固态图像传感器、制造方法和电子设备的制造方法_4

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图。
[0145]相同的附图标记被分派给图19中所示的那些元件之中的与图3中的元件相同的元件。将适当地省略重复性的说明。
[0146]图19中的像素120与图3所示构造的不同之处在于:第一传输门122和第二传输门124没有被遮光膜156覆盖,而是硅基板151的后表面的与存储部123相对的区域被由诸如钨等金属层制成的遮光膜251覆盖。
[0147]图19中的像素120是后表面照射型的像素,因此,光的收集不会因为布置于硅基板151的前表面处的金属配线层(未图示)中的遮光而受到限制。
[0148]第二实施例的示例性构造
[0149]固态图像传感器的第二实施例的示例性构造
[0150]除了像素的构造有所不同以外,作为应用了本发明的固态图像传感器的CMOS图像传感器的第二实施例的构造与图1的CMOS图像传感器100的构造相同,因此,在下面只说明像素。
[0151]像素的第一示例性构造
[0152]图20是图示了作为应用了本发明的固态图像传感器的CMOS图像传感器的第二实施例中的像素的第一示例性构造的A-A’截面图。
[0153]相同的附图标记被分派给图20中所示的那些元件之中的与图3中的元件相同的元件。将适当地省略重复性的说明。
[0154]图20中的像素270与图3所示构造的不同之处在于:P型层271被设置来代替P型层155和P型层157,且浮动扩散区域272和第二传输门273被设置来代替浮动扩散区域125和第二传输门124。在图20的像素270中,浮动扩散区域272和存储部123沿垂直于硅基板151的方向而被布置着,且从存储部123到浮动扩散区域272的电荷传输方向是垂直于硅基板151的方向。
[0155]具体地,如图20所示,P型层271被布置在其中埋入有N型层154的硅基板151上且处于存储部123的下层处。浮动扩散区域272以与P型层271接触的方式被埋入硅基板151的内部中。而且,第二传输门273被形成得以栅极绝缘膜158作为中介层的方式覆盖着P型层271及存储部123的前表面和侧表面。
[0156]P型层271具有P型层157和P型层155 二者的功能。即,当向第一传输门122施加传输脉冲时,P型层271的侧表面用作将光电二极管121中所累积的电荷向存储部123传输的传输路径;而当向第二传输门273施加传输脉冲时,P型层271的侧表面用作将存储部123中所累积的电荷向浮动扩散区域272传输的传输路径。
[0157]因此,光电二极管121中所累积的电荷经由P型层271而被传输至存储部123,且存储部123中所保持的电荷经由P型层271而被传输至浮动扩散区域272。
[0158]如上所述,在像素270中,P型层271的整个上方都被用作存储部123,因此,与像素120比较而言,存储部123中所能够保持的电荷量增加了。
[0159]电荷传输流
[0160]图21是图示了从存储部123到浮动扩散区域272的电荷传输流的图。
[0161]当在浮动扩散区域272的前表面和侧表面上累积空穴所必需的负电压被施加给第二传输门273时,利用P型层271形成了势皇,且存储部123与浮动扩散区域272之间的互连变为非导通状态。因而,存储部123和浮动扩散区域272电气隔离。
[0162]另一方面,如图21所示,当传输脉冲被施加给第二传输门273时,在P型层271的侧表面处形成反转层,且存储部123与浮动扩散区域272之间的互连变为导通状态。因此,存储部123中所累积的电荷沿垂直于硅基板151的方向而被传输,且被提供给浮动扩散区域 272。
[0163]像素的制造方法的示例
[0164]参照图22和图23,将说明利用制造装置来制造像素270的方法的示例。
[0165]如图22所示,首先,以与图13相同的方式执行第一处理和第二处理。
[0166]在第三处理中,使用光致抗蚀剂292作为掩模、利用离子注入而在娃基板151内部中形成作为浮动扩散区域272的N型层。
[0167]在第四处理中,以与图13中的第三处理相同的方式,利用外延生长方法在硅基板151上将P型层271和存储部123形成为外延层。
[0168]如图23所示,在第五处理中,使用光致抗蚀剂293作为掩模,蚀刻掉包括处于N型层154和浮动扩散区域272上方的一部分在内的区域中的外延层,并且在硅基板151的前表面上形成了突起的台阶。
[0169]在第六处理中,利用热氧化方法在硅基板151上形成由S12制成的栅极绝缘膜158。然后,利用CVD方法在栅极绝缘膜158上形成多晶硅和金属,且使用抗蚀剂掩模来执行蚀刻,从而形成第一传输门122、第二传输门273、栅极173、栅极176和栅极179。这些栅极的膜厚是10nm到300nmo
[0170]第七处理与图14中的第七处理相同,且第八处理与图14中的第九处理相同,因此将省略它们的说明。
[0171]需要注意的是,虽然没有描绘,但是可以以与图15和图16的情况相同的方式利用离子注入而形成P型层271和存储部123。而且,可以以与图17和图18的情况相同的方式只生长用于构成P型层271和存储部123的外延层。
[0172]如上所述,在像素270中,光电二极管121、存储部123、浮动扩散区域272和P型层271沿垂直于硅基板151的方向而被布置着。因此,不仅光电二极管121与存储部123之间的电荷传输方向垂直于硅基板151,而且存储部123与浮动扩散区域272之间的电荷传输方向也垂直于硅基板151。
[0173]因而,利用P型层271的厚度和浓度,不仅控制了沿光电二极管121与存储部123之间的电荷传输方向的杂质浓度,还控制了沿存储部123与浮动扩散区域272之间的电荷传输方向的杂质浓度。即,在图22和图23的制造方法中,利用外延层的厚度和浓度来控制在传输方向上的杂质浓度。
[0174]因此,不仅能够高精度地控制沿光电二极管121与存储部123之间的电荷传输方向的杂质浓度,还能够高精度地控制沿存储部123与浮动扩散区域272之间的电荷传输方向的杂质浓度。结果,不仅光电二极管121与存储部123之间的个体势皇的波动减小,而且存储部123与浮动扩散区域272之间的个体势皇的波动也减小。
[0175]需要注意的是,在图20的像素270中,光也可以从硅基板151的后表面侧照射。即,像素270可以是后表面照射型的像素。
[0176]像素的第二示例性构造
[0177]图24是当像素270为后表面照射型的像素时该像素270的A_A’截面图。
[0178]相同的附图标记被分派给图24中所示的那些元件之中的与图20中的元件相同的元件。将适当地省略重复性的说明。
[0179]图24中的像素270与图20所示构造的不同之处在于:第一传输门122和第二传输门273没有被遮光膜156覆盖,而是硅基板151的后表面的与存储部123相对的区域被由诸如钨等金属层制成的遮光膜311覆盖。
[0180]第三实施例的示例性构造
[0181]固态图像传感器的第三实施例的示例性构造
[0182]除了像素的构造有所不同以外,作为应用了本发明的固态图像传感器的CMOS图像传感器的第三实施例的构造与图1中的CMOS图像传感器100相同,因此在下面只说明像素。
[0183]像素的示例性构造
[0184]图25是图示了作为应用了本发明的固态图像传感器的CMOS图像传感器的第三实施例中的像素的示例性构造的平面图,且图26是图25中的像素的D-D’截面图。
[0185]相同的附图标记被分派给图25和图26中所示的那些元件之中的与图2和图6中的元件相同的元件。将适当地省略重复性的说明。
[0186]图25和图26中的像素330与图2和图6中的像素120的不同之处在于:浮动扩散区域331被设置用来代替存储部123、P型层157和浮动扩散区域125,由此取消了第二传输门124 ;而且,遮光膜156覆盖第一传输门122和栅极173。在像素330中,存储部123和浮动扩散区域125被统一为浮动扩散区域331。
[0187]具体地,在像素330中,以与像素120相同的方式开始曝光,并且在曝光即将结束之前通过垂直驱动部112向所选择行中的选择晶体管128施加选择脉冲SEL,且向复位晶体管126施加复位脉冲RST。因而,与浮动扩散区域331中所保持的电荷对应的信号作为像素信号的偏尚成分被输出至列处理部113。
[0188]然后,在曝光结束时刻,以与像素120相同的方式,通过垂直驱动部112向全部像素中的第一传输门122同时施加传输脉冲。因而,P型层155变为导通状态,且光电二极管121中所累积的电荷经由P型层155而被传输至浮动扩散区域331然后被保持。浮动扩散区域331将所保持的电荷转换成电压。
[0189]随后,没有通过垂直驱动部112向所选择行中的复位晶体管126施加复位脉冲RST,因此,放大晶体管127放大与栅极176连接的浮动扩散区域331的电压。在这种情况下,选择脉冲SEL保持着被施加给选择晶体管128的状态,且由放大晶体管127放大后的电压的信号作为像素信号被输出至列处理部113。
[0190]如上所述,执行了全局曝光的图像的像素信号以行为单位被提供给列处理部113。结果,执行了全局曝光的图像的像素信号按照光栅扫描的顺序被输出至信号处理部118。
[0191]需要注意的是,像素330的制造方法与像素120的制造方法相同,因此,将省略详细的说明和描绘。
[0192]具体地,在像素330的制造方法中,执行图13中的第一处理和第二处理,然后在第三处理中,例如以与图13中的第三处理相同的方式形成P型层155和浮动扩散区域331。然后,在第四处理中,以与图13中的第四处理相同的方式对P型层155和浮动扩散区域331进行蚀刻,接着在第五处理中,以与图13中的第五处理相同的方式形成P型层171、P型层174和P型层177。
[0193]然后,在第六处理中,以与图13中的第六处理相同的方式形成第一传输门122、栅极173、栅极176和栅极179,接着执行图13中的第七处理。在第八处理中,浮动扩散区域331的一些部分变为N型层172、N型层175和N型层178,然后执行图13中的第九处理。随后,用遮光膜156覆盖第一传输门122及栅极173的前表面和侧表面,从而完成像素330的制造。
[0194]而且,虽然没有描绘,但是像素330可以是后表面照射型的像素。在这种情况下,第一传输门122和栅极173没有被遮光膜156覆盖,而是硅基板151的后表面的与浮动扩散区域331相对的区域被由诸如钨等金属层制成的遮光膜覆盖。
[0195]第四实施例的示例性构造
[0196]电子设备的一个实施例的示例性构造
[0197]图27是图示了作为应用了本发明的电子设备的摄像设备的示例性构造的框图。
[0198]图27中的摄像设备500是摄影机、或数码相机等。摄像设备500包括光学部501、固态图像传感器502、DSP电路503、帧存储器504、显示部505、记录部506、操作部507和电源部508。DSP电路503、帧存储器504、显示部505、记录部506、操作部507和电源部508经由总线509而彼此连接。
[0199]光学部501由透镜组等构成,且接收来自被摄对象的入射光(图像光)从而在固态图像传感器502的成像面上形成图像。固态图像传感器502是上述的
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