑1035係與該p型半導體區1025接觸形成以用於抑制暗電流，該溢位路徑兼為該轉移閘極部分之一通道區1034。於累積電荷之時，該溢位路徑1035具有比在該等 光二極體PD(PD1至PD3)之電荷累積區的n型半導體區1028、1030及1032中的空乏電位淺之一電位。於轉移電荷之時，該溢位路徑1035亦具有作為該通道區1034工作之一較深電位以用於藉由施加至該轉移閘極電極之一轉移脈衝將信號電荷自該等光二極體PD轉移至該浮動擴散(FD)1040。
該溢位路徑1035具有以下功能：於接收光至一相鄰光二極體PD中之時累積尚未累積於一光二極體PD的電荷(超過飽和電荷量之電荷)，從而超過該溢位路徑1035之電位。
該溢位路徑1035係與該p型半導體區1025接觸形成於該轉移閘極部分周圍。該溢位路徑1035係形成於該第一光二極體PD1及第二光二極體PD2之p型半導體區1029、1031與該轉移閘極部分之間。即，該等光二極體PD之p型半導體區1029、1031係與該轉移閘極部分偏離達一必要距離來形成。換言之，該等p型半導體區1029、1031係與該轉移閘極部分分開達該溢位路徑1035之寬度來形成。
在該半導體基板1011之表面上的p型半導體井區1027中，形成n型源極/汲極區1041、1042及1043。其中之一對源極/汲極區1041、1042與透過一閘極絕緣膜1044形成之一重設閘極電極1045組成該重設電晶體Tr2。另一對源極/汲極區1042、1043與透過該閘極絕緣膜1044形成之一放大閘極電極1046組成該放大電晶體Tr3。於該半導體基板1011之表面上的一必要位置處，形成由該p型半導體區製成之一通道停止區1047。
此外，雖然未顯示，但其中複數層佈線係透過一層間絕緣膜配置之一多層佈線層係形成在該半導體基板1011之表面上。
該具體實施例之固態成像裝置1101係組態為一背照式類型，該固態成像裝置自該基板之背側照射光。因此，用於抑制具有高濃度雜質的暗電流之一p型半導體區係形成於該半導體基板1011之背側處以便觸碰該n型半導體區(n-區)1037。此外，在該p型半導體區之表面上，透過一平坦化膜形成一彩色濾光片與一晶片上微透鏡。
[操作之說明]
接下來，將說明依據具體實施例58之固態成像裝置1011的操作。於累積電荷之時，光電地轉換入射光並產生信號電荷。該等產生的信號電荷(在該範例中係電子)係沿該電位梯度移至該n型半導體區並係於其中該電位能量係最小之一位置處累積於該光二極體PD中。即，信號電荷係累積於埋入至該基板中的第一光二極體PD1之n型半導體區1028、第二光二極體PD2之n型半導體區1030及在該基板之表面上的第三光二極體PD3之n型半導體區1032之任一者中。該等各別n型半導體區1028、1030及1032係完全空乏，並且信號電荷係累積至其電位中。
當較強光係入射時，欲產生的信號電荷係增加，該等信號電荷超過該等光二極體PD1、PD2及PD3之n型半導體區之任一者的飽和電荷量。當該等光二極體PD1、PD2及PD3之任一者達到該飽和電荷量時，超過該飽和電荷量的電荷 超過該溢位路徑1035之電位並係累積於尚未飽和的光二極體PD之n型半導體區中。
作為一範例，當該第一光二極體PD1之n型半導體區1028首先達到該飽和電荷量時，超過該飽和電荷量之電荷係透過該溢位路徑1035累積於相鄰光二極體PD2之n型半導體區1030中。當該光二極體PD2之n型半導體區1030達到該飽和電荷量時，超過該飽和電荷量之電荷係透過該溢位路徑1035累積於相鄰第三光二極體PD3之n型半導體區1032中。此外，當該第三光二極體PD3之n型半導體區1032達到該飽和電荷量時，超過該飽和電荷量之電荷透過該通道區1036流向該浮動擴散(FD)1040並係放電。
於轉移電荷之時，一轉移脈衝(在該具體實施例中係正電壓)係施加至該轉移電晶體Tr1之轉移閘極電極1024以藉此接通該轉移電晶體Tr1。即，各別光二極體PD(PD1、PD2及PD3)之n型半導體區1028、1030及1032與連接至其的溢位路徑1035之電位係藉由施加該轉移脈衝來調變。即，該溢位路徑1035之電位變得較深並且該電位梯度係朝向該轉移閘極部分來形成。累積於該等光二極體PD(PD1至PD3)之n型半導體區(1028、1030及1032)之任一者或全部中的信號電荷係跟隨該電位梯度而轉移至該轉移閘極部分。已達到該轉移閘極部分的信號電荷係透過已變成該轉移通道1034的溢位路徑1035沿在該基板之垂直方向上延伸的轉移閘極部分轉移至在該基板之表面側上的轉移閘極部分之下的通道區1036。然後，該等信號電荷係跟隨形成於 在該表面上的轉移閘極部分之下的通道區1036中的電位梯度而移至該浮動擴散(FD)1040。
在依據具體實施例58之固態成像裝置1101中，在該半導體基板1011之深度方向上堆疊複數個光二極體PD(PD1至PD3)，並透過該溢位路徑1035連接各別光二極體PD1至PD3之n型半導體區1028至1032。於累積電荷之時當光二極體PD之任一者達到該飽和電荷量時，超過該飽和電荷量之電荷係透過該溢位路徑1035累積於尚未飽和的另一光二極體PD中。依據該組態，每一單元像素之有效飽和電荷量(Qs)係增加以甚至當該像素大小係減低時仍藉此增加動態範圍以及改良對比度。
該轉移電晶體Tr1係組態為垂直電晶體以及該轉移電晶體Tr1係形成於該像素2之末端處，藉此獲取該等光二極體PD(PD1至PD3)之面積並增加每一單元像素之飽和電荷量(Qs)。形成覆蓋該垂直轉移電晶體Tr1之整體轉移閘極部分的p型半導體區1025，藉此抑制暗電流的發生以及抑制藉由存在於該垂直轉移電晶體Tr1之側部分與底部部分處的缺陷所引起之白色缺陷的發生。
該複數個光二極體PD係堆疊並且該溢位路徑1035係形成在包括於此等光二極體PD中的p型半導體區1029、1031與該轉移閘極部分之間。即，該等光二極體PD之p型半導體區1029、1031係與該轉移閘極部分偏離達一必要距離來形成。該偏移量係調整，藉此透過兼為該溢位路徑1035的通道區1034在垂直方向上完全轉移累積於該等光二極體PD 中的信號電荷。此外，可確保可累積於該等光二極體PD中的電荷之飽和電荷量(Qs)。因此，可獲得其中可實現完全轉移以及可確保該飽和電荷量(Qs)的組態之設計。
[該固態成像裝置(1)之製造方法]
圖74至圖81顯示依據具體實施例58的一固態成像裝置1101之一製造方法的一範例。
首先，如在圖74中所示，在該p型半導體基板1011中形成該p型半導體井區1027。藉由在該p型半導體井區1027之深度方向上堆疊來形成該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2。藉由堆疊該n型半導體區1028與該p型半導體區1029以便於該半導體基板1011之最深部分處具有該pn接面表面來形成該第一光二極體PD1。藉由堆疊該n型半導體區1030與該p型半導體區1031以便類似地於該半導體基板1011之一中間部分處形成該pn接面表面來形成該第二光二極體PD2。此等n型半導體區1028、1030以及p型半導體區1029、1031係交替地形成以便觸碰彼此。
此外，形成由該n型半導體區製成之溢位路徑1035，該溢位路徑連接該等光二極體PD1、PD2之各別n型半導體區1028、1030。而且，稍後在該半導體基板1011中就在該第一光二極體PD1之n型半導體區1028之下形成具有比該n型半導體區1028低之雜質濃度的n型半導體區1037，該n型半導體區1028延伸至該轉移閘極部分之底部部分。藉由使用離子植入方法來形成上面各別區。
接下來，如在圖75中所示，藉由使用離子植入方法在該 半導體基板1011上形成用於劃分一單元像素的由p型半導體區製成之像素隔離區1021。此外，在該半導體基板1011之表面側上之一必要部分處形成具有一STI結構之一通道停止區1047。藉由經由自該基板表面的選擇性蝕刻形成具有一必要深度之一溝槽並以一氧化矽膜埋入該溝槽來形成該STI(淺溝渠隔離)結構。具有該STI結構之通道停止區1047對應於一所謂的元件隔離區。
接下來，如在圖76中所示，在該半導體基板1011之表面上，形成絕緣膜(例如，一氧化矽膜1055與一氮化矽膜1056)，使得其係在與該通道停止區1047之一上部表面相同的層級上。在該氮化矽膜1056之上形成一光阻遮罩1051，該光阻遮罩具有對應於其中形成該垂直轉移閘極電極之一部分的一開口1052。該開口1052係形成以便係定位於該像素之末端處。藉由透過該光阻遮罩1051之開口1052離子植入一p型雜質1053來在該半導體基板1011中形成用於抑制暗電流之p型半導體區1025。該p型半導體區1025係形成以便觸碰連接各別光二極體PD(PD1、PD2及PD3)之n型半導體區的n型溢位路徑1035以及達到具有低雜質濃度之n型半導體區1037或其附近。
接下來，如在圖77中所示，相對於該光阻遮罩1051之開口1052實行等向性蝕刻。藉由該等向性蝕刻來形成由該氮化矽膜1056製成之一側壁1056a。
接下來，如在圖78中所示，移除該光阻遮罩1051，並使用具有該側壁1056a之氮化矽膜1056作為一遮罩藉由經由 各向異性蝕刻對該p型半導體區1025實行選擇性蝕刻來形成該溝槽部分1022。該溝槽部分1022係藉由所謂的自對準來形成。該p型半導體區1025與該溝槽部分1022係形成於該像素之末端處。
接著，如在圖79中所示，允許該選擇性蝕刻繼續進行，藉此形成該溝槽部分1022以使得該p型半導體區1025按必要寬度保留在該溝槽部分中之一側壁與該溝槽部分之一底部表面處。然後，移除該氧化矽膜1055與該氮化矽膜1056。
接下來，如在圖80中所示，在該溝槽部分1022之內表面的表面與該半導體基板1011的表面之上形成該閘極絕緣膜1023。作為該閘極絕緣膜1023，(例如)可使用一氧化矽(SiO2)膜。然後，一閘極電極材料(例如，一多晶矽膜)係形成以便係埋入至該溝槽部分1022中以及在該半導體基板1011之表面之上並予以圖案化。因此，其部分在該基板之表面上突出以及埋入至該溝槽部分1022中的圓柱形轉移閘極電極1024係形成。此外，透過該閘極絕緣膜1023在該基板表面上的p型半導體井區1027上形成由(例如)相同多晶矽膜製成的重設閘極電極1045與放大閘極電極1046。
接下來，如在圖81中所示，分別於該轉移閘極電極1024、該重設閘極電極1045及該放大閘極電極1046處形成側壁1048。藉由使用各別側壁1048作為遮罩來離子植入該n型雜質以藉此藉由自對準來形成該浮動擴散(FD)1040、由n型半導體區製成之源極/汲極區1041、1042及1043。因 此，形成該垂直轉移電晶體Tr1、該重設電晶體Tr2及該放大閘極電晶體Tr3。該垂直轉移電晶體Tr1係形成於該像素之末端處。
在上面的程序之後或在上面的程序之前，在該p型半導體井區1027之表面上形成該第三光二極體PD3。藉由經由離子植入來堆疊該n型半導體區1032與其上之p型半導體區1033以形成pn接面來形成該光二極體PD3。此外，達到該p型半導體區1025的用於抑制暗電流的由n-區或p-區製成之通道區1036係形成以便與該p型半導體區1033相鄰。
在上面的程序之後，以普通方式透過該層間絕緣膜在該半導體基板1011之表面側上形成其中配置複數層佈線的多層佈線層。而且，在該半導體基板1011之背部上，循序形成用於抑制暗電流以便觸碰該n型半導體區1037之p型半導體區、該平坦化膜、該彩色濾光片及該晶片上微透鏡。因此，可獲得預期的背照式固態成像裝置1101。
[該固態成像裝置(2)之製造方法]
圖82至圖88顯示依據具體實施例58的固態成像裝置1101之一製造方法的另一範例。首先，如在圖82中所示，在該p型半導體基板1011中形成該p型半導體井區1027與其下之具有低雜質濃度的n型半導體區1037。於該p型半導體井區1027形成用於劃分該單元像素的由該p型半導體區製成之像素隔離區1021。
接著，在該半導體基板1011之表面上，循序形成絕緣膜(例如，該氧化矽膜1055與該氮化矽膜1056)，使得其係在 該通道停止區1047之上部表面的相同層級上。在該氮化矽膜1056上形成該光阻遮罩1051，該光阻遮罩具有對應於其中形成該垂直轉移閘極電極之部分的開口1052。該開口1052係形成以便係定位於該像素之末端處。藉由透過該光阻遮罩1051之開口1052離子植入該p型雜質1053來在該半導體基板1011中形成用於抑制暗電流之p型半導體區1025。該p型半導體區1025係形成以便達到具有低雜質濃度的n型半導體區1037或達到其附近。
接下來，如在圖83中所示，對該光阻遮罩1051之開口1052實行等向性蝕刻。藉由該等向性蝕刻來形成由該氮化矽膜1056製成之側壁1056a。
接下來，移除該光阻遮罩1051，並使用具有該側壁1056a之氮化矽膜1056作為一遮罩藉由經由各向異性蝕刻對該p型半導體區1025實行選擇性蝕刻來形成該溝槽部分1022。該溝槽部分1022係藉由所謂的自對準來形成。該p型半導體區1025與該溝槽部分1022係形成於該像素之末端處。
接著，如在圖85中所示，允許該選擇性蝕刻繼續進行，藉此形成該溝槽部分1022以使得該p型半導體區1025按必要寬度保留在該溝槽部分中之一側壁與該溝槽部分之一底部表面處。然後，移除該氧化矽膜1055與該氮化矽膜1056。
接下來，如在圖86中所示，藉由在藉由每一像素隔離區1021劃分的p型半導體井區1027之深度方向上進行堆疊來 形成該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2。藉由堆疊該n型半導體區1028與該p型半導體區1029以便於該半導體基板1011之最深部分處具有該pn接面表面來形成該第一光二極體PD1。藉由堆疊該n型半導體區1030與該p型半導體區1031以便類似地於該半導體基板1011之中間部分處形成該pn接面表面來形成該第二光二極體PD2。此等n型半導體區1028、1030與該p型半導體區1029、1031係交替地形成以便觸碰彼此。
此外，形成由該n型半導體區製成之溢位路徑1035，該溢位路徑連接該等光二極體PD1、PD2之各別n型半導體區1028、1030。定位於最深部分處的n型半導體區1028與該溢位路徑1035係形成以便觸碰於下部層處的具有低雜質濃度之n型半導體區1037。藉由使用離子植入方法來形成上面各別區。
接下來，如在圖87中所示，在該半導體基板1011之表面側上之一必要部分處形成由具有高雜質濃度的p型半導體區製成之通道停止區1047。該p型半導體區之通道停止區1047對應於所謂的元件隔離區。
此外，在該溝槽部分1022之內表面與該半導體基板1011之表面之上形成該閘極絕緣膜1023。作為該閘極絕緣膜1023，(例如)可使用氧化矽(SiO2)膜。然後，一閘極電極材料(例如，一多晶矽膜)係形成以便係埋入至該溝槽部分1022中以及在該半導體基板1011之表面之上並予以圖案化。因此，其部分在該基板之表面上突出以及埋入至該溝 槽部分1022中的圓柱形轉移閘極電極1024係形成。此外，透過該閘極絕緣膜1023在該基板表面上的p型半導體井區1027上形成由(例如)相同多晶矽膜製成的重設閘極電極1045與放大閘極電極1046。
接下來，如在圖88中所示，分別於該轉移閘極電極1024、該重設閘極電極1045及該放大閘極電極1046處形成側壁1048。藉由使用各別側壁1048作為遮罩來離子植入該n型雜質以藉此藉由自對準來形成該浮動擴散(FD)1040、由n型半導體區製成之源極/汲極區1041、1042及1043。因此，形成該垂直轉移電晶體Tr1、該重設電晶體Tr2及該放大閘極電晶體Tr3。該垂直轉移電晶體Tr1係形成於該像素之末端處。
在上面的程序之後或在上面的程序之前，在該p型半導體井區1027之表面上形成該第三光二極體PD3。藉由經由離子植入來堆疊該n型半導體區1032與其上之p型半導體區1033以形成pn接面來形成該光二極體PD3。此外，達到該p型半導體區1025的用於抑制暗電流的由n-區或p-區製成之通道區1036係形成以便與該p型半導體區1033相鄰。
在上面的程序之後，以普通方式透過該層間絕緣膜在該半導體基板1011之表面側上形成其中配置複數層佈線的多層佈線層。而且，在該半導體基板1011之背部上，循序形成用於抑制暗電流以便觸碰該n型半導體區1037之p型半導體區、該平坦化膜、該彩色濾光片及該晶片上微透鏡。因此，可獲得預期的背照式固態成像裝置1101。
作為形成該p型半導體區1025之另一方法，亦較佳的係首先形成該溝槽部分1022，接著藉由傾斜離子植入來在該溝槽部分1022之內壁表面中形成該p型半導體區1025。
依據該固態成像裝置之上面的製造方法，可形成在該半導體基板1011之深度方向上堆疊的複數個光二極體PD、該溢位路徑1035及用於抑制暗電流之p型半導體區1025，該p型半導體區覆蓋該垂直轉移電晶體Tr之轉移閘極部分。即，在各別範例中，可製造其中該飽和電荷量(Qs)係增加並且白色缺陷之發生係藉由抑制暗電流之發生來抑制的固態成像裝置1011。
而且，在依據該具體實施例之製造方法中，使用於該等閘極電極1024、1045及1056之側壁處的側壁1048作為遮罩藉由自對準藉由離子植入該n型雜質來形成該等源極/汲極區(n+區)1041、1042及1043與該FD。因此，由n+區製成的浮動擴散(FD)1040並不進入至在該轉移閘極部分之下的部分中，其抑制由於GIDL所致之暗電流。因為該浮動擴散(FD)1040係藉由使用該等側壁1048作為遮罩來形成，故甚至當於形成該垂直轉移電晶體Tr1之時遮罩未對準發生時仍可不斷地按一固定距離與該垂直轉移閘極部分分開而形成該浮動擴散(FD)1040。
在藉由透過該光阻遮罩1051離子植入來形成在該垂直轉移閘極部分周圍的p型半導體區1025之後，藉由等向性蝕刻相對於該遮罩開口1052來形成該側壁1056a，並藉由自對準來選擇性地蝕刻該p型半導體區1025之部分。因此， 可以較高精確度來形成對應於具有高縱橫比的溝槽部分1022之壁表面的p型半導體區1025。
首先形成該p型半導體區1025，並且之後藉由選擇性地蝕刻該p型半導體區1025來形成該溝槽部分1022，因此該p型半導體區1025係形成於該溝槽部分1022之底部部分處。因此，可抑制藉由發生於該垂直轉移電晶體Tr1之底部部分處的缺陷所引起的暗電流以及抑制白色缺陷的發生。
具體實施例59 [一固態成像裝置之組態]
圖89顯示依據本發明之具體實施例59的固態成像裝置。依據本發明之具體實施例之一固態成像裝置1102係藉由省略在具體實施例58之固態成像裝置1101中的組成在該基板之表面側上的第三光二極體PD3之n型半導體區1032與p型半導體區1033及該通道區1036來組態。在該組態中，在該第二光二極體PD2與該基板表面之間在該轉移閘極部分之下的一p型半導體井區具有該通道區1036的作用。因為其他組態與具體實施例58相同，故針對對應於圖73之部分給出相同符號，並省略重複說明。
依據本具體實施例的固態成像裝置1102之操作係與在上面的具體實施例58中說明的操作相同。
在依據具體實施例59的固態成像裝置1102中，應用其中省略在該基板表面側上之第三光二極體PD3的組態，因此該裝置適合於其中該像素大小係進一步減低之一情況。即，甚至當該像素大小係減低至難以在該基板表面上形成 該第三光二極體PD3之一程度時，仍可在深度方向上形成該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2，因此可確保該飽和電荷量(Qs)並抑制暗電流。此外，可獲得與在具體實施例58中說明的優點相同之優點。
具體實施例60 [一固態成像裝置之組態]
圖90顯示依據本發明之具體實施例60的固態成像裝置。依據該具體實施例之一固態成像裝置1103係藉由包括兩個光二極體(即，埋入至該基板中的第一光二極體PD1與在該基板表面側上的第三光二極體PD3)作為複數個光二極體來組態。即，應用其中在具體實施例58中省略該第二光二極體PD2的組態。而且在該範例中，形成由n型半導體區製成的溢位路徑1035，該溢位路徑相互連接欲成為該第一光二極體PD1與該第三光二極體PD3之電荷累積區的n型半導體區1028與1032。該溢位路徑1035兼為該轉移閘極部分之通道區1034。因為其他組態與具體實施例58相同，故自圖90中針對對應於圖73之部分給出相同符號，並省略重複說明。
依據具體實施例60之固態成像裝置1103，應用其中包括埋入於該基板中之第一光二極體PD1與在該基板表面上之第三光二極體PD3的兩個光二極體之組態。依據該組態，可確保該飽和電荷量(Qs)並抑制暗電流。因為應用該等光二極體PD1、PD3之雙層結構，故可使該垂直轉移電晶體Tr1之深度較淺。依據該組態，可藉由縮短該轉移路徑來 改良轉移效率以及可藉由減低該介面區域來抑制白色缺陷的發生。此外，可獲得與在具體實施例58中說明的該些優點相同之優點。
具體實施例61 [一固態成像裝置之組態]
雖然未顯示，但依據具體實施例61之一固態成像裝置係藉由僅形成一層埋入式光二極體PD作為光二極體來組態。即，依據該具體實施例之固態成像裝置具有其中自具體實施例58之固態成像裝置1101的組態省略該第二光二極體PD2、該第三光二極體PD3及該通道區1036之一組態。在該第一光二極體PD1與該基板表面之間在該轉移閘極部分之下的p型半導體井區1027具有該通道區的作用。其他組態與圖73相同。
而且在依據具體實施例61的固態成像裝置中，該轉移電晶體Tr1係形成於該像素之末端處，因此可大大確保該光二極體PD之面積，其增加該飽和電荷量(Qs)。此外，因為該p型半導體區1025係形成於該垂直轉移閘極部分周圍，故可抑制暗電流的發生與白色缺陷的發生。
在依據具體實施例61之固態成像裝置中，亦較佳的係應用其中替代該p型半導體區一n型半導體區係形成於該垂直轉移電晶體之轉移閘極部分周圍之一組態。在該組態之情況下，可進一步改良電荷轉移效率。
具體實施例62 [一固態成像裝置之組態]
圖91與圖92顯示依據本發明之具體實施例62的固態成像裝置。依據該具體實施例之一固態成像裝置1105係藉由二維地配置一像素組態1061(下文中稱為一接合像素)來組態，其中複數個光二極體(即，在該範例中係兩個光二極體)共用除該等轉移電晶體之像素電晶體。
圖93顯示依據該具體實施例的具有兩個像素的接合像素1061之一電路組態。該兩個光二極體PD(A)、PD(B)分別係連接至對應兩個轉移電晶體Tr1A、Tr1B之源極。該轉移電晶體Tr1A、Tr1B之汲極係連接至一個重設電晶體Tr2之一源極。在該等各別轉移電晶體Tr1A、Tr1B與該重設電晶體Tr2之間共用的浮動擴散(FD)1040係連接至一個放大電晶體Tr3之一閘極。該重設電晶體Tr2之一汲極與該放大電晶體Tr3之一汲極係連接至上面說明的選擇電源SELVDD，並且該放大電晶體Tr3之一源極係連接至該垂直信號線1009。
圖91顯示該接合像素1061之示意平面組態。在該接合像素1061中，該共用的浮動擴散(FD)1040係配置於中心處，並且兩個光二極體PD(A)、PD(B)係配置從而夾住該浮動擴散(FD)1040。該等各別轉移電晶體Tr1A、Tr1B係彼此面對地配置於各別像素之末端，即對應於該等光二極體PD(A)、PD(B)之邊角部分的位置。各別轉移閘極電極1024A、1024B係形成於該等光二極體PD(A)、PD(B)與該浮動擴散(FD)1040之間。如在圖92中所示，該重設電晶體Tr2與該放大電晶體Tr3係形成在該光二極體上的基板表面 側上。
依據該具體實施例的固態成像裝置1105形成其中兩組垂直電晶體與光二極體於中心處夾住該浮動擴散(FD)1040之一對稱組態。即，該垂直轉移電晶體Tr1A與該光二極體PD(A)之一組態係配置於一側處而該垂直轉移電晶體Tr1B與該光二極體PD(B)之一組態係配置於另一側處。該重設電晶體Tr2與該放大電晶體Tr3係形成於該p型半導體井區1027處。
該等垂直轉移電晶體Tr1A、Tr1B之組態與包括第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3與該溢位路徑1035的光二極體PD(A)、PD(B)之組態係與在圖73中所示的該些組態相同。
依據接合像素的固態成像裝置1105，該單元像素之飽和電荷量(Qs)係增加以及由於該接合像素所致該光二極體之面積係加寬，其進一步增加該飽和電荷量(Qs)。此外，該p型半導體區1025係形成於該垂直轉移閘極部分周圍，因此可抑制由於藉由該垂直轉移閘極部分而存在的缺陷所致之暗電流以及可抑制白色缺陷的發生。此外，可獲得與在具體實施例58中說明的該些優點相同之優點。
具體實施例63 [一固態成像裝置之組態]
圖94顯示依據本發明之具體實施例63的固態成像裝置。依據該具體實施例之一固態成像裝置1106具有一組態，其中複數個光二極體PD(PD1至PD3)係在該半導體基板1011 之深度方向上形成並且該轉移電晶體Tr1係以一垂直類型形成，該轉移電晶體之通道方向相對於該半導體基板係垂直的。此外，形成由該n型半導體區製成之溢位路徑1035，該溢位路徑彼此連接欲成為該等各別光二極體PD1至PD3之電荷累積區的n型半導體區1028、1030及1032。在該範例中，該溢位路徑1035係形成以便兼為該通道區1034。
此外在該具體實施例中，用於調整一閘極介面之一離子植入區係形成於該轉移閘極部分周圍，即於形成於該溝槽部分1022之一內壁表面處的閘極絕緣膜1023與該半導體基板1011之間的閘極介面處。作為該離子植入區，在該具體實施例中形成一n型半導體區1058。該n型半導體區1058係藉由一離子植入程序來形成，該離子植入程序不同於該溢位路徑1035與該等光二極體PD之n型半導體區1028、1030及1032之形成程序，其貢獻電荷轉移效率之改良。該溝槽部分1022之底部部分係由該p型半導體區而非該n型半導體區1058製成。可藉由在藉由應用與上面已說明的具體實施例58中用於抑制暗電流的p型半導體區1025之形成程序相同的程序來離子植入一n型雜質至該半導體基板中之後形成該溝槽部分1022來形成該n型半導體區1058。或者，可藉由其中在形成該溝槽之後在該溝槽之側壁中實行傾斜離子植入之一程序來形成該n型半導體區1058。因為其他組態與具體實施例58相同，故針對對應於圖73之部分給出相同符號，並省略重複說明。
在依據具體實施例63之固態成像裝置1106中，在該半導體基板1011之深度方向上堆疊複數個光二極體PD(PD1至PD3)，並透過該溢位路徑1035連接該等各別光二極體PD1至PD3之n型半導體區1028至1032。於累積電荷之時，當光二極體PD之任一者達到該飽和電荷量時，超過該飽和電荷量之電荷係透過該溢位路徑1035累積於尚未飽和的另一光二極體PD中。依據該組態，每一單元像素的有效飽和電荷量(Qs)係增加，甚至當該像素大小係減低時仍可增加動態範圍並可改良對比度。
此外，該n型離子植入區1058係形成於在該垂直轉移閘極部分周圍的閘極介面處，因此可進一步改良電荷轉移效率。
該轉移電晶體Tr1係形成為垂直電晶體以及該轉移電晶體Tr1係形成於該像素1002之末端處，藉此大大確保該等光二極體PD(PD1至PD3)之面積並增加每一單元像素之飽和電荷量(Qs)。
除上述以外，以如在具體實施例58中所說明的相同方式，複數個光二極體PD係堆疊並且該溢位路徑1035係形成於組成該等光二極體PD之p型半導體區1029、1031與該轉移閘極部分之間。即，該等光二極體PD之p型半導體區1029、1031係與該轉移閘極部分分開達一必要距離來形成。可藉由調整該偏移量透過用作該溢位路徑1035的通道區1034在垂直方向上完全轉移累積於該等光二極體PD中的信號電荷。此外，可確保欲累積於該等光二極體PD中的飽 和電荷量(Qs)。因此，可設計實現此類完整轉移以及確保該飽和電荷量(Qs)的組態。
在具體實施例63中的其中該n型半導體區1058係提供於該垂直轉移閘極部分周圍的組態亦可應用於具有在上面說明的具體實施例59、60及62中所示的光二極體組態之固態成像裝置。
在上面的具體實施例中，已說明使用電子作為信號電荷的固態成像裝置。本發明亦可應用於使用電洞作為信號電荷之一固態成像裝置。在此情況下，關於各別半導體區之導電型，該第一導電型將係n型而該第二導電型將係p型，其與上面的具體實施例相反。
一電子設備之具體實施例 [一電子設備之組態]
依據本發明之具體實施例之任一者的固態成像裝置可應用於諸如具備該固態成像裝置的包括一數位相機、一攝錄影機及類似者之相機系統、具有成像功能之一蜂巢式電話及具有成像功能之其他設備的電子設備。
圖71顯示其中本發明係應用於作為電子設備之一範例之一相機的具體實施例62。依據該具體實施例之一相機係(例如)可成像靜態圖像或移動圖像之一攝錄影機。依據該具體實施例之一相機包括一固態成像裝置1、一光學透鏡(光學系統)110、一快門裝置111、一驅動電路112及一信號處理電路113。
作為該固態成像裝置1，應用上面說明的具體實施例58 至具體實施例63的固態成像裝置之任一者。較佳的係，應用在具體實施例58、59、60、62及63中的固態成像裝置之任一者。該光學透鏡110在該固態成像裝置1之一成像表面上成像來自一主題之影像光(入射光)。因此，針對一固定時間週期在該固態成像裝置1中累積信號電荷。該光學透鏡110可以係包括複數個光學透鏡之一光學系統。該快門裝置111相對於該固態成像裝置1來控制光之一照射週期與一屏蔽週期。該驅動電路112供應控制信號從而控制該固態成像裝置1之轉移操作與快門操作。該固態成像裝置1之信號轉移係藉由自該驅動電路112供應之一驅動信號(時序信號)來實行。該信號處理電路113實行各種信號處理。已接收信號處理之視訊信號係儲存於諸如一記憶體之一記錄媒體中或係輸出至一監視器。
在依據該具體實施例之相機中，可實現該飽和電荷量(Qs)之增加與該動態範圍之改良，可抑制暗電流之發生並藉此抑制白色缺陷之發生，因此可減低該像素大小。因此，該電子設備在大小上可較小以及可獲得具有高影像品質之電子設備。
[一固態成像裝置之整體組態]
參考圖5說明應用下文將說明的具體實施例64與具體實施例65之一CMOS固態成像裝置(即，一CMOS影像感測器)之整體組態。
在圖5中所示之一固態成像裝置1包括具有配置在由Si製成之一半導體基板2030上的複數個像素2之一成像區域3、 一垂直驅動電路4、行信號處理電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7、一控制電路8及作為該成像區域3之周邊電路的類似者。
該像素2包括作為一光電轉換元件之一光二極體與複數個MOS電晶體，並且複數個像素2係以二維陣列狀態來規則地配置在該半導體基板2030上。
該成像區域3包括以二維陣列狀態規則地配置的複數個像素2。該成像區域3包括：一有效像素區域，其中實際上接收光並累積藉由光電轉換所產生的信號電荷；以及一黑色參考像素區域，其係形成於該有效像素區域周圍以用於輸出欲成為一黑色位準之一參考的光學黑色。
該控制電路8基於一垂直同步信號、一水平同步信號及一主時脈來產生一時脈信號、一控制信號及類似者以作為該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5、該水平驅動電路6及類似者之操作的參考。在該控制電路8中產生的時脈信號、控制信號及類似者係輸入至該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5及該水平驅動電路6及類似者。
該垂直驅動電路4包括(例如)一移位暫存器，從而在垂直方向上循序地按列來選擇性地掃描在該成像區域3中之各別像素2。接著，基於依據在各別像素2之光二極體中的光接收量所產生的信號電荷之像素信號係透過垂直信號線來供應至該行信號處理電路5。
該行信號處理電路5係配置於(例如)像素2之各別行處，從而使用來自一黑色參考像素區域(形成於該有效像素區 域周圍，但未顯示)之一信號按像素行來對自一列之像素2輸出的信號實行諸如雜訊移除之信號處理或信號放大。水平選擇開關(未顯示)係提供於在該等電路5與一水平信號線2031之間的行信號處理電路5之輸出級處。
該水平驅動電路6包括(例如)一移位暫存器，從而藉由循序輸出水平掃描脈衝來循序選擇各別行信號處理電路5以藉此允許各別行信號處理電路5輸出像素信號至該等水平信號線2031。
該輸出電路7對透過該水平信號線2031自個別行信號處理電路5循序供應的信號實行信號處理並輸出該等信號。
說明如下的固態成像裝置係包括於在圖5中所示之固態成像裝置1中，並且其特別顯示在有效成像區域中的斷面組態。
具體實施例64 [一固態成像裝置之組態]
圖95顯示依據本發明之具體實施例64的一固態成像裝置之示意斷面組態。圖95顯示一個像素的斷面組態。
[組態]
本具體實施例之一固態成像裝置包括：複數層光二極體，其係在一半導體基板2010中以不同深度藉由使用在作為一第一導電型之一p型雜質區與作為一第二導電型之一n型雜質區之間的接面表面進行堆疊來形成；一垂直電晶體Tr；以及一溢位路徑2021。
下文將詳細說明該具體實施例之固態成像裝置之組態。
該半導體基板2010係由包括一p型雜質區(p)之一半導體材料製成。
該光二極體PD包括：一n型低濃度雜質區(下文中稱為一n-區)2011，其係形成於該半導體基板2010中；一第一n型雜質區2012、一第一p型高濃度雜質區2013、一第二n型雜質區2014及一第二p型高濃度雜質區2015，其係相對於該n-區2011在該表面側上循序堆疊。在該光二極體PD中，一第一光二極體PD1係藉由包括在該第一n型雜質區2012與該第一p型高濃度雜質區2013之間之一接面表面來形成。而且，一第二光二極體PD2係藉由包括在該第二n型雜質區2014與該第二p型高濃度雜質區2015之間之一接面表面來形成。因此，在該具體實施例中，包括該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2之光二極體PD係在該半導體基板2010之深度方向上形成。圖96A、圖96B、圖96C及圖96D分別顯示沿圖95之A-A'線、B-B'線、C-C'線及D-D'線截取的斷面圖。
該垂直電晶體包括透過一閘極絕緣膜2017形成之一讀取閘極電極2018、一浮動擴散區2016及一轉移通道2020。
該讀取閘極電極2018係自該半導體基板2010之表面以達到包括於該第一光二極體PD1中之第一p型高濃度雜質區2013的深度來以一圓柱形形狀形成。即，該讀取閘極電極2018係沿在深度方向上自該半導體基板2010之表面形成的第二光二極體PD2與第一光二極體PD1以一垂直形狀形成。如從在圖96A至圖96D中所示的各別層之平面組態可 看出，在該具體實施例中該讀取閘極電極2018係形成於包括於該像素中的第一光二極體PD1與第二光二極體PD2之中心部分處。該閘極絕緣膜2017係形成於該讀取閘極電極2018與該半導體基板2010之間以及係形成從而在該半導體基板2010之表面上延伸。
以圓柱形形狀形成的讀取閘極電極2018係藉由埋入至透過該閘極絕緣膜2017自該半導體基板2010之表面側以達到該第一p型高濃度雜質區2013之深度以一圓柱形形狀形成之一溝槽部分中的多晶矽來形成。作為該閘極絕緣膜2017，可使用一氧化矽膜及類似者。
該浮動擴散區2016係由一n型高濃度雜質區(n+)製成，該浮動擴散區係形成於該半導體基板2010之表面處。
該轉移通道2020係由一n型低濃度雜質區(n-)製成，該轉移通道係形成於與透過該閘極絕緣膜2017形成於該半導體基板2010中的讀取閘極電極2018相鄰之一部分處。該轉移通道2020係形成以便觸碰該浮動擴散區2016及包括於該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2中的第一n型雜質區2012與第二n型雜質區2014。該第二n型雜質區2014係形成以便在該轉移通道2020之區中更接近該讀取閘極電極2018。若該第二n型雜質區2014透過該閘極絕緣膜2017完全觸碰該讀取閘極電極2018，則當信號電荷係透過該轉移通道轉移時接面電容係增加並且效率係減低。然而，該第二n型雜質區2014係接近該讀取閘極電極2018形成而不觸碰該電極，藉此進一步增加該第二光二極體PD2之飽和電 荷量。
在該垂直電晶體Tr中，當施加正電壓至該讀取閘極電極2018時，該轉移通道2020之電位係改變。因此，累積於包括於該光二極體PD中的第一光二極體PD1與第二光二極體PD2中之信號電荷係透過該轉移通道2020轉移並係讀取至該浮動擴散區2016。
圖97顯示在該具體實施例之固態成像裝置中的第一光二極體PD1、第二光二極體PD2及浮動擴散區2016之雜質濃度。在圖97中的水平軸指示自該半導體基板2010之表面的深度而該垂直軸指示該雜質濃度。
如在圖97中所示，包括於該光二極體PD1中的第一n型雜質區(n)2012之雜質濃度係1017/cm3。包括於該光二極體PD1中的第一p型高濃度雜質區(p+)2013之雜質濃度係1017至1018/cm3。包括於該第二光二極體PD2中的第二n型雜質區(n)2014之雜質濃度係1017/cm3。包括於該第二光二極體PD2中的第二p型高濃度雜質區(p+)2015之雜質濃度係1018至1019/cm3。包括於該浮動擴散區2016中的n型高濃度雜質區(n+)之雜質濃度係1020/cm3或更多。在圖97中所示的雜質濃度係以對數顯示，因此該第一n型雜質區2012與該第二n型雜質區2014係在相同階上，但該第二n型雜質區2014之雜質濃度實際上係大致兩倍高。
而且依據在圖97中所示的雜質濃度分佈，該第二n型雜質區2014係完全空乏。該第二n型雜質區2014具有可允許該區係完全空乏的雜質濃度分佈，藉此當累積於該第二n 型雜質區2014中的信號電荷係轉移時允許該第二n型雜質區2014再次係完全空乏，因此可轉移所有信號電荷。信號電荷之剩餘部分並不混合至接下來欲累積的信號電荷中並可如上面所說明藉由完全空乏該第二n型雜質區2014來消除殘像。
依據在圖97中所示的濃度分佈，可改良將累積於在該半導體基板2010之深度方向上形成的第一光二極體PD1與第二光二極體PD2中之信號電荷讀取至該浮動擴散區2016的效率。
當藉由離子植入來形成複數層p型雜質區與n型雜質區時，在該半導體基板2010中一較深位置處的雜質區傾向於擴展並具有較低濃度。因此，以類似於該具體實施例的雜質濃度分佈之製造較容易。
此外，當包括於該第二光二極體PD2中的第二n型雜質區2014係形成以便接近該讀取閘極電極2018時，接近該讀取閘極電極2018之一區的雜質濃度變得較高。因此，可於接近該讀取閘極電極2018之區處累積電子並且該轉移變得較容易。
在該具體實施例中，該轉移通道2020兼為該溢位路徑2021。於累積信號電荷於該光二極體PD中之時，該溢位路徑2021係用作用於轉移超過一個光二極體之飽和電荷量的信號電荷至另一光二極體或至該浮動擴散區2016之一路徑。即，於累積信號電荷至該光二極體PD之時，該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2及該浮動擴散區2016係藉 由該溢位路徑2021電連接。
在該具體實施例中，當一個光二極體係視為該第一光二極體PD1時，另一光二極體可以係視為該第二光二極體PD2。
包括於一個像素中的另一MOS電晶體之一源極/汲極區係在該半導體基板2010之表面上藉由一n型高濃度雜質區(n+)2019形成。作為該MOS電晶體，(例如)可引用一選擇電晶體、一重設電晶體、一放大電晶體或類似者。在圖95中，通常僅顯示包括於在一個像素中形成的MOS電晶體中之一個源極/汲極區。
該具體實施例之固態成像裝置可用作一背照式固態成像裝置及用作一前照式固態成像裝置。圖98顯示當其係用作該背照式固態成像裝置時的示意斷面組態。
如在圖98中所示，所需佈線層係透過一層間絕緣膜2029形成在該半導體基板2010之表面側上。在圖98中所示之一範例中，形成三個佈線層1M至3M。該等所需佈線係透過一接觸部分彼此連接。
在該半導體基板2010之背側上，一p型高濃度雜質區2025係形成以便觸碰包括於該光二極體PD中的n-區2011。此外，在該半導體基板2010之背側上，(例如)循序形成由SiN製成之一鈍化膜2026、一彩色濾光片2027及一晶片上透鏡2028。
[驅動方法]
在下文中，將說明一驅動方法，其引用其中該具體實施 例之固態成像裝置係背照式類型之一情況作為一範例。
首先，自在圖98中所示的固態成像裝置之背側(即，自該晶片上透鏡2028側)照射一光L。接著，使藉由該晶片上透鏡2028聚集的光透過該彩色濾光片2027入射在該光二極體PD上。
入射在該光二極體PD上的光係在該n-區2011、該第一光二極體PD1及該第二光二極體PD2中光電地轉換以產生信號電荷。該等產生的信號電荷係累積於包括於該第一光二極體PD1中之第一n型雜質區2012中或累積於包括於該第二光二極體PD2中之第二n型雜質區2014。該具體實施例之固態成像裝置經組態用以具有一組態，其中該讀取閘極電極2018之一底部部分透過該閘極絕緣膜2017觸碰該第一p型高濃度雜質區2013，並且於該累積信號電荷之時施加負電壓至該讀取閘極電極2018。據此，電洞係透過該閘極絕緣膜2017釘住於該讀取閘極電極2018之底部部分處。其中電洞係釘住的電洞釘扎如上面所說明發生，藉此關閉自該讀取閘極電極2018之底部部分與該閘極絕緣膜2017進入至該第一p型高濃度雜質區2013中的暗電流雜訊。因此，可減低達到該第一光二極體PD1與該第二光二極體PD2之暗電流。
圖99A至圖99E顯示沿在圖95中之P-P'線截取的電位分佈圖，其顯示於累積信號電荷之時累積於由該第一n型雜質區2012與該第二n型雜質區2014製成之電位井中的信號電荷之狀態。在該具體實施例之固態成像裝置中，如在圖 99A至圖99E中所示，形成在該半導體基板2010之一更深側上的第一光二極體PD1具有比該第二光二極體PD2高的電位。形成於該第一光二極體PD1中的電位井淺於形成於該第二光二極體PD2中的電位井。
在該光二極體PD中藉由光電轉換產生的信號電荷首先係累積於由該第一n型雜質區2012製成的電位井中，如在圖99A中所示。接著，發射較強光，欲產生的信號電荷係增加並超過該第一n型雜質區2012之飽和電荷量。在此一情況下，使由該第一n型雜質區2012製成的電位井溢位的信號電荷「e」係透過該溢位路徑2021如在圖99B中所示轉移至由該第二n型雜質區製成的電位井。此時，該等電位係如在圖99A至99E中所示，因此超過該第一n型雜質區2012之飽和電荷量的信號電荷「e」係完全轉移至該第二n型雜質區2014。
接著，如在圖99C中所示，進一步超過由該第二n型雜質區2014製成的電位井之飽和電荷量的信號電荷「e」係轉移至該浮動擴散區2016。接著，如在圖99D中所示，轉移至該浮動擴散區2016的信號電荷「e」係藉由施加至該浮動擴散區2016的重設電壓來重設。即，在該具體實施例中，超過該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2之飽和電荷量的信號電荷「e」係轉移至該浮動擴散區2016並在該處係重設。
在累積信號電荷之後，施加正電壓至該讀取閘極電極2018。接著，兼為該溢位路徑2021的轉移通道2020之電位 變得較深，如在圖99E中所示。因此，累積於該第一n型雜質區2012與該第二n型雜質區2014中的信號電荷係透過該轉移通道2020轉移並同時係讀取至該浮動擴散區2016。
之後的驅動方法與一正常固態成像裝置之驅動相同。即，信號電荷係轉移至該浮動擴散區2016而在該浮動擴散區2016中的電壓改變係藉由一未顯示的放大電晶體來放大以係輸出。
在該具體實施例之固態成像裝置中，包括該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2之兩個光二極體係在該半導體基板2010之深度方向上形成。透過該溢位路徑2021，可於累積信號之時在該第一光二極體PD1、該第二光二極體PD2及該浮動擴散區2016之間轉移信號電荷。因此，超過一個光二極體之飽和電荷量並使該光二極體溢位的信號電荷係累積於另一光二極體中。依據該組態，整體光二極體PD之飽和電荷量係增加。因此，可改良該固態成像裝置之敏感度。
當信號電荷進一步使另一光二極體溢位時，該等電荷係轉移至該浮動擴散區2016並係藉由施加重設電壓來重設。
在該具體實施例之固態成像裝置中，形成在該光二極體PD之深度方向上埋入的包括該讀取閘極電極2018之垂直電晶體Tr。因此，累積於在該半導體基板2010之深度方向上形成的第一光二極體PD1與第二光二極體PD2中之信號電荷可係完全轉移至該浮動擴散區2016。
雖然該具體實施例之固態成像裝置係藉由包括該第一光 二極體PD1與該第二光二極體PD2之兩個光二極體來組態，但可堆疊兩個或更多、複數所需數目個光二極體。複數數目個光二極體係堆疊，藉此甚至當該像素大小係減低時仍增加該飽和電荷量(Qs)以及改良敏感度。即，可容易地實現該像素大小減低同時增加該飽和電荷量與改良敏感度，因此該具體實施例之組態對於減低該像素大小而言係有利的。此外，因為可增加該飽和電荷量並可增加該動態範圍，故該對比度之改良係實現。
此外，當施加背照式固態成像裝置時，其中形成包括於該固態成像裝置中的複數個像素電晶體之側係與其上入射光之側相對。因為在前照式類型之情況下在該半導體基板2010之表面上針對開口之區域係必要的，故限制形成在該半導體基板2010上形成之像素電晶體的位置。然而，在背照式固態成像裝置之情況下，該等像素電晶體、佈線及類似者並不配置在該光入射側上，因此可擴展該光二極體PD之面積並且該配置並不受在該像素大小之減低方面的設計規則所影響。此外，因為可在該半導體基板2010之一較深位置中形成在該表面側上的光二極體，故可減低該缺陷位準對該半導體基板2010之表面的影響。
在該具體實施例之固態成像裝置中，該讀取閘極電極2018之底部部分與該閘極絕緣膜2017係以達到該第一p型高濃度雜質區之深度形成。然而，可將該讀取閘極電極2018形成至其中可讀取累積於該第一光二極體PD中的信號電荷之深度。例如，亦較佳的係該讀取閘極電極2018係形 成以便達到在該第一n型雜質區2012與該第一p型高濃度雜質區2013之間的接面表面。然而，當該讀取閘極電極2018觸碰該n型雜質區時，於讀取信號電荷之時耦合電容係增加，因此讀取效率係減低。在該具體實施例中，該讀取閘極電極2018之底部部分與該閘極絕緣膜2017並不觸碰該n型雜質區，藉此改良讀取效率。
在該具體實施例中，亦較佳的係在該半導體基板2010之深度方向上形成的光二極體PD中之第二n型雜質區2014係按與該第一p型高濃度雜質區2013與第二p型高濃度雜質區2015相同的距離與該讀取閘極電極2018分開形成，如在圖100中所示。
具體實施例65 [一固態成像裝置之組態]
圖101顯示依據具體實施例65的一固態成像裝置之示意斷面組態。在圖101中，針對對應於圖95之部分給出相同符號並省略重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，一溢位路徑2022係由形成於該第一p型高濃度雜質區2013與該第二p型高濃度雜質區2015之部分處的一n型雜質區製成。該溢位路徑2022係藉由離子植入該n型雜質至該第一p型高濃度雜質區2013與第二p型高濃度雜質區2015之部分中來形成。形成於該第一p型高濃度雜質區2013中的n型雜質區電連接該第一n型雜質區2012至該第二n型雜質區2014。而且，形成於該第二p型高濃度雜質區2015中的n型雜質區電連接該第二 n型雜質區2014至該浮動擴散區2016。
在該具體實施例之固態成像裝置中，於累積信號電荷之時，使由該第一n型雜質區2012製成之一電位井溢位的信號電荷係透過形成於該第一p型高濃度雜質區2013中的溢位路徑2022累積於該第二n型雜質區2014中。接著，使由該第二n型雜質區2014製成之一電位井進一步溢位的信號電荷係透過形成於該第二p型高濃度雜質區2015中的溢位路徑2022轉移至該浮動擴散區2016並係在該處重設。
接著，在累積信號電荷之後，施加正電壓至該讀取閘極電極2018。因此，兼為該溢位路徑2021的轉移通道2020之電位以與具體實施例64相同之方式變得較深。據此，累積於該第一n型雜質區2012與該第二n型雜質區2014中的信號電荷係透過該轉移通道2020轉移並同時係讀取至該浮動擴散區2016。
而且，在該具體實施例之固態成像裝置中，可獲得與具體實施例64相同的優點。在該具體實施例中，該溢位路徑2022係由該n型雜質區製成，但亦較佳的係若一p型低雜質區係具有可轉移溢位信號電荷的電位之一區則該溢位路徑2022係由該p型低雜質區製成。
在本發明中的溢位路徑之組態並不限於在上面說明的具體實施例64與具體實施例65中的溢位路徑之組態。可施加一組態，其中於累積信號電荷之時可在複數個光二極體之中轉移超過各別光二極體之飽和電荷量並使該等光二極體溢位的信號電荷。
在該固態成像裝置之上面的具體實施例中，已作為一範例說明其中本發明係應用於其中偵測對應於可見光之光量的信號電荷作為物理量的單元像素係以一矩陣狀態配置的影像偵測器的情況。然而，本發明並不限於針對該影像感測器之應用，並且可應用於整個行型固態成像裝置，其中行電路係配置於在該像素陣列區域中之各別像素行處。
此外，本發明之應用並不限於其中可見光之入射光量的分佈係偵測並成像為一影像的固態成像裝置，並且本發明可應用於其中紅外線、X射線或粒子之入射光量的分佈係成像為一影像之一固態成像裝置。在廣義上，本發明亦可應用於所有固態成像裝置(物理量分佈偵測裝置)，例如一指紋偵測感測器，該指紋偵測感測器偵測諸如壓力或電容之其他物理量的分佈。
此外，本發明並不限於藉由逐列掃描在該像素陣列部分中的各別單元像素來從各別單元像素讀取像素信號的固態成像裝置。例如，本發明亦可應用於一X-Y位址型固態成像裝置，其按像素來選擇一任意像素並按像素來從選定像素讀取信號。
該固態成像裝置可以係形成為一單晶片或可以係形成為具有成像功能之一模組狀態，其中成整體地封裝一成像單元、一信號處理單元或一光學系統。
本發明並不限於該固態成像裝置而可應用於一成像設備。此處，該成像設備意指具有成像功能之一電子設備，例如諸如一數位靜態相機與一數位攝錄影機之相機系統、 一蜂巢式電話及類似者。存在一情況，其中欲安裝在該電子設備上的模組狀態(即，一相機模組)係界定為一成像設備。
具體實施例66 [電子設備]
在下文中，顯示其中依據本發明之上面的具體實施例之固態成像裝置係用於一電子設備中之一具體實施例。在以下說明中，將說明其中已在具體實施例64或具體實施例65中說明之一固態成像裝置係用於一相機之一範例。
圖71顯示依據本發明之具體實施例66的示意平面組態。依據該具體實施例之相機係(例如)可成像靜態圖像或移動圖像之一攝錄影機。依據該具體實施例之一相機包括該固態成像裝置1、一光學透鏡110、一快門裝置111、一驅動電路112及一信號處理電路113。
該光學透鏡110在該固態成像裝置1之一成像表面上成像來自一主題之一影像光(入射光)。因此，針對一固定時間週期在該固態成像裝置1中累積信號電荷。該光學透鏡110可以係包括複數個光學透鏡之一光學透鏡系統。
該快門裝置111相對於該固態成像裝置1來控制光之一照射週期與一屏蔽週期。
該驅動電路112供應一驅動信號以用於控制該固態成像裝置1之轉移操作與該快門裝置111之快門操作。該信號轉移係藉由自該驅動電路112供應之一驅動信號(時序信號)來實行。該信號處理電路113實行各種信號處理。已接收信 號處理之視訊信號係儲存於諸如一記憶體之一儲存媒體中或係輸出至一監視器。
在先前技術中，藉由減低該像素大小由於該開放區域比之減低所致該光二極體之飽和電荷量係減低，因此在該電子設備中該大小減低與高影像品質彼此衝突。然而，在該具體實施例之相機中，可減低在該固態成像裝置中的像素大小同時增加該飽和電荷量(Qs)以及改良敏感度。因此，可減低該電子設備之大小以及獲得具有更高影像品質之電子設備。簡言之，在該電子設備中可實現大小減低、高解析度及高影像品質。
在依據上面說明的具體實施例64至66的固態成像裝置中，本發明係應用於其中信號電荷係電子的固態成像裝置，但可應用於其中信號電荷係電洞之一固態成像裝置。在此類情況下，可藉由將該第一導電型視為該n型並將該第二導電型視為該p型來實現上面的範例。
圖5顯示應用本發明之一固態成像裝置(即，一CMOS影像感測器)之一具體實施例的示意組態。依據該具體實施例之一固態成像裝置3001包括：一成像區域3，其中包括光電轉換器的光二極體之複數個像素2係以一二維陣列狀態規則地配置在一半導體基板(例如，一Si基板13)上；作為其周邊電路之一垂直驅動電路4、行信號處理電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7、一控制電路8及類似者。
該控制電路8基於一垂直同步信號、一水平同步信號及一主時脈來產生一時脈信號、一控制信號及類似者以作為 該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5、該水平驅動電路6及類似者之操作的參考。在該控制電路8中產生的時脈信號、控制信號及類似者係輸入至該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5及該水平驅動電路6及類似者。
該垂直驅動電路4包括(例如)一移位暫存器，從而在垂直方向上循序地按列來選擇性地掃描在該成像區域3中之各別像素2。接著，基於依據在各別像素2之光二極體中的光接收量所產生的信號電荷之像素信號係透過垂直信號線來供應至該行信號處理電路5。
該行信號處理電路5係配置於(例如)像素2之各別行處，從而使用來自一黑色參考像素區域(形成於該有效像素區域周圍，但未顯示)之一信號按像素行來對自一列之像素2輸出的信號實行諸如雜訊移除之信號處理或信號放大。水平選擇開關(未顯示)係提供於在該等電路5與一水平信號線3010之間的行信號處理電路5之輸出級處。
該水平驅動電路6包括(例如)一移位暫存器，從而藉由循序輸出水平掃描脈衝來循序選擇各別行信號處理電路5以藉此允許各別行信號處理電路5輸出像素信號至該等水平信號線3010。
該輸出電路7對透過該水平信號線3010自個別行信號處理電路5循序供應的信號實行信號處理並輸出該等信號。
在說明如下的具體實施例67至71中之固態成像裝置係包括於在圖5中所示的固態成像裝置1中，其中在有效成像區域中的像素2之斷面組態係彼此不同。因為其他組態與圖5 相同，故在具體實施例67至71中僅顯示相關部分的斷面組態，省略其他組態之說明。
具體實施例67
圖102顯示依據本發明之具體實施例67的一固態成像裝置之一像素部分中的斷面組態。圖102顯示一個像素(即，一單元像素區域3020)之斷面組態。
該具體實施例之固態成像裝置包括藉由在一第一導電型矽基板3021中自一面(在下文中，一表面)側在深度方向上交替地堆疊複數個層所形成的第一導電型半導體層與第二導電型半導體層。此外，複數個垂直電晶體Tr1、Tr2及Tr3係自該矽基板3021之表面側以所需深度形成。該等垂直電晶體Tr1、Tr2及Tr3對應於稍後將說明的電荷轉移電晶體。在該矽基板3021之表面側上，形成一佈線層3047，並在該矽基板3021之背側上，形成一晶片上透鏡3031。簡言之，該具體實施例之固態成像裝置例示一背照式固態成像裝置，其中光係自該佈線層3047之相反側入射。
在以下說明中，界定該第一導電型係一p型而該第二導電型係一n型，並且該第一導電型半導體層指示一p型半導體層而該第二導電型半導體層指示一n型半導體層，該等半導體層係以一堆疊方式形成。
形成以便係在該矽基板3021中交替地堆疊的p型半導體層與n型半導體層係形成於該單元像素區域3020中欲成為一光二極體之一區處。在該具體實施例中，一第一p型半導體層3028、一第一n型半導體層3027、一第二p型半導體 層3026、一第二n型半導體層3025、一第三p型半導體層3024及一第三n型半導體層3023係循序堆疊於該矽基板3021之表面側中。交替堆疊的p型半導體層與n型半導體層組成在該單元像素區域3020中的複數個光二極體。該第一p型半導體層至第三p型半導體層3028、3026及3024與該第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023係以一平板形狀形成並係堆疊。在該具體實施例中，該第一p型半導體層至第三p型半導體層3028、3026及3024具有比該p型矽基板3021高的雜質濃度。
在最前側上形成的第一n型半導體層3027係形成以使得在該第一p型半導體層3028與該第一n型半導體層3027之間之一pn接面「j1」的深度將係對應於其中當自該背側照射光時紅光係吸收之一位置的深度。自前側以第二深度形成的第二n型半導體層3025係形成以使得在該第二p型半導體層3026與該第二n型半導體層3025之間之一pn接面「j2」的深度將係對應於其中當自該背側照射光時綠光係吸收之一位置的深度。在最背側上形成的第三n型半導體層3023係形成以使得在該第三p型半導體層3024與該第三n型半導體層3023之間之一pn接面「j3」的深度將係對應於其中當自該背側照射光時藍光係吸收之一位置的深度。
接著，該第一p型半導體層3028與該第一n型半導體層3027組成一第一光二極體PD1，該第一光二極體實行紅光之光電轉換。
該第二p型半導體層3026與該第二n型半導體層3025組成 一光二極體PD2，該光二極體實行綠光之光電轉換。
該第三p型半導體層3024與該第三n型半導體層3023組成一光二極體PD3，該光二極體實行藍光之光電轉換。
該等pn接面「j1」至「j3」係形成於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中，藉此在該第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023中形成電位井。因此，在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中，於各別第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023及其附近處藉由光電轉換所獲得的信號電荷係累積於在各別第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023中形成的電位井中。即，該各別第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023對應於信號累積區。信號電荷之累積電容係藉由在n型半導體層及p型半導體層之間的電位差異與該空乏層電容來判定。因為在該具體實施例中該第一p型半導體層至第三p型半導體層3028、3026及3024具有比該矽基板3021高的雜質濃度，故可充分確保在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的信號電荷之累積電容。
在本具體實施例中，形成包括對應於上面的各別第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3之閘極電極3033、3037及3042的轉移電晶體Tr1、Tr2及Tr3。
首先，該第一轉移電晶體Tr1之閘極電極3033係自該矽基板3021之表面側以達到該第一光二極體PD1之pn接面「j1」之一深度來形成。該第二轉移電晶體Tr2之閘極電 極3037係自該矽基板3021之表面側以達到該第二光二極體PD2之pn接面「j2」之一深度來形成。該第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042係自該矽基板3021之表面側以達到該第三光二極體PD3之pn接面「j3」之一深度來形成。
此等閘極電極3033、3037及3042係藉由在其中形成該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3的矽基板3021中提供垂直開口並透過一閘極絕緣膜3034埋入一電子材料至該等開口來形成。此外，該等閘極電極3033、3037及3042係以一圓柱形形狀或一稜鏡形狀形成，該等閘極電極係沿該矽基板3021之深度方向以一長垂直形狀形成。在各別垂直轉移電晶體Tr1、Tr2及Tr3中，一閘極部分分別係藉由包括該等閘極電極3033、3037及3042之每一者、該閘極絕緣膜3034及一稍後說明的通道部分來形成。
此處，包括該第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042的閘極部分之一閘極長度長於包括該第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3037的閘極部分之一閘極長度。包括該第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3037的閘極部分之一閘極長度長於包括該第一轉移電晶體Tr1之閘極電極3033的閘極部分之一閘極長度。
於在該矽基板3021之表面上以及觸碰對應於該等各別閘極電極3033、3037及3042之閘極部分的區域處，個別地形成具有高雜質濃度的n型半導體區，即n+源極/汲極區3046、3041及3045。因此，包括於該具體實施例之固態成像裝置中的第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1、Tr2及 Tr3係垂直電晶體，其中信號電荷係沿埋入於該矽基板3021中的垂直閘極電極3033、3037及3042在一垂直方向上轉移。
依據上面的組態，該第一轉移電晶體Tr1之一通道部分3039係沿該垂直閘極電極3033自該第一n型半導體層3027至該n+源極/汲極區3046形成。該第二轉移電晶體Tr2之一通道部分3040係沿該垂直閘極電極3037自該第二n型半導體層3025至該n+源極/汲極區3041形成。該第三轉移電晶體Tr3之一通道部分3044係沿該垂直閘極電極3042自該第三n型半導體層3023至該n+源極/汲極區3045形成。此等通道部分3039、3040及3044較佳的係相對於該矽基板3021之表面在垂直方向上形成，以便平行於該等各別閘極電極3033、3037及3042。
在該第一轉移電晶體Tr1中，包括於該第一光二極體PD1中的第一n型半導體層3027兼為源極/汲極區。因此，累積於該第一n型半導體層3027中的信號電荷係透過該通道部分3039轉移至該n+源極/汲極區3046。
在該第二轉移電晶體Tr2中，包括於該第二光二極體PD2中的第二n型半導體層3025兼為源極/汲極區。因此，累積於該第二n型半導體層3025中的信號電荷係透過該通道部分3040轉移至該n+源極/汲極區3041。
在該第三轉移電晶體Tr3中，包括於該第三光二極體PD3中的第三n型半導體層3023兼為源極/汲極區。因此，累積於該第三n型半導體層3023中的信號電荷係透過該通道部 分3044轉移至該n+源極/汲極區3045。
在該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3中，形成於在該矽基板3021之表面上以及觸碰該等各別閘極電極3033、3037及3042的區處之n+源極/汲極區3046、3041及3045將分別係浮動擴散FD。
該佈線層3047係形成在該矽基板3021之表面側上。在該佈線層3047中，所需佈線係透過一層間絕緣膜3030形成。該具體實施例係包括形成於三個層中的佈線1M至3M之一範例，並且此等佈線1M至3M係連接至所需閘極電極或一電源。在佈線1M至3M之中的連接係藉由提供一接點3049或一通孔來實行。
在該矽基板3021之背側上，形成該晶片上透鏡3031。自該矽基板3021之背側照射的光係聚集在該晶片上透鏡3031上並係透過(例如)一氧化矽膜3032入射至該單元像素區域3020中。
在具有上面的組態之固態成像裝置中，自該矽基板3021之背側入射的光係在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中光電地轉換，並且信號電荷係累積。因為該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3分別係在該矽基板3021中以不同深度形成，故在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中分別吸收具有不同波長之光。在該第一光二極體PD1中吸收紅光，在該第二光二極體PD2中吸收綠光，而在該第三光二極體PD3中吸收藍光。
接著，入射在該第一光二極體至第三光二極體PD1至 PD3上的各別光係光電地轉換並且藉由該光電轉換的信號電荷係累積至該第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023中。即，藉由紅光之光電轉換所獲得的信號電荷係累積於該第一n型半導體層3027中，藉由綠光之光電轉換所獲得的信號電荷係累積於該第二n型半導體區3025中，而藉由藍光之光電轉換所獲得的信號電荷係累積於該第三n型半導體區3023中。
如上面所說明，在該具體實施例之固態成像裝置中，該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3係包括於該單元像素區域3020中，因此可分別累積藉由三種光所獲得的信號電荷。
順便提及，在該具體實施例之固態成像裝置中，具有最長通道長度的第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042透過該閘極絕緣膜3034觸碰所有該等n型半導體層3027、3025及3023。具有該第二最長通道長度的第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3027透過該閘極絕緣膜3034觸碰該第一n型半導體層3027與第二n型半導體層3025。
圖103顯示在該具體實施例之固態成像裝置中的一單元像素之等效電路。在該單元像素中，包括該第一光二極體PD1、該第二光二極體PD2及該第三光二極體PD3，並且各別光二極體PD1、PD2及PD3係透過該第一轉移電晶體Tr1、第二轉移電晶體Tr2及第三轉移電晶體Tr3連接至各別浮動擴散FD1、FD2及FD3。該第二轉移電晶體Tr2包括兩個電晶體Q2、Q3，該兩個電晶體係等效地串聯連接。 該第三轉移電晶體Tr3包括三個電晶體Q4、Q5及Q6，該三個電晶體係等效地串聯連接。包括於該第二轉移電晶體Tr2中的兩個電晶體Q2與Q3之閘極係彼此連接。包括於該第三電晶體Tr3中的三個電晶體Q4、Q5及Q6之閘極係彼此連接。此外，該第一轉移電晶體之一源極、包括於該第二電晶體Tr2中的電晶體Q3之一源極及包括於該第三轉移電晶體Tr3中的電晶體Q6之一源極係彼此連接。此外，包括於該第二轉移電晶體Tr2中的電晶體Q2之一源極與包括於該第三轉移電晶體Tr3中的電晶體Q5之一源極係彼此連接。
如從圖103可看出，在該具體實施例之組態中，在該第一光二極體PD1中的紅色之信號電荷係藉由該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3轉移至該第一浮動擴散至第三浮動擴散FD1至FD3，來自該第二光二極體PD2的綠色之信號電荷係藉由該第二轉移電晶體Tr2與第三轉移電晶體Tr3轉移至該第二浮動擴散FD2與第三浮動擴散FD3。
因此，除了在該第一轉移電晶體Tr1之閘極電極3033中，藉由各種色彩之光的光電轉換所獲得之信號電荷係藉由相同轉移電晶體全部一起讀取，其引起混色。
下文將說明在該具體實施例之固態成像裝置中讀取累積於各別第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的信號電荷而不引起混色之一方法。
首先，自該固態成像裝置之背側照射光以在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中累積信號電荷。
接下來，藉由使用該第三轉移電晶體Tr3讀取信號電荷。如上面所說明，該第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042透過該閘極絕緣膜3034觸碰該第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023。因此，累積於該第一n型半導體層至第三n型半導體層3027、3025及3023中的信號電荷係沿在該第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042之下形成的通道部分3044讀取至欲成為該第三浮動擴散FD3的第三轉移電晶體Tr3之n+源極/汲極區3045。即，藉由該第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042讀出累積於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的所有信號電荷。藉由讀取至該第三轉移電晶體Tr3之n+源極/汲極區3045的信號電荷之一輸出電位將係由紅光、綠光及藍光引起之一輸出電位。
該輸出電位係VRGB。
接下來，再次自該固態成像裝置之背側照射光以在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中累積信號電荷。
接著，藉由使用該第二轉移電晶體Tr2讀取信號電荷。如上面所說明，該第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3037透過該閘極絕緣膜3034觸碰該第一n型半導體層3027與第二n型半導體層3025。因此，累積於該第一n型半導體層3027與第二n型半導體層3025中的信號電荷係沿在該第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3037之下形成的通道部分3040讀取至欲成為該第二浮動擴散FD2的第二轉移電晶體Tr2之n+源極/汲極區3041。即，藉由該第二轉移電晶體Tr2之閘極電 極3037讀出累積於該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2中的信號電荷。藉由讀取至該第二轉移電晶體Tr2之n+源極/汲極區3041的信號電荷之一輸出電位將係由紅光與綠光引起之一輸出電位。
該輸出電位係VRG。
接下來，再次自該固態成像裝置之背側照射光以在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中累積信號電荷。
接著，藉由使用該第一轉移電晶體Tr1讀取信號電荷。該閘極電極3033透過該閘極絕緣膜3034僅觸碰該第一n型半導體層3027。因此，累積於該第一n型半導體層3027中的信號電荷係沿在該第一轉移電晶體Tr1之閘極電極3033之下形成的通道部分3039讀取至欲成為該第一浮動擴散FD1的第一轉移電晶體Tr1之n+源極/汲極區3046。藉由讀取至該第一轉移電晶體Tr1之n+源極/汲極區3046的信號電荷之一輸出電位將係僅由紅光引起之一輸出電位。
該輸出電位係VR。
接著，藉由經由上面程序讀取的三個輸出電位VRGB、VRG及VR計算對應於各別色彩的輸出電位VR、VG及VB。
例如，藉由以下計算公式來偵測對應於藍光之輸出電位VB。
VRGB-VRG=VB
藉由以下計算公式來偵測對應於綠光之輸出電位VG。
VRG-VR=VG
對應於紅光的輸出電位VR係等效於藉由該第一轉移電晶體Tr1偵測的輸出電位。
上面的計算係藉由在周邊電路中之信號處理來實行，並可依據該等計算來實行三個色彩之色彩分離。
依據該具體實施例，可藉由使用其中閘極電極係以複數個光二極體之各別深度埋入的垂直轉移電晶體來有效率地讀取在形成於在該矽基板3021中之較深位置處的光二極體中累積的電荷而無殘餘電荷。因此，可抑制殘像。
此外，使用其中閘極電極3033、3037及3042係埋入於該矽基板3021中的垂直轉移電晶體，因此欲成為該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3之各別電荷累積區的n型半導體層3027、3025及3023不必曝露在該矽基板3021之表面上。因此，可防止在該矽基板3021之表面上的雜訊，該雜訊在信號電荷係累積於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中時發生。
此外，依據該具體實施例，該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3係藉由堆疊複數層平板形p型半導體層與n型半導體層來形成，並且各別光二極體之pn接面的深度在該基板中係固定的。因此，可抑制在各別光二極體中的混色。
此外，該平板形p型半導體層與n型半導體層係交替地堆疊，藉此在深度方向上形成複數個不同光二極體，並且此外該等閘極電極3033、3037及3042係以各別第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3之深度埋入。因此，進一步堆 疊該p型半導體層與該n型半導體層以增加該光二極體的設計較容易，並且形成對應埋入式閘極電極的設計亦較容易。在該具體實施例中，在該單元像素區域3020中形成三個光二極體，但其並不限於此而可形成四個或更多光二極體。
在藉由堆疊平板形p型半導體層與n型半導體層所形成的複數個光二極體中，可在該單元像素區域中相等地形成開放區域比，並且不減低每一光二極體之開放區域比。因此，可實行色彩分離而不減低在該單元像素區域中的複數個光二極體中之開放區域率。
而且在該具體實施例中，可藉由應用背照式類型來增加該開放區域比並改良敏感度。
在如在該具體實施例中自包括在該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3中具有最長閘極長度的閘極電極3042之第三轉移電晶體Tr3循序讀取信號電荷之方法中，每次讀取信號電荷時用於累積信號電荷之時間係必要的。
具體實施例68
接下來，作為依據具體實施例68之固態成像裝置，將說明可同時讀取該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3之一固態成像裝置及其一讀取方法。因為在依據本發明之具體實施例的固態成像裝置之單元像素區域3020中之一斷面組態與在圖102中所示的具體實施例67相同，故其不予以顯示。因為在該具體實施例之固態成像裝置中的一轉移電晶體部分之一電路組態亦與圖103相同，故其不予以顯 示。
在本具體實施例中，其中形成在具體實施例67至69中的第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3中之閘極電極3033、3037及3042的位置係在具體實施例67中的固態成像裝置中予以規定。
在該具體實施例中，累積於該第三光二極體PD3中的信號電荷量係藉由該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之每一者以相等比例(例如，每一者三分之一)讀取。出於該目的，例如，其中形成該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之閘極電極3033、3037及3042的位置係規定為其中可以相等比例(即，每一者三分之一)讀取累積於該第三光二極體PD3中之信號電荷量的位置。
此外，累積於該第二光二極體PD2中的信號電荷量係藉由該第一轉移電晶體Tr1與第二轉移電晶體Tr2之每一者以相同比例(即，每一者一半)讀取。出於該目的，例如，其中形成該第一轉移電晶體Tr1與第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3033、3037的位置係規定為其中可以相等比例(即，每一者一半)讀取累積於該第二光二極體PD2中之信號電荷量的位置。
在該具體實施例之固態成像裝置中，信號電荷係同時藉由該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3讀取。
累積於該第一光二極體PD1中的由紅光引起之信號電荷係藉由該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之通道部分3039、3040及3044以相等比例(即，每一者三分之 一)讀取至該等n+源極/汲極區3046、3041及3045之每一者。即，在圖103中所示的電路圖中，自該第一光二極體PD1轉移的紅色之信號電荷係藉由該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之每一者以相等比例(即，每一者三分之一)轉移。自該第二光二極體PD2轉移的綠色之信號電荷係藉由該第二轉移電晶體Tr2與第三轉移電晶體Tr3之每一者以相等比例(即，每一者一半)轉移。而且，自該第三光二極體PD3轉移的藍色之全部信號電荷係藉由該第三轉移電晶體Tr3轉移。
依據相同原理，累積於該第二光二極體PD2中的由綠光引起的信號電荷係藉由該第一轉移電晶體Tr1與第二轉移電晶體Tr2之通道部分3039、3040以相等比例(即，每一者一半)讀取至該等n+源極/汲極區3046、3041。
累積於該第三光二極體PD3中的由藍光引起的信號電荷係藉由該第三轉移電晶體Tr3之通道部分3044讀取至該n+源極/汲極區3045。
此處，累積於該第一光二極體PD1中的信號電荷係表示為ER，累積於該第二光二極體PD2中的信號電荷係表示為EG，而累積於該第三光二極體PD3中的信號電荷係表示為EB。
接著，藉由該第三轉移電晶體Tr3讀取至該n+源極/汲極區3045的信號電荷係表示為(1/3)ER+(1/2)EG+EB。讀取至該n+源極/汲極區3041的信號電荷係表示為(1/3)ER+(1/2)EG。此外，讀取至該n+源極/汲極區3046的信號電荷係表示為 (1/3)ER。
如上面所說明讀取的信號電荷係於周邊電路處計算以導出各別信號電荷ER、EG及EB，藉此實行三個色彩之色彩分離。
在該具體實施例中，規定其中形成在該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3中的閘極電極3033、3037及3042之位置，但其並不限於此。亦較佳的係預先檢查在各別第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3中可讀取的電荷量並考慮此等值來計算各別信號電荷ER、EG及EB。
在該具體實施例中，可獲得與具體實施例67相同的優點以及可獲得其中可同時讀取形成於該單元像素區域中的複數個光二極體之信號電荷的優點。
具體實施例69
接下來，圖104A顯示依據本發明之具體實施例69的一固態成像裝置之一像素部分中的斷面組態。圖104A顯示在一個像素中(即，在該單元像素區域3020中)之斷面組態。在圖104A中，針對對應於圖102之部分給出相同符號，並省略重複說明。此外，因為在該具體實施例中的固態成像裝置之轉移電晶體的電路圖與圖103相同，故其不予以顯示。
在該具體實施例中，在該光入射側(即，該固態成像裝置之背側)上提供一機械快門3050。其他組態與具體實施例67相同。
用於該具體實施例中的機械快門3050在入射光時打開而 在光入射不必要時關閉。
下文將說明在該具體實施例之固態成像裝置中讀取累積於第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的信號電荷之一方法。
首先，在該機械快門3050之打開狀態下使光入射在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3上以藉由光電轉換累積信號電荷。
接下來，關閉該機械快門3050以阻隔住入射在該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3上的光。在此階段中，保持其中信號電荷係累積於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中之一狀態。
接下來，藉由該第一轉移電晶體Tr1將累積於該第一光二極體PD1中的信號電荷讀取至該n+源極/汲極區3046。因為對應於紅光之信號電荷係累積於該第一光二極體PD1中，故藉由紅光之光電轉換來獲得讀取至該第一轉移電晶體Tr1之n+源極/汲極區3046的信號電荷。
接下來，藉由該第二轉移電晶體Tr2將累積於該第二光二極體PD2中的信號電荷讀取至該n+源極/汲極區3041。因為在該第二轉移電晶體Tr2中的閘極電極3037亦透過該閘極絕緣膜3034觸碰包括於該第一光二極體PD1中的第一n型半導體層3027，故該第一n型半導體層3027係藉由該第二轉移電晶體Tr2之通道部分3040連接至該第二轉移電晶體Tr2之n+源極/汲極區3041。然而，已在先前階段中讀取累積於該第一光二極體PD1(第一n型半導體層3027)中的信號 電荷。因此，僅將累積於該第二光二極體PD2中的信號電荷讀取至該第二轉移電晶體Tr2之n+源極/汲極區3041。即，在圖103之電路圖中，不存在自該第一光二極體PD1轉移至該第二轉移電晶體Tr2的信號。
因為對應於綠光之信號電荷係累積於該第二光二極體PD2中，故藉由綠光之光電轉換來獲得讀取至該第二轉移電晶體Tr2之n+源極/汲極區3041的信號電荷。
隨後，藉由該第三轉移電晶體Tr3將累積於該第三光二極體PD3中的信號電荷讀取至該n+源極/汲極區3045。在該第三轉移電晶體Tr3中的閘極電極3042亦透過該閘極絕緣膜3034觸碰包括於該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2中的第一n型半導體層3027與第二n型半導體層3025，因此該第一n型半導體層3027、該第二n型半導體層3025係藉由該第三轉移電晶體Tr3之通道部分3044連接至該第三轉移電晶體Tr3之n+源極/汲極區3045。然而，已在先前階段中讀取累積於該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2(第一n型半導體層3027與第二n型半導體層3025)中的信號電荷。因此，僅將累積於該第三光二極體PD3中的信號電荷讀取至該第三轉移電晶體Tr3之n+源極/汲極區3045。即，在圖103之電路圖中，不存在自該第一光二極體PD1與第二光二極體PD2轉移至該第三轉移電晶體Tr3的信號。因為對應於藍光之信號電荷係累積於該第三光二極體PD3中，故藉由藍光之光電轉換來獲得讀取至該第三轉移電晶體Tr3之n+源極/汲極區3045的信號電荷。
在該具體實施例中，按自更淺至更深位置的順序自連接至該等閘極電極的光二極體讀取信號電荷，藉此實行紅、綠及藍之三個色彩的色彩分離。在該具體實施例中，當讀取信號電荷時，藉由該機械快門3050來阻隔外部光。因此，可防止信號電荷在其他光二極體中的累積同時讀取一特定光二極體之信號電荷。
當實際使用具有上面組態的機械快門3050時，該機械快門3050係配置於其中像素3002係以一陣列狀態配置的固態成像裝置3001與一光學透鏡系統3071之間以用於在該固態成像裝置3001上聚集光信號3070，如在圖104B中所示。在該組態中，入射在該固態成像裝置3001之整體成像區域上的光信號係受到控制。
在該具體實施例中，不僅可獲得與具體實施例67相同的優點還可獲得其中可藉由使用該機械快門3050來同時讀取形成於該單元像素區域中的複數個光二極體之信號電荷的優點。
在該具體實施例中，顯示使用該機械快門3050的範例，但若與曝光時間相比較讀取電荷所必要的時間係充分短，則甚至當不提供該機械快門時仍可獲得上面的優點。
具體實施例70
接下來，圖105顯示依據本發明之具體實施例70的一固態成像裝置中之一像素部分的斷面組態。圖105顯示在一個像素中(即，在該單元像素區域3020中)之斷面組態。在圖105中，針對對應於圖102之部分給出相同符號，並省略 重複說明。
在該具體實施例之固態成像裝置中，在具體實施例67之固態成像裝置中在該閘極部分與包括於該光二極體中的n型半導體層之間之一接觸部分的組態係部分修改。
如在圖105中所示，在包括於該第二轉移電晶體Tr2中的閘極電極3037中，一p型半導體區3051係形成於該閘極電極3037周圍並係定位於該第一n型半導體層3027之深度。即，該p型半導體區3051係形成於欲成為觸碰該第二轉移電晶體Tr2的第一光二極體之電荷累積區的第一n型半導體層3027之一部分中。
而且，在包括於該第三轉移電晶體Tr3中的閘極電極3042中，一p型半導體區3052係形成於該閘極電極3042周圍並係定位於該第一n型半導體層3027與該第二n型半導體層3025之深度。即，該p型半導體區3052係形成於欲成為觸碰該第三轉移電晶體Tr3的第一光二極體PD1與第二光二極體PD2之電荷累積區的第一n型半導體層3027與第二n型半導體層3025之部分中。
如上面所說明，除欲成為觸碰包括於該第二轉移電晶體Tr2與第三轉移電晶體Tr3中的閘極電極3037、3042之一讀取目標的光二極體以外的光二極體之部分係以具有與作為該電荷累積區之n型半導體層相反的特性之p型半導體區來覆蓋。可抑制累積於該n型半導體層中的信號電荷至於其中形成該p型半導體區的部分處之通道部分的移動。
圖106顯示在該具體實施例之固態成像裝置中的一單元 像素之等效電路。在該具體實施例中，該等p型半導體區3051、3052係形成於該閘極電極3037與該閘極電極3042之必要位置處，藉此分別藉由獨立電路轉移累積於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的信號電荷。
因此，在該第二轉移電晶體Tr2中，僅讀取累積於該第二光二極體PD2中的信號電荷。同樣，在該第三轉移電晶體Tr3中，僅讀取累積於該第三光二極體PD3中的信號電荷。包括於該第一轉移電晶體Tr1中的閘極電極3033最初經組態用以僅觸碰該第一光二極體PD1。因此，同樣在該第一轉移電晶體Tr1中，僅讀取累積於該第一光二極體PD1中的信號電荷。
依據該具體實施例，轉移信號電荷的電路係彼此獨立，因此可在一個轉移電晶體中讀取由一個色彩引起的信號電荷。因此，在該單元像素區域3020中可同時以及獨立地讀取累積於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的信號電荷。
在該具體實施例中，因為一個光二極體之信號電荷係藉由一個轉移電晶體讀取，故不僅可獲得與具體實施例67相同的優點還可同時讀取累積於各別光二極體中的信號電荷。
具體實施例71
圖107顯示依據具體實施例71的一固態成像裝置之一像素部分中的斷面組態。圖107顯示在一個像素中(即，在該單元像素區域3020中)之斷面組態。在圖107中，針對對應 於圖102之相同部分給出相同符號並省略重複說明。該具體實施例的固態成像裝置之轉移電晶體部分的電路組態與圖106相同，因此其不予以顯示。
在該具體實施例之固態成像裝置中，在具體實施例67之固態成像裝置中包括於光二極體中的n型半導體層與p型半導體層之組態係修改。
在該具體實施例中，各具有一平面p型半導體層與一n型半導體層的三個光二極體係以不同深度在該單元像素區域3020中的矽基板3021中分離地形成。該等各別光二極體係藉由自該表面側按此順序堆疊該p型半導體層、該n型半導體層及該p型半導體層來形成。
在該具體實施例中，定位於該矽基板3021中之最前側上的藉由堆疊一p型半導體層3056、一n型半導體層3055及一p型半導體層3054所形成之一光二極體係該第一光二極體PD1。而且，定位於該矽基板3021之中間的藉由堆疊一p型半導體層3059、一n型半導體層3058及一p型半導體層3057所形成之一光二極體係該第二光二極體PD2。此外，定位於該矽基板3021中之最背側上的藉由堆疊一p型半導體層3062、一n型半導體層3061及一p型半導體層3060所形成之一光二極體係該第三光二極體PD3。
在包括於該第一光二極體PD1中的p型半導體層3056與n型半導體層3055之間的pn接面「j1」係以其中當自該背側照射光時紅光係吸收的深度來形成。
在包括於該第二光二極體PD2中的p型半導體層3059與n 型半導體層3058之間的pn接面「j2」係以其中當自該背側照射光時綠光係吸收的深度來形成。
在包括於該第三光二極體PD3中的p型半導體層3062與n型半導體層3061之間的pn接面「j3」係以其中當自該背側照射光時藍光係吸收的深度來形成。
而且在該具體實施例中，對應於上面的各別第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3的轉移電晶體之閘極電極3033、3037及3042係以與具體實施例67至具體實施例70相同的方式形成。
首先，該第一轉移電晶體Tr1之閘極電極3033係自該矽基板3021之表面側以達到該第一光二極體PD1之pn接面「j1」的深度來形成。該第二轉移電晶體Tr2之閘極電極3037係自該矽基板3021之表面側以達到該第二光二極體PD2之pn接面「j2」的深度來形成。該第三轉移電晶體Tr3之閘極電極3042係自該矽基板3021之表面側以達到該第三光二極體PD3之pn接面「j3」的深度來形成。該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之其他組態係與具體實施例67至具體實施例70相同，因此省略重複說明。
在該具體實施例中，累積於該第一光二極體PD1中的信號電荷係藉由該第一轉移電晶體Tr1讀取。累積於該第二光二極體PD2中的信號電荷係藉由該第二轉移電晶體Tr2讀取。此外，累積於該第三光二極體PD3中的信號電荷係藉由該第三轉移電晶體Tr3讀取。
依據該具體實施例之固態成像裝置，該第一光二極體至 第三光二極體PD1至PD3係分離地形成，並且該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之閘極電極3033、3037及3042之每一者僅透過該閘極絕緣膜3034觸碰所需光二極體。具有上面組態之固態成像裝置具有如在圖106中所示的電路組態。如在圖106中所示，同樣在該具體實施例中，累積於該第一光二極體至第三光二極體PD1至PD3中的信號電荷分別係藉由獨立電路來轉移。因此，在該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之每一者中，分別僅可讀取藉由一個色彩光之信號電荷。因此，可防止混色。
依據具體實施例67至具體實施例71之上面說明的固態成像裝置係包括於(例如)在圖5中所示之固態成像裝置1中。在圖5中所示的固態成像裝置1具有其中像素係以二維陣列狀態配置之一組態，但適應於依據具體實施例67至具體實施例71之固態成像裝置的組態並不限於此。例如，可應用具有其中像素係線性配置之一組態的固態成像裝置。
在上面的具體實施例中，顯示當應用於該CMOS影像感測器時之固態成像裝置，但本發明可應用於CCD影像感測器。此外，具體實施例67至71之固態成像裝置採取其中光係自該佈線層3047之相反側入射的背照式類型作為一範例，但其並不限於此。即，可應用一前照式固態成像裝置，其中光係自與該佈線層相同的表面側入射。
在應用前照式固態成像裝置之情況下，在依據具體實施例67至具體實施例71的固態成像裝置中，較佳的係該pn接 面「j1」係處於對應於其中當自前表面側照射光時藍光係吸收之一位置的深度。而且，較佳的係該pn接面「j2」係處於對應於其中當自前表面側照射光時綠光係吸收之一位置的深度。此外，較佳的係該pn接面「j3」係處於對應於其中當自前表面側照射光時紅光係吸收之一位置的深度。該第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1、Tr2及Tr3之閘極電極3033、3037、3042的閘極長度可以係形成以便對應於上面的深度。即，當應用前照式固態成像裝置時，在圖102中的第一轉移電晶體至第三轉移電晶體Tr1至Tr3之閘極電極3033、3037及3042分別對應於藍色、綠色及紅色光二極體。
在該等具體實施例中，本發明係應用於其中信號電荷係電子的固態成像裝置。本發明亦可應用於其中信號電荷係電洞之一固態成像裝置。在此情況下，可藉由使用一相反導電型半導體基板與一半導體層來組態該裝置。
依據上面的具體實施例之固態成像裝置可應用於諸如一相機、具有一相機之一蜂巢式電話及具有成像功能之其他設備的電子設備。
接下來，圖108顯示使用依據具體實施例67至具體實施例71之固態成像裝置的一電子設備之一具體實施例。在該具體實施例中，一相機係用作一電子設備之一範例。
如在圖108中所示，較佳的係依據該具體實施例之一電子設備3080係組態為包括一固態成像裝置3082、一光學透鏡系統3081、一輸入/輸出單元3084及一信號處理裝置 3083之一電子設備3085，或係組態為包括該固態成像裝置3082、該光學透鏡系統3081及該輸入/輸出單元3084之一電子設備3086。作為該固態成像裝置3082，使用依據具體實施例67至具體實施例71之固態成像裝置。
依據具體實施例67至具體實施例71之固態成像裝置係提供於該具體實施例之電子設備3080中，藉此減低混色、假色、殘像及雜訊，因此可獲得具有色彩敏感度之影像。
圖108之組態可以係實現為一相機模組或包括成像功能之一成像模組。本發明可應用於諸如具有一相機之一蜂巢式電話及藉由包括此類模組而包括成像功能之其他設備的電子設備。
本申請案含有與分別於2008年6月9日、2008年11月6日、2008年11月6日及2008年11月6日向日本專利局申請的日本優先權專利申請案JP 2008-150963、JP 2008-285907、JP 2008-285908及JP 2008-285909中所揭示相關的標的，其全部內容在此以引用方式併入。
熟習此項技術者應瞭解，可取決於設計要求及其他因素進行各種修改、組合、次組合及變更，只要其係在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內即可。
1‧‧‧固態成像裝置
1M‧‧‧佈線
2‧‧‧像素
2M‧‧‧佈線
3‧‧‧成像區域/像素部分
3M‧‧‧佈線
4‧‧‧垂直驅動電路
5‧‧‧行信號處理電路
6‧‧‧水平驅動電路
7‧‧‧輸出電路
8‧‧‧控制電路
9‧‧‧垂直信號線
10‧‧‧像素隔離區
11‧‧‧浮動擴散區
12‧‧‧垂直閘極電極
12a‧‧‧垂直閘極電極
12b‧‧‧垂直閘極電極
12c‧‧‧垂直閘極電極
12d‧‧‧垂直閘極電極
13‧‧‧半導體基板
14‧‧‧n型雜質區(n區)
14a‧‧‧n型雜質區(n區)
14b‧‧‧n區
15‧‧‧n型高濃度雜質區(n+區)
15a‧‧‧n型高濃度雜質區(n+區)
15b‧‧‧n+區
16‧‧‧p型高濃度雜質區(p+區)
16a‧‧‧p型高濃度雜質區(p+區)
16b‧‧‧p+區
17‧‧‧p型低濃度雜質區(p-區)
18‧‧‧閘極絕緣膜
19‧‧‧平面閘極電極
21‧‧‧浮動擴散區
23‧‧‧平面閘極電極
25‧‧‧平面閘極電極
26‧‧‧垂直閘極電極
27‧‧‧垂直閘極電極
29‧‧‧平面閘極電極
30‧‧‧平面閘極電極
31‧‧‧垂直閘極電極
32‧‧‧平面閘極電極
33‧‧‧垂直閘極電極
37‧‧‧垂直閘極電極
39‧‧‧垂直閘極電極
41‧‧‧垂直閘極電極
42‧‧‧垂直閘極電極
43‧‧‧浮動擴散區
44‧‧‧平面閘極電極
46a‧‧‧垂直閘極電極
46b‧‧‧垂直閘極電極
47‧‧‧垂直閘極電極
51‧‧‧浮動擴散區
52‧‧‧垂直閘極電極
53‧‧‧垂直閘極電極
54‧‧‧平面閘極電極
55‧‧‧垂直閘極電極
60‧‧‧光二極體區
90‧‧‧水平信號線
110‧‧‧光學透鏡(光學系統)
111‧‧‧快門裝置
112‧‧‧驅動電路
113‧‧‧信號處理電路
201‧‧‧垂直閘極電極
202‧‧‧浮動擴散區
203‧‧‧p型半導體基板
204‧‧‧n型低濃度雜質區(n-區)
205‧‧‧n型高濃度雜質區(n+區)
206‧‧‧p型高濃度雜質區(p+區)
210‧‧‧像素隔離區
218‧‧‧閘極絕緣膜
260‧‧‧光二極體區
301‧‧‧平面閘極電極
1002‧‧‧單元像素
1009‧‧‧垂直信號線
1010‧‧‧水平信號線
1011‧‧‧半導體基板
1021‧‧‧像素隔離區
1022‧‧‧溝槽部分
1023‧‧‧閘極絕緣膜
1024‧‧‧轉移閘極電極
1024A‧‧‧轉移閘極電極
1024B‧‧‧轉移閘極電極
1025‧‧‧p型半導體區
1027‧‧‧p型半導體井區
1028‧‧‧n型半導體區
1029‧‧‧p型半導體區
1030‧‧‧n型半導體區
1031‧‧‧p型半導體區
1032‧‧‧n型半導體區
1033‧‧‧p型半導體區
1034‧‧‧通道區/轉移通道
1035‧‧‧溢位路徑
1036‧‧‧通道區
1037‧‧‧n型半導體區(n-區)
1040‧‧‧浮動擴散(FD)
1041‧‧‧n型源極/汲極區
1042‧‧‧n型源極/汲極區
1043‧‧‧n型源極/汲極區
1044‧‧‧閘極絕緣膜
1045‧‧‧重設閘極電極
1046‧‧‧放大閘極電極
1047‧‧‧通道停止區
1048‧‧‧側壁
1051‧‧‧光阻遮罩
1052‧‧‧開口
1053‧‧‧p型雜質
1055‧‧‧氧化矽膜
1056‧‧‧氮化矽膜
1056a‧‧‧側壁
1058‧‧‧n型半導體區/n型離子植入區
1061‧‧‧像素組態/接合像素
1101‧‧‧固態成像裝置
1102‧‧‧固態成像裝置
1103‧‧‧固態成像裝置
1105‧‧‧固態成像裝置
1106‧‧‧固態成像裝置
1111‧‧‧CMOS固態成像裝置
1112‧‧‧半導體基板
1113‧‧‧n型半導體區
1113A‧‧‧高濃度雜質區(n+區)/n型半導體區(n+區)
1113B‧‧‧低濃度雜質區(n區)
1115‧‧‧閘極絕緣膜
1116‧‧‧轉移閘極電極
1117‧‧‧n型源極/汲極區
1118‧‧‧n型源極/汲極區
1119‧‧‧n型源極/汲極區
1120‧‧‧n型源極/汲極區
1121‧‧‧p型半導體區(p+區)
1122‧‧‧p-區
1123‧‧‧重設閘極電極
1124‧‧‧重設閘極電極
1125‧‧‧層間絕緣層
1126‧‧‧佈線
2010‧‧‧半導體基板
2011‧‧‧n型低濃度雜質區(n-區)
2012‧‧‧第一n型雜質區
2013‧‧‧第一p型高濃度雜質區
2014‧‧‧第二n型雜質區
2015‧‧‧第二p型高濃度雜質區
2016‧‧‧浮動擴散區
2017‧‧‧閘極絕緣膜
2018‧‧‧讀取閘極電極
2019‧‧‧n型高濃度雜質區(n+)
2020‧‧‧轉移通道
2021‧‧‧溢位路徑
2022‧‧‧溢位路徑
2025‧‧‧p型高濃度雜質區
2026‧‧‧鈍化膜
2027‧‧‧彩色濾光片
2028‧‧‧晶片上透鏡
2029‧‧‧層間絕緣膜
2030‧‧‧半導體基板
2031‧‧‧水平信號線
3001‧‧‧固態成像裝置
3010‧‧‧水平信號線
3011‧‧‧基板
3020‧‧‧單元像素區域
3021‧‧‧第一導電型矽基板
3023‧‧‧第三n型半導體層
3024‧‧‧第三p型半導體層
3025‧‧‧第二n型半導體層
3026‧‧‧第二p型半導體層
3027‧‧‧第一n型半導體層
3028‧‧‧第一p型半導體層
3030‧‧‧層間絕緣膜
3031‧‧‧晶片上透鏡
3032‧‧‧氧化矽膜
3033‧‧‧閘極電極/垂直閘極電極
3034‧‧‧閘極絕緣膜
3037‧‧‧閘極電極/垂直閘極電極
3039‧‧‧通道部分
3040‧‧‧通道部分
3041‧‧‧n+源極/汲極區
3042‧‧‧閘極電極/垂直閘極電極
3044‧‧‧通道部分
3045‧‧‧n+源極/汲極區
3046‧‧‧n+源極/汲極區
3047‧‧‧佈線層
3049‧‧‧接點
3050‧‧‧機械快門
3051‧‧‧p型半導體區
3052‧‧‧p型半導體區
3055‧‧‧n型半導體層
3056‧‧‧p型半導體層
3058‧‧‧n型半導體層
3059‧‧‧p型半導體層
3061‧‧‧n型半導體層
3062‧‧‧p型半導體層
3070‧‧‧光信號
3071‧‧‧光學透鏡系統
3080‧‧‧電子設備
3081‧‧‧光學透鏡系統
3082‧‧‧固態成像裝置
3083‧‧‧信號處理裝置
3084‧‧‧輸入/輸出單元
3085‧‧‧電子設備
3086‧‧‧電子設備
3100‧‧‧p型Si基板
3102‧‧‧n型半導體層
3104‧‧‧p型半導體層
3106‧‧‧n型半導體層
FD‧‧‧浮動擴散
FD1‧‧‧第一浮動擴散
FD2‧‧‧第二浮動擴散
FD3‧‧‧第三浮動擴散
j1‧‧‧pn接面
j2‧‧‧pn接面
j3‧‧‧pn接面
L‧‧‧光
PD‧‧‧光二極體
PD1‧‧‧第一光二極體
PD2‧‧‧第二光二極體
PD3‧‧‧第三光二極體
PD(A)‧‧‧光二極體
PD(B)‧‧‧光二極體
Q2‧‧‧電晶體
Q3‧‧‧電晶體
Q4‧‧‧電晶體
Q5‧‧‧電晶體
Q6‧‧‧電晶體
SELVDD‧‧‧選擇電源
Tr‧‧‧電荷讀取電晶體/電荷讀出電晶體/電荷讀出轉移電晶體/垂直電晶體
Tr1‧‧‧轉移電晶體/垂直轉移電晶體/垂直電晶體/第一轉移電晶體
Tr1A‧‧‧轉移電晶體
Tr1B‧‧‧轉移電晶體
Tr2‧‧‧重設電晶體/垂直電晶體/第二轉移電晶體/垂直轉移電晶體
Tr3‧‧‧放大電晶體/垂直電晶體/第三轉移電晶體/垂直轉移電晶體
圖1A與圖1B係先前技術中之一固態成像裝置的示意斷面組態圖與平面組態圖；圖2A與圖2B係先前技術中之一固態成像裝置的示意斷面組態圖與平面組態圖； 圖3係顯示先前技術中之一固態成像裝置之一範例的一相關部分之組態圖；圖4係用於先前技術中之一成像裝置中的一光二極體之示意斷面組態圖；圖5係依據本發明之具體實施例1至具體實施例56的一固態成像裝置之整體組態圖；圖6係依據本發明之具體實施例1的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面圖；圖7係沿圖6之A-A線截取的示意斷面組態圖；圖8係在依據本發明之具體實施例1的固態成像裝置中以等高線顯示電位梯度的視圖；圖9係依據本發明之具體實施例2的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面圖；圖10係沿圖9之B-B線截取的示意斷面組態圖；圖11係依據本發明之具體實施例3的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面圖；圖12係沿圖11之C-C線截取的示意斷面組態圖；圖13係在依據本發明之具體實施例3的固態成像裝置中以等高線顯示電位梯度的視圖；圖14係依據本發明之具體實施例4的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖15係沿圖14之D-D線截取的示意斷面組態圖；圖16係依據本發明之具體實施例5的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖； 圖17係沿圖16之E-E線截取的示意斷面組態圖；圖18係依據本發明之具體實施例6的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖19係沿圖18之F-F線截取的示意斷面組態圖；圖20係依據本發明之具體實施例7的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖21係依據本發明之具體實施例8的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖22係依據本發明之具體實施例9的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖23係依據本發明之具體實施例10的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖24係依據本發明之具體實施例11的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖25係依據本發明之具體實施例12的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖26係依據本發明之具體實施例13的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖27係依據本發明之具體實施例14的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖28係依據本發明之具體實施例15的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖29係依據本發明之具體實施例16的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖； 圖30係依據本發明之具體實施例17的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖31係依據本發明之具體實施例18的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖32係依據本發明之具體實施例19的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖33係依據本發明之具體實施例20的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖34係依據本發明之具體實施例21的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖35係依據本發明之具體實施例22的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖36係依據本發明之具體實施例23的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖37係依據本發明之具體實施例24的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖38係依據本發明之具體實施例25的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖39係依據本發明之具體實施例26的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖40係依據本發明之具體實施例27的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖41係依據本發明之具體實施例28的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖； 圖42係依據本發明之具體實施例28的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖43係依據本發明之具體實施例30的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖44係依據本發明之具體實施例31的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖45係依據本發明之具體實施例32的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖46係依據本發明之具體實施例33的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖47係依據本發明之具體實施例34的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖48係依據本發明之具體實施例35的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖49係依據本發明之具體實施例36的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖50係依據本發明之具體實施例37的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖51係依據本發明之具體實施例38的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖52係依據本發明之具體實施例39的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖53係依據本發明之具體實施例40的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖； 圖54係依據本發明之具體實施例41的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖55係依據本發明之具體實施例42的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖56係依據本發明之具體實施例43的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖57係依據本發明之具體實施例44的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖58係依據本發明之具體實施例45的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖59係依據本發明之具體實施例46的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖60係依據本發明之具體實施例47的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖61係依據本發明之具體實施例48的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖62係依據本發明之具體實施例49的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖63係依據本發明之具體實施例50的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖64係依據本發明之具體實施例51的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖65係依據本發明之具體實施例52的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖； 圖66係依據本發明之具體實施例53的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖67係依據本發明之具體實施例54的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖68係依據本發明之具體實施例55的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖69係依據本發明之具體實施例56的一固態成像裝置之一相關部分的示意平面組態圖；圖70係沿圖69之A-A線截取的示意斷面組態圖；圖71係依據本發明之具體實施例57之一電子設備；圖72係顯示在圖5中之一單元像素之一範例的一等效電路；圖73係依據本發明之具體實施例58的一固態成像裝置之一相關部分的組態圖；圖74係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第1號)；圖75係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第2號)；圖76係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第3號)；圖77係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第4號)；圖78係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第5號)； 圖79係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第6號)；圖80係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第7號)；圖81係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之一範例的製程圖(第8號)；圖82係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第1號)；圖83係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第2號)；圖84係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第3號)；圖85係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第4號)；圖86係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第5號)；圖87係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第6號)；圖88係顯示依據本發明之一具體實施例的一固態成像裝置之一製造方法之另一範例的製程圖(第7號)；圖89係依據本發明之具體實施例59的一固態成像裝置之一相關部分的組態圖；圖90係依據本發明之具體實施例60的一固態成像裝置之一相關部分的組態圖； 圖91係依據本發明之具體實施例61的一固態成像裝置之一相關部分的組態圖；圖92係沿圖91之A-A線截取的斷面圖；圖93係顯示依據本發明之具體實施例62的一固態成像裝置之一接合像素之一範例的一等效電路；圖94係依據本發明之具體實施例63的一固態成像裝置之一相關部分的組態圖；圖95係依據本發明之具體實施例64的一固態成像裝置之斷面組態圖；圖96A至圖96D係當沿依據具體實施例64的固態成像裝置之各別斷面觀看平面時的組態圖；圖97係依據具體實施例64的固態成像裝置之雜質濃度分佈圖表；圖98係當依據具體實施例64之固態成像裝置係應用於一背照式類型時的視圖；圖99A至圖99E係當在圖95之P-P'斷面中觀看時示意性顯示電位與累積的信號電荷之視圖；圖100顯示依據具體實施例64的固態成像裝置之另一範例；圖101係依據本發明之具體實施例65的一固態成像裝置之斷面組態圖；圖102係依據本發明之具體實施例67的一固態成像裝置之示意斷面組態圖；圖103係依據具體實施例67之固態成像裝置之一單元像 素的一等效電路；圖104A係依據具體實施例69之一固態成像裝置的示意斷面組態圖而圖104B係顯示該整體固態成像裝置的示意組態圖；圖105係依據本發明之具體實施例70的一固態成像裝置之示意斷面組態圖；圖106係依據具體實施例70之固態成像裝置之一單元像素的一等效電路；圖107係依據本發明之具體實施例71的一固態成像裝置之示意斷面組態圖；以及圖108係依據本發明之一具體實施例的一電子設備之示意組態圖。
1002‧‧‧單元像素
1011‧‧‧半導體基板
1021‧‧‧像素隔離區
1022‧‧‧溝槽部分
1023‧‧‧閘極絕緣膜
1024‧‧‧轉移閘極電極
1025‧‧‧p型半導體區
1027‧‧‧p型半導體井區
1028‧‧‧n型半導體區
1029‧‧‧p型半導體區
1030‧‧‧n型半導體區
1031‧‧‧p型半導體區
1032‧‧‧n型半導體區
1033‧‧‧p型半導體區
1034‧‧‧通道區/轉移通道
1035‧‧‧溢位路徑
1036‧‧‧通道區
1037‧‧‧n型半導體區(n-區)
1040‧‧‧浮動擴散(FD)
1041‧‧‧n型源極/汲極區
1042‧‧‧n型源極/汲極區
1043‧‧‧n型源極/汲極區
1044‧‧‧閘極絕緣膜
1045‧‧‧重設閘極電極
1046‧‧‧放大閘極電極
1047‧‧‧通道停止區
1048‧‧‧側壁
1101‧‧‧固態成像裝置
FD‧‧‧浮動擴散
PD‧‧‧光二極體
PD1‧‧‧第一光二極體
PD2‧‧‧第二光二極體
PD3‧‧‧第三光二極體
Tr1‧‧‧轉移電晶體/垂直轉移電晶體/垂直電晶體/第一轉移電晶體
Tr2‧‧‧重設電晶體/垂直電晶體/第二轉移電晶體/垂直轉移電晶體
Tr3‧‧‧放大電晶體/垂直電晶體/第三轉移電晶體/垂直轉移電晶體

Claims (13)

  1. 一種固態成像裝置，其包含：複數個光二極體，其係位於一基板之一單元像素區域中之不同深度，該基板具有兩個相對地面對之面；複數個位於一深度方向之垂直電晶體，各垂直電晶體從該基板之一第一面延伸於一垂直方向；以及用於讀取藉由該複數個光二極體中之光電轉換所獲得的信號電荷之閘極部分，各閘極部分係位於對應於一光二極體之一深度；以及該基板之該第一面之一表面上的一浮動擴散區域。
  2. 如請求項1之固態成像裝置，其中該複數個光二極體包含至少一第一導電型半導體層以及至少一第二導電型半導體之交替層。
  3. 如請求項2之固態成像裝置，其中該第一導電型半導體層與該第二導電型半導體層具有一平板形狀。
  4. 如請求項1之固態成像裝置，其中各光電二極體包含一電荷累積區，各電荷累積區之部分除了與該等垂直電晶體之閘極電極接觸的一讀取目標以外，係以具有與該電荷累積區之導電型相反的該導電型之一半導體層所覆蓋。
  5. 如請求項1之固態成像裝置，其中在該等光二極體上之入射光係自該基板之另一面進入。
  6. 如請求項1之固態成像裝置，其中針對一時間週期阻隔在該等光二極體上的入射光之一機械快門係位於該基板之該另一面。
  7. 一種用於驅動一固態成像裝置之方法，其包含以下步驟：形成一固態成像裝置，其包含：複數個光二極體，其係位於一基板之一單元像素區域中之不同深度，該基板具有兩個相對地面對之面；自該基板之一第一面形成複數個垂直電晶體，使得用於讀取藉由在該複數個光二極體中之光電轉換所獲得的信號電荷之閘極部分係以對應於一光二極體之深度形成；形成一浮動擴散區域於該基板之該第一面之一表面上；以及讀取累積於該複數個光二極體中的信號電荷。
  8. 如請求項7之用於驅動該固態成像裝置之方法，其中累積於該複數個光電二極體之該等信號電荷之各者被獨立地讀取。
  9. 如請求項7之用於驅動該固態成像裝置之方法，其中累積於該複數個光電二極體之該等信號電荷之各者被同時地讀取。
  10. 一種電子設備，其包含：一光學透鏡系統；一固態成像裝置，其包含：複數個光二極體，其係位 於一基板之一單元像素區域中之不同深度，該基板具有兩個相對地面對之面；複數個垂直電晶體，其係位於該基板之一第一面之一深度方向上；用於讀取藉由該複數個光二極體中之光電轉換所獲得的信號電荷之閘極部分，各閘極部分係位於對應於一光二極體之一深度；於該基板之該第一面之一表面上的一浮動擴散區域；以及一信號處理裝置，其處理來自該固態成像裝置的輸出信號。
  11. 一種固態成像裝置，其包含：一埋入式光二極體，其係在一半導體基板之深度方向上；一電荷讀出電晶體，其包括：一垂直閘極電極，其係形成於一光二極體區之一周邊部分，該光二極體包含於該半導體基板之一表面上之一像素，其透過一閘極絕緣膜得以位於該光電二極體內之一深度以及一累積自該光二極體讀取的信號電荷之一浮動擴散區，該浮動擴散區域位於該基板之該表面上。
  12. 一種固態成像裝置，其包含：光電轉換元件，其包含複數個位於一半導體基板之不同深度之光電二極體；一垂直轉移電晶體通道，其位於一垂直於該半導體基 板之位置；一溢位路徑，其連接各導電型半導體區至一相對應的電荷累積區；於該基板之一表面上的一浮動擴散區域；以及一離子植入區，其被組態以調整形成於該垂直轉移電晶體之一轉移閘極部分周圍的一閘極介面。
  13. 一種固態成像裝置，其包含：複數個光二極體，其係位於一半導體基板中之不同深度，該半導體基板具有兩個相對地面對之面；每一光二極體具有在一第一導電型雜質區與一第二導電雜質區之間之一接面表面；一垂直電晶體，其具有：一垂直電荷讀出閘極電極，該垂直電晶體位於該半導體基板之一第一面之深度方向上；一轉移通道，其被組態以轉移自該複數個光二極體讀取的信號電荷；一浮動擴散區，其被組態以累積藉由該轉移通道轉移的信號電荷，該浮動擴散區域於該基板之該第一面之一表面上；以及一溢位路徑，其係在電荷累積發生於該等光二極體中時，連接該等光二極體與該浮動擴散區。
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