固体摄像器件、其制造方法、照相机和电子设备的制作方法

专利名称：固体摄像器件、其制造方法、照相机和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像器件、其制造方法和照相机。具体地说，本发明涉及具有光电 二极管的像素以矩阵形式布置在感光表面上的固体摄像器件、该固体摄像器件的制造方法 以及设有所述固体摄像器件的照相机。还有，本发明涉及固体摄像器件和电子设备。具体地说，本发明涉及光电转换单元 和用来将由光电转换单元产生出的信号电荷作为电信号输出的像素晶体管安装在像素区 域中的固体摄像器件和电子设备。
背景技术：
通常，光电二极管的电荷累积容量在很大程度上取决于形成在基板表面附近的PN 结的容量。但是，如果进行像素细化，则光电二极管的表面积变得更小以使得PN结的面积 也变得更小，因此减小了电荷累积容量。在大量光入射到光电二极管上时，在光电二极管中光电转换的电子很容易从光电 二极管中溢出，并且图像变白。因此，如果进行像素细化，则成像器件的动态范围变小。因此，为了扩大电荷累积容量，必须增大光电二极管的PN结的容量。为此，重要的 是通过使得在PN结中的有效杂质浓度梯度突变来增大结容量。为了获得急剧升降的PN结，进行浅密集离子注入，然后应该考虑进行热处理以防 止热扩散。但是，如果热处理不充分，则通过离子注入造成的注入缺陷不会由热处理去除，而 是保留在PN结附近。还有，甚至在例如栅极蚀刻和侧壁回蚀中的反应离子蚀刻等蚀刻过程中，在PN结 附近也引起了缺陷和杂质。但是，由于因为上述原因应该减少热处理，所以不可能进行热处理以充分消除缺陷。因此，在试图通过提高在表面上PN结的陡度来增大结容量的情况中，上述缺陷保 留在PN结附近，并且在陷阱辅助带(trap assist band)间出现迁移。因此，即使在仅仅由 原始电场强度支配的带之间出现迁移的情况中，也会引起大量的结泄漏电流，这导致不期 望发生的暗电流增大。如上所述，通过仅仅使得PN结突变来改善动态范围造成产出率降低，例如暗电流 增大等。
日本待审专利申请文献No. 2005-167588描述了通过在元件隔离区中埋入P+多晶 硅并且向多晶硅施加负电位来钉扎Si02/Si的界面附近。P+多晶硅的钉扎局限于元件隔离 区的内部。日本待审专利申请文献No. 2001-189286描述了在玻璃基板上沉积Si活性层并且 在其上布置光栅极Al。光栅极用来形成耗尽层以便在活性层中累积由在活性层中的光电转 换产生出的载流子单侧电荷。日本待审专利申请文献No. 2003-338615描述了在背面上布置透明电极，并且在 其上施加负电位。透明电极用于背面的钉扎。日本待审专利申请文献No. 2003-31785描述了用来自背面的光照射的CMOS图像
传感器。日本待审专利申请文献No. 2006-173351和2007-258684和国际专利文献 No. 2008/139644描述了电极安装在感光表面的正面上的结构。例如数码摄像机、数码相机等电子设备包括固体摄像器件。例如，电子设备包括 CMOS(互补金属氧化物半导体)型图像传感器、CCD(电荷耦合器件)图像传感器等作为固 体摄像器件。根据固体摄像器件，多个像素布置在半导体基板的正面上。在每个像素中，安装有 光电转换单元。该光电转换单元例如为光电二极管，它通过感光表面接收通过安装在外面 的光学系统入射的光，对所接收到的光进行光电转换并且产生出信号电荷。根据固体摄像器件中的CMOS型图像传感器，像素如此配置，从而CMOS型图像传感 器除了光电转换单元之外还包括像素晶体管。像素晶体管包括多个晶体管，以读取由光电 转换单元产生出的信号电荷并且在信号线上将所读取信号电荷作为电信号输出。作为固体摄像器件，已知有光电转换单元接收从半导体基板中安装有电路元件、 接线等的前表面侧入射的光的“前照射”式固体摄像器件。在“前照射”式的情况中，由于 入射光受到电路元件、接线等遮挡或反射，所以难以改善灵敏度。因此，已经提出了 “背照 射”式固体摄像器件，其中光电转换单元接收从与半导体基板中安装有电路元件、接线等的 表面相反的背面入射的光(例如，参见日本专利No. 3759435)。在如上所述的固体摄像器件中，在半导体基板的表面上安装有有效像素区和光学 黑区。在有效像素区中，布置有其中光电转换单元接收入射光的有效像素。光学黑区安装 在包围着有效像素区的部分中，并且在光学黑区中，布置有光学黑(OB)像素，光学黑像素 中安装有用于遮挡向光电转换单元入射的光的遮光层。从OB像素输出黑电平参考信号。 还有，在该固体摄像器件中，根据从OB像素输出的信号对从有效像素输出的信号进行校正 处理，以消除例如暗电流等噪声分量(例如参见日本待审专利申请文献No. 2006-147816、 2005-101985,2009-164247 和 2006-25147)。另外，为了防止在固体摄像器件中出现光学串扰，已经提出在有效像素区和光 学黑区之间安装伪像素区。在伪像素区中，安装有不与读取列电路连接的伪像素，以吸 收从有效像素区泄漏的信号电荷。还有，已经提出安装导电式阱作为伪像素区，这与有 效像素区的阱不同并且用来大批强制排出多余电荷(例如，参见日本待审专利申请文献 No.2000-196055)。如上所述，难以在通过使得PN结突变来改善动态范围的同时抑制产出率变差。
还有，如果仅设有伪像素区，则大量的多余电荷泄漏到光学黑区中以改变黑电平 的参考信号，并且因此所拍摄的图像的图像质量会变差。具体地说，在“背照射”的情况中，与“前照射” 一样，显然难以使得半导体基板用 作溢出漏极，因此导致出现问题。还有，即使在“前照射”的情况中，在采用ρ型基板来处理负电荷(电子)时或者 在采用η型基板来处理正电荷(空穴)时，基板不会用作溢出漏极，因此导致出现问题。还有，在安装与有效像素区的阱(例如ρ型阱)不同的导电型阱(例如N型阱) 作为伪像素区的情况中，不容易确保在相邻像素和另一个像素之间的处理连续性。因此，来 自该像素的信号在该部分中具有不连续性，并且因此所拍摄的图像在与伪像素区的相邻部 分对应的部分中会具有不均性。

发明内容
如上所述，在该固体摄像器件中，所拍摄图像的图像质量会变差。根据本发明的实施方案，提供这样一种固体摄像器件，它包括光电二极管，其具 有第一导电型半导体区，为呈矩阵形式布置在半导体基板的感光表面上的每个像素分别形 成；第一导电型传输栅极，其在与光电二极管相邻的区域中隔着栅极绝缘层形成在半导体 基板上，并且传输在光电二极管中产生并且累积的信号电荷；信号读取单元，用来读取与信 号电荷对应的电压或信号电荷；以及反型层感应电极，其在覆盖着一部分或整个光电二极 管的区域中隔着栅极绝缘层形成在半导体基板上，并且由功函大于传输栅极电极的功函的 导体或半导体构成，其中，感应出反型层，这是通过反型层感应电极在半导体区的反型层感 应电极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。在根据本发明的实施方案的固体摄像器件中，为以矩阵形式布置在半导体基板的 感光表面上的每个像素分别形成具有第一导电型半导体区的光电二极管。在与光电二极管 相邻的区域中，第一导电型传输栅极电极隔着栅极绝缘层形成在半导体基板上，以传送在 光电二极管中产生并且累积的信号电荷。信号读取单元形成用来读取与信号电荷对应的电 压或该信号电荷。还有，在覆盖着一部分或整个光电二极管的区域中，隔着栅极绝缘层在半 导体基板上形成由功函大于传输栅极电极的功函的导体或半导体构成的反型层感应电极。 这里，感应出反型层，这是通过反型层感应电极在半导体区的反型层感应电极侧的表面上 累积第二导电型载流子来形成的。根据本发明的另一个实施方案，提供了一种制造固体摄像器件的方法，该方法包 括以下步骤在为以矩阵形式布置在半导体基板的感光表面上的每个像素分别形成的光电 二极管形成区域中形成第一导电型半导体区；在与光电二极管形成区域相邻的区中隔着栅 极绝缘层在半导体基板上形成第一导电型传输栅极电极，用来传送在光电二极管中产生并 且累积的信号电荷；形成用于读取与信号电荷对应的电压或信号电荷的信号读取单元；以 及在覆盖着一部分或整个光电二极管形成区域的区域中隔着栅极绝缘层在半导体基板上 形成由功函大于传输栅极电极的功函的导体或半导体构成的反型层感应电极，其中，如此 形成所述光电二极管，感应出通过反型层感应电极在半导体区的反型层感应电极侧的表面 上累积第二导电型载流子而形成的反型层作为光电二极管。在根据本发明另一个实施方案的制造固体摄像器件的方法中，为以矩阵形式布置在半导体基板的感光表面上的每个像素分别形成的光电二极管形成区上形成第一导电型 半导体区。然后，在与光电二极管形成区相邻的区域中，隔着栅极绝缘层在半导体基板上形 成第一导电型传输栅极电极，用来传送在光电二极管中产生并且累积的信号电荷。还有，形 成用来读取与信号电荷对应的电压或该信号电荷的读取单元。另外，在覆盖着一部分或整 个光电二极管形成区的区域中隔着栅极绝缘层在半导体基板上形成由功函大于传输栅极 电极的功函的导体或半导体构成的反型层感应电极。这里，如此形成所述光电二极管，其中感应出反型层作为光电二极管，反型层是通 过利用反型层感应电极在半导体区的反型层感应电极侧的表面上累积第二导电型载流子 而形成的。根据本发明再一个实施方案，提供一种照相机，其包括通过在感光表面上集成多 个像素而形成的固体摄像器件、用来将入射光引导至固体摄像器件的成像单元的光学系统 和用于处理所述固体摄像器件的输出信号的信号处理电路，其中，所述固体摄像器件包括 光电二极管，其具有第一导电型半导体区，为呈矩阵形式布置在半导体基板的感光表面上 的每个像素分别形成；第一导电型传输栅极，其在与光电二极管相邻的区域中隔着栅极绝 缘层形成在半导体基板上，并且传输在光电二极管中产生并且累积的信号电荷；信号读取 单元，用来读取与信号电荷对应的电压或信号电荷；以及反型层感应电极，其在覆盖着一部 分或整个光电二极管的区域中隔着栅极绝缘层形成在半导体基板上，并且由功函大于传输 栅极电极的功函的导体或半导体构成，其中，感应出反型层，这是通过反型层感应电极在半 导体区的反型层感应电极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。根据本发明再一个实施方案的照相机包括通过在感光表面上集成多个像素而形 成的固体摄像器件、用来将入射光引导至固体摄像器件的成像单元的光学系统和用于处理 所述固体摄像器件的输出信号的信号处理电路。这里，所述固体摄像器件为具有根据本发 明实施方案的上述结构的固体摄像器件。根据本发明的再一个实施方案，提供了一种固体摄像器件，其包括光电转换单 元，用于通过感光表面接收光并且产生出信号电荷；以及半导体基板，其中在像素区中安装 有用来将由光电转换单元产生出的信号电荷作为电信号输出的像素晶体管，其中所述像素 区包括有效像素区，其中布置有入射光入射到光电转换单元的感光表面上的有效像素； 以及遮光区，其设在所述有效像素区的附近并且其中布置有遮光像素，在遮光区中，在光电 转换单元的感光表面的上侧设有用于遮挡入射光的遮光单元，其中，遮光区还包括放电区， 在放电区中，用于将从有效像素区泄漏出的信号电荷排放出的放电像素布置成遮光像素， 遮光区还包括光学黑区，在光学黑区中布置有光学黑像素作为遮光像素，在光学黑像素中 像素晶体管将由光电转换单元产生出的信号电荷作为黑电平参考信号输出，并且在所述有 效像素区和所述光学黑区之间设有所述相应的放电区。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的固体摄像器件中，所述放电像素、所述 光学黑像素和所述有效像素设在所述半导体基板上的相同导电型阱中。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的固体摄像器件中，像素晶体管包括传 输晶体管、放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管，其中，在放电区中，传输晶体管的栅极不 与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶体管 处于接通状态的电位施加在其上；复位晶体管的栅极不与在其上向栅极施加复位信号的复位线电连接，而是构成为，使得所述相应的复位晶体管处于接通状态的电位施加在其上；并 且在其上输出电信号的信号线不与其中电信号在信号线中输出的半导体器件电连接。优选的是，根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，传输晶体管相对于 每个光电转换单元一对一设置，并且放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管相对于包括多 个光电转换单元的组一对一设置。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的固体摄像器件中，像素晶体管包括传 输晶体管、放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管，其中，在放电区中，传输晶体管的栅极不 与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，将使得所述相应的传输晶体 管处于接通状态的电位施加在所述传输晶体管的栅极以及与所述传输晶体管的漏极对应 的浮动扩散区上，并且在其上输出电信号的信号线不与其中在信号线上输出电信号的半导 体器件电连接。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的固体摄像器件中，所述传输晶体管相 对于每个光电转换单元一对一设置，并且放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管相对于包 括多个光电转换单元的组一对一设置。优选的是，在根据本发明在一个实施方案的该固体摄像器件中，所述像素晶体管 包括传输晶体管、放大晶体管和复位晶体管，其中，在放电区中，所述传输晶体管的栅极不 与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶体管 处于接通状态的电位施加在其上；所述复位晶体管的栅极不与在其上向栅极施加复位信号 的复位线电连接，而是构成为，将使得所述相应的复位晶体管处于接通状态的电位施加在 其上；并且在其上输出电信号的信号线不与其中在信号线上输出电信号的半导体器件电连 接。优选的是，根据本发明再一个实施方案的固体摄像器件，所述传输晶体管相对于 每个光电转换单元一对一设置，并且所述放大晶体管和复位晶体管相对于包括多个光电转 换单元的组一对一设置。优选的是，在根据本发明的再一个实施方案的固体摄像器件中，所述像素晶体管 包括传输晶体管、放大晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅 极不与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶 体管处于接通状态的电位施加在所述传输晶体管的栅极以及与所述传输晶体管的漏极对 应的浮动扩散区上；并且在其上输出电信号的信号线不与其中在信号线上输出电信号的半 导体器件电连接。优选的是，根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件，所述传输晶体管相对 于每个光电转换单元一对一设置，并且所述放大晶体管和复位晶体管相对于包括多个光电 转换单元的组一对一设置。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述像素晶体管 包括传输晶体管、放大晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅 极不与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶 体管处于接通状态的电位施加在其上；所述复位晶体管的栅极不与在其上向栅极施加复位 信号的复位线电连接，而是构成为，将使得所述相应的复位晶体管处于接通状态的电位施 加在其上；并且所述选择晶体管的栅极构成为，将接地电位或与接地电位对应的低电位施加在所述选择晶体管的栅极上，从而所述相应的选择晶体管不处于接通状态。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述像素晶体管 包括传输晶体管、放大晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅 极不与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶 体管处于接通状态的电位施加在所述传输晶体管的栅极和与所述传输晶体管的漏极对应 的浮动扩散区上；并且所述选择晶体管的栅极构成为，将接地电位或与接地电位对应的低 电位施加在所述选择晶体管的栅极上，从而所述相应的选择晶体管不处于接通状态。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述像素晶体管 包括传输晶体管、放大晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅 极不与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶 体管处于接通状态的电位施加在其上；所述复位晶体管的栅极不与在其上向栅极施加复位 信号的复位线电连接，而是构成为，将使得所述相应的复位晶体管处于接通状态的电位施 加在其上；与所述传输晶体管的漏极对应的浮动扩散区和所述放大晶体管的栅极彼此电隔 离；并且将接地电位或与接地电位对应的低电位施加在所述相应的栅极上，从而所述相应 的放大晶体管不处于接通状态。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述像素晶体管 包括传输晶体管、放大晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅 极不与在其上向栅极施加传输信号的传输线电连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶 体管处于接通状态的电位施加在所述传输晶体管的栅极和与所述传输晶体管的漏极对应 的浮动扩散区上；所述传输晶体管的所述浮动扩散区和所述放大晶体管的栅极彼此电隔 离；并且将接地电位或与接地电位对应的低电位施加在所述相应的栅极上，从而所述相应 的放大晶体管不处于接通状态。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述像素晶体管 至少包括传输晶体管，并且所述相应的传输晶体管设为耗尽晶体管。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述半导体基板 具有其上形成有所述像素晶体管的一个表面和在其上入射光入射在所述有效像素的感光 表面上的背面。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的该固体摄像器件中，所述半导体基板 具有其上形成有所述像素晶体管并且在该表面上入射光入射在有效像素的感光表面的一 个表面，并且溢出漏极区没有设在所述相应的半导体基板的背面上，该背面与设有光电转 换单元的位置相对。根据本发明再一个实施方案，提供了一种电子设备，它包括通过感光表面接收光 并且产生出信号电荷的光电转换单元，以及半导体基板，其中在像素区中设有用来将由所 述光电转换单元产生出的所述信号电荷作为电信号输出的像素晶体管，其中所述像素区包 括有效像素区，其中布置有有效像素，在有效像素中入射光入射到所述光电转换单元的所 述感光表面；和遮光区，其设在所述有效像素区附近并且其中布置有遮光像素，在遮光像素 中用来遮挡入射光的遮光单元设在光电转换单元的感光表面的上侧，其中，遮光区还包括 放电区，在放电区中，用于将从有效像素区泄漏出的信号电荷排放出的放电像素布置成遮 光像素，遮光区还包括光学黑区，在光学黑区中布置有光学黑像素作为遮光像素，在光学黑像素中像素晶体管将由光电转换单元产生出的信号电荷作为黑电平参考信号输出，并且在 所述有效像素区和所述光学黑区之间设有所述相应的放电区。优选的是，在根据本发明再一个实施方案的电子设备中，放电区设在有效像素区 和光学黑区之间。在放电区中，设有放电像素，并且该放电像素将从有效像素区中泄漏出的 信号电荷强制排放出。根据本发明实施方案的固体摄像器件，反型层感应电极形成在覆盖着一部分或整 个光电二极管的区域上，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电极侧的 表面上累积第二导电型载流子来形成的。因此，通过使得PN结突变来改善动态范围，并且 可以抑制产出率变差。根据本发明另一个实施方案的制造固体摄像器件的方法，可以这样制造出固体摄 像器件，即通过在覆盖着一部分或整个光电二极管的区域上形成反型层感应电极，并且感 应出通过在半导体区的反型层感应电极侧的表面上累积第二导电型载流子而形成的反型 层。因此，通过使得PN结突变来改善动态范围，并且可以抑制产出率变差。根据本发明的再一个实施方案，可以提供采用了能够通过PN结突变来抑制产出 率变差并且改善动态范围的固体摄像器件的照相机。根据本发明的这些实施方案，能够提供改善图像质量的固体摄像器件和电子设 备。


图1为本发明第一实施方案的固体摄像器件的平面图；图2A和2B为本发明第一实施方案的固体摄像器件的剖视图；图3A至3D为第一实施方案和比较实施例的固体摄像器件的光电二极管区的能带 图；图4A和4B为剖视图，显示出本发明第一实施方案的制造固体摄像器件的方法的 制造工序；图5A和5B为剖视图，显示出本发明第一实施方案的制造固体摄像器件的方法的 制造工序；图6A和6B为剖视图，显示出本发明第一实施方案的制造固体摄像器件的方法的 制造工序；图7A和7B为剖视图，显示出本发明第一实施方案的制造固体摄像器件的方法的 制造工序；图8A和8B为剖视图，显示出本发明第一实施方案的制造固体摄像器件的方法的 制造工序；图9为本发明第一变型的固体摄像器件的施加电压的时序图；图IOA至IOC为表示本发明第二变型的制造固体摄像器件的方法的制造工序的剖 视图；图11为本发明第二实施方案的固体摄像器件的平面图；图12A和12B为本发明第二实施方案的固体摄像器件的剖视图；图13A至13C为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序；图14A和14B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图15A和15B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图16A和16B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图17A和17B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图18A和18B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图19A和19B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图20A和20B为剖视图，显示出本发明第二实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序；图21为本发明第三实施方案的固体摄像器件的平面图；图22A和22B为本发明第三实施方案的固体摄像器件的剖视图；图23A至23C为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图24A和24B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图25A和25B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图26A和26B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图27A和27B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图28A和28B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图29A和29B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图30A和30B为表示本发明第三实施方案的制造固体摄像器件的方法的制造工序 的剖视图；图31为示意图，显示出本发明第四实施方案的照相机的示意性结构；图32为示意图，显示出本发明实施例1的照相机的示意性结构；图33为方框图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的整体结构；图34为示意图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的主要部分；图35为示意图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的主要部分；图36为示意图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的主要部分；
图37为示意图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的主要部分图38为示意图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的主要部分图39为示意图，显示出本发明实施例1的固体摄像器件的主要部分图40为示意图，显示出本发明实施例2的固体摄像器件的主要部分图41为示意图，显示出本发明实施例2的固体摄像器件的主要部分图42为示意图，显示出本发明实施例3的固体摄像器件的主要部分图43为示意图，显示出本发明实施例3的固体摄像器件的主要部分图44为示意图，显示出本发明实施例3的固体摄像器件的主要部分图45为示意图，显示出本发明实施例3的固体摄像器件的主要部分图46为示意图，显示出本发明实施例3的固体摄像器件的主要部分图47为示意图，显示出本发明实施例4的固体摄像器件的主要部分图48为示意图，显示出本发明实施例4的固体摄像器件的主要部分图49为示意图，显示出本发明实施例5的固体摄像器件的主要部分图50为示意图，显示出本发明实施例5的固体摄像器件的主要部分图51为示意图，显示出本发明实施例5的固体摄像器件的主要部分图52为示意图，显示出本发明实施例5的固体摄像器件的主要部分图53为示意图，显示出本发明实施例5的固体摄像器件的主要部分图M为示意图，显示出本发明实施例6的固体摄像器件的主要部分图55为示意图，显示出本发明实施例6的固体摄像器件的主要部分图56为示意图，显示出本发明实施例7的固体摄像器件的主要部分图57为示意图，显示出本发明实施例7的固体摄像器件的主要部分图58为示意图，显示出本发明实施例7的固体摄像器件的主要部分图59为示意图，显示出本发明实施例7的固体摄像器件的主要部分图60为示意图，显示出本发明实施例7的固体摄像器件的主要部分图61为示意图，显示出本发明实施例8的固体摄像器件的主要部分图62为示意图，显示出本发明实施例8的固体摄像器件的主要部分t
并且
具体实施例方式下面将参照这些附图对根据本发明实施方案的固体摄像器件、其制造方法和设有 相应的固体摄像器件的照相机进行说明。在该情况中，说明将按照以下顺序进行1.第一实施方案(基本结构)2.第一变型(通过施加在反型层感应电极上的电压将信号电荷推出)3.第二变型(栅极电极过程的变型)4.第二实施方案(在光电二极管的元件隔离区中具有沟槽的结构)5.第三实施方案(在传输栅极的下部中具有沟槽的结构)6.第三变型(在第三实施方案中的光电二极管的元件隔离区中没有沟槽的结构)7.第四实施方案(采用了固体摄像器件的照相机)8.第五实施方案第一实施方案
固体摄像器件的平面1为作为根据本发明第一实施方案的固体摄像器件的CMOS图像传感器的平面 图。根据本发明第一实施方案的固体摄像器件，例如为以矩阵形式布置在半导体基板 的感光表面上的每个像素分别形成光电二极管PD。例如，在与光电二极管PD相邻的区域中形成传输栅极电极TG，并且在与传输栅极 电极TG相邻的区域中还形成有浮动扩散区FD。例如，在该实施方案中，由元件隔离区I彼此分开的一组四个光电二极管PD呈矩 阵形式布置。在位于这些光电二极管组之间的区域中，布置有传输栅极电极TG、浮动扩散区 FDJtgCT和其他晶体管。例如，浮动扩散区FD通过四个传输栅极电极TG与包围着该浮动扩散区的四个光 电二极管PD连接。也就是说，一个浮动扩散区FD由四个像素共享。例如，光电二极管PD在接收光时累积由光电效应产生出的信号电荷。在浮动扩散 区FD中，连接有放大晶体管和选择晶体管，并且配置有用于根据信号电荷读取电压的信号 读取单元。还有，浮动扩散区FD与复位晶体管连接以去除累积在光电二极管PD和浮动扩 散区FD内的信号电荷。在该实施方案中的CMOS图像传感器中，在覆盖着一部分或整个光电二极管PD的 区域中，反型层感应电极PG隔着栅极绝缘层形成在半导体基板上。反型层感应电极PG由功函大于传输栅极电极TG的功函的导体或半导体构成。感 应出反型层，这是通过反型层感应电极PG在形成光电二极管PD的第一导电型半导体区的 反型层感应电极PG的表面上累积第二导电型载流子来形成的。例如，感应出反型层，这是 通过在形成光电二极管PD的N型半导体区的反型层感应电极PG侧的表面上累积空穴即ρ 型载流子来形成的。还有，在该实施方案中的CMOS图像传感器中，如下面所述一样，CMOS晶体管由 NMOS晶体管和PMOS晶体管构成，它们构成与在一区域(未示出)中具有感光表面的半导体 基板相同的基板上的逻辑电路。固体摄像器件的剖视2A为根据该实施方案的固体摄像器件的剖视图。例如，沿着图1的II-II线剖 开的剖视图对应于图2A表示的光电二极管区APD和传输栅极区ATG。传输栅极区ATG包括 传输栅极电极和浮动扩散区。还有，例如，如图2A所示一样，显示出构成逻辑电极(在图1 中未示出)的NMOS晶体管区ANMOS和PMOS晶体管区APMOS。例如，在由元件隔离区IOb分隔的光电二极管区APD中，形成有N型半导体区17， 其形成在由P型硅制成的半导体基板10中的光电二极管。半导体基板10可以是整块的硅 基板，或者可以是SOI (绝缘体上硅)基板。在光电二极管区APD的端部中的半导体区17的表面层部分上，形成有P型半导体 层26，该层构成一部分PN结，这与半导体区17 —样成为光电二极管。在与ρ型半导体层沈的区域相邻的传输栅极区ATG中，作为传输栅极电极的由N 型多晶硅制成的导电层21a隔着栅极绝缘层20形成在半导体基板10上。另外，作为浮动 扩散区的N型半导体层30形成在与作为传输栅极电极的导电层21a相邻的区域上。
在该实施方案中的CMOS图像传感器中，在覆盖着一部分或整个光电二极管PD的 区域中，隔着栅极绝缘层20在半导体基板10上形成由P型多晶硅形成的作为反型层导电 电极的导电层21b。如图2A所示，作为反型层导电电极的导电层21b与作为形成在相邻光 电二极管上的反型层导电电极的导电层21b形成为一体。如上所述，在N型导电层21a和ρ型导电层21b的侧面上，形成有侧壁绝缘层27。还有，在该实施方案中的CMOS图像传感器中，在NMOS晶体管区ANMOS和PMOS晶 体管区APMOS中，在半导体基板10上形成有构成逻辑电路的NMOS晶体管和PMOS晶体管。 CMOS晶体管由NMOS晶体管和PMOS晶体管形成。也就是说，元件隔离绝缘层14通过STI (浅沟槽隔离)法形成在设在半导体基板 10上的元件隔离沟槽IOa上。在由元件隔离绝缘层14分隔开的NMOS晶体管区ANMOS中， 隔着栅极绝缘层20在半导体基板10上形成作为栅极电极的由N型多晶硅制成的导电层 21a。如上所述，在N型导电层21a的表面侧上形成侧壁绝缘层27，并且在侧壁绝缘层 27的两个侧部上在半导体基板10中形成作为源极/漏极区的N型半导体层四。这样，就 构成了 PMOS晶体管。还有，在通过半导体基板10的STI法由元件隔离绝缘层14分隔开的PMOS晶体管 区APMOS中，形成有N型阱16。另外，隔着栅极绝缘层20在半导体基板10上形成作为栅极 电极的由P型多晶硅制成的导电层21b。如上所述，侧壁绝缘层27形成在P型导电层21b的侧面上，并且作为源极/漏极 区的P型半导体层32在侧壁绝缘层27的两个侧部上形成在半导体基板10中。因此，构成 PMOS晶体管。图2B为根据本发明该实施方案的固体摄像器件的剖视图。虽然图2B与图2A基本上相同，但是图2B显示出在由P型多晶硅制成的作为N型 半导体区17的反型层感应电极的导电层21b侧的表面上感应出反型层17a。例如，反型层感应电极由功函大于传输栅极电极的功函的导体或半导体构成。在 该实施方案中，反型层感应电极由P型多晶硅制成，并且传输栅极电极由N型多晶硅制成。感应出反型层17a，这是通过反型层感应电极在形成光电二极管的N型半导体区 17的反型层感应电极侧的表面上累积作为P型载流子的空穴来形成的。虽然反型层感应电极具有在没有施加电压的情况下感应出由反型层感应电极的 功函引起的反型层17a的作用，但是例如可以通过施加负电压累积具有更高浓度的空穴来 加强在反型层17a内的有效载流子浓度。在该表面上的空穴能够减小由该基板表面引起的 漏电流，并且由于泄漏随着浓度越高而减少，所以优选引入浓度尽可能高的空穴。下面将对 表面反型层17a感应的原因进行说明。优选的是，在半导体区17中的N型杂质的有效浓度具有平滑的浓度梯度，即离半 导体基板的表面越近则浓度变得越高。在该情况中，从光电二极管产生出的信号电荷在基 板表面附近平稳运动。这些信号电荷由电位俘获并且累积在光电二极管PD内。还有，通过覆盖光电二极管在半导体基板上形成绝缘层和上层接线。如果光入射表面位于基板的背面侧(在图2B中的方向A)上，则必要时，在基板的 背面侧上形成滤色器等。另外，可以在基板的背面侧上安装光学引导件或片上透镜。在上述结构中，通过覆盖光电二极管而形成的反型层感应电极相对于入射光而言可以是不透明 的。例如，反型层感应电极可以由作为与PMOS晶体管的栅极电极相同的层的P型多晶硅形 成。还有，还可以采用例如铜等金属层作为遮挡入射光的反射层，以便在来自基板的背面侧 的入射光没有吸收在光电二极管中而是穿过光电二极管时，使得光重新返回到光电二级管 区。反型层感应电极由功函大于传输栅极电极的功函的导体或半导体制成，例如可以 采用？型硅、？型多晶硅、铜、钨、慰3丨、&^丨、1^、1110(氧化铟锡)等。如果入射光表面位于基板的表面侧(在图2B中的方向B)上，则必要时，在基板上 的绝缘层内安装光学引导件，并且滤色器和片上透镜形成在其上层上。在上述结构中，重要 的是，通过覆盖光电二极管而形成的反型层感应电极相对于入射光是透明的。例如，可以形 成例如ITO等透明电极。甚至多晶硅根据其层厚也具有一些透光性，如果其可用的话也可 以采用。由于例如多晶硅等反型层感应电极可以降低基板表面的界面状态，所以由于光电 二极管的表面而具有降噪效果，并且因此优选应用于其中降低表面噪声很重要的器件上。 根据该器件的情况，反型层感应电极可以由选自上述材料的材料形成。在图2A和2B中，省略了绝缘层、上层接线、光学引导件、滤色器和片上透镜。构成固体摄像器件的光电二极管的能带图3A至3D为根据该实施方案的CMOS图像传感器和根据比较实施例的CMOS图像 传感器的光电二极管区的能带图。图3A和;3B为根据本发明的实施方案的CMOS图像传感器的光电二极管区的能带 图。在图2B中所示的III-III表示在作为反型层感应电极的导电层21b、栅极绝缘层20和 半导体区17的横截面上的能带。这里，图3A显示出其中施加在反型层感应电极上的电压 为零的情况，图3B显示出向反型层感应电极施加预定负电压的情况。另一方面，图3C和3D为根据比较实施例的CMOS图像传感器的光电二极管区的能 带图。在图2B中所示的III-III对应于横截面，并且在这些比较实施例中，反型层感应电 极由用N型多晶硅制成的导电层21a构成。这里，图3C显示出施加在反型层感应电极上的 电压为零的情况，图3D显示出向反型层感应电极施加预定负电压的情况。在比较实施例的CMOS图像传感器中，如图3C所示，如果施加电压为零，则导电层 21a和半导体区17具有相同的电位，并且没有感应出反型层。如图3D所示，如果施加预定 的负电压，则在半导体区17的导电层21a侧的表面上累积空穴h，因此感应出反型层17a。在该实施方案的CMOS图像传感器中，在采用例如P型多晶硅等具有足够大功函的 材料作为反型层感应电极的情况中，如图3A所示，即使在施加电压为零的情况下，空穴h也 累积在半导体区17的导电层21b侧的表面上，例如在图3D中所示的一样，因此感应出反型 层17a。这是通过导电层21b的功函大于导电层21a的功函而引起的。还有，如图;3B所示，如果向导电层21b施加预定的负电位，则通过累积具有更高浓 度的空穴可以增强在反型层17a中的有效载流子浓度。根据该实施方案的固体摄像器件，反型层感应电极形成在覆盖着一部分或整个光 电二极管的区域中，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电极侧的表面 上累积第二导电型载流子而形成的。因此，可以通过使得PN结突变来改善动态范围。还有，在后面所述的制造固体摄像器件的方法中，可以进行热处理以去除通过栅极蚀刻和侧壁回蚀所引起的缺陷。还有，作为覆盖着光电二极管的反型层感应电极的导电 层自身阻止了在蚀刻过程中将缺陷引入到光电二极管区。因此，避免了暗电流增大，因此能 够抑制产出率变差。制造固体摄像器件的方法图4A至8B为剖视图，显示出根据本发明实施方案的制造固体摄像器件的方法的 制造工序。参照这些附图，将对根据本发明实施方案的制造作为固体摄像器件的CMOS图像 传感器的方法进行说明。这些附图为对应于图2A和2B的剖视图，并且显示出光电二极管区APD、传输栅极 区ATG、匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS。首先，如图4A所示，例如在匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS中，通过 STI法在半导体基板10上形成元件隔离沟槽10a，并且形成元件隔离绝缘层14。例如，通过 离子注入N型杂质，在PMOS晶体管区APMOS上形成N型阱16。在形成N型阱16中，利用 0. 2至IOOOkeV的注入能量和1 X IO11至1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P。还有，在光电二极管区APD和传输栅极区ATG中，在P型元件隔离区IOb中预先进 行元件隔离，并且在光电二极管区APD中形成构成光电二极管的N型半导体区17。例如，在 形成N型半导体区17中，利用50至3000keV的注入能量和1 X IO11至1 X IO1Vcm2剂量的 离子注入的组合形成P。还有，必要时，可以离子注入阱、沟道杂质和用于元件隔离的杂质。半导体基板10可以是整块的硅基板，或者可以是SOI基板。在形成半导体区17中，由于上述原因，优选的是，N型杂质的有效浓度具有平滑的 浓度梯度，即随着离半导体基板的表面越近而变得越高。接着，如图4B所示，例如在光电二极管区APD、传输栅极区ATG、NMOS晶体管区 ANMOS和PMOS晶体管区APMOS中，在半导体基板10的表面上形成栅极绝缘层20。例如可 以通过热氧化方法或CVD (化学气相沉积)方法形成硅氧化物层来形成栅极绝缘层20。接 着，通过CVD方法在绝缘层20的上层上形成厚度为80至250nm的多晶硅层21。接着，如图5A所示，例如按照形成图案的方式形成用于保护光电二极管区APD和 PMOS晶体管区APMOS的抗蚀剂层22。采用抗蚀剂层22作为掩模，在传输栅极区ATG和NMOS 晶体管区ANMOS中，通过将例如P等N型导电杂质注入到多晶硅层21上来形成N型导电层 21a。例如，在形成N型导电层21a中，利用5至30keV的注入能量和0 M 1 X IO1Vcm2剂量 的离子注入的组合形成P。接着，如图5B所示，例如，按照形成图案的方式形成用于保护传输栅极区ATG和 NMOS晶体管区NPMOS的抗蚀剂层23。采用该抗蚀剂层23作为掩模，通过将例如B等P型 导电杂质注入到多晶硅层21上来形成P型导电层21b。例如，在形成P型导电层21b中，利 用3至15keV的注入能量和0至1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成B。接着，如图6A所示，例如，在导电层21a和导电层21b上形成抗蚀剂层M以形成 图案。抗蚀剂层M具有光电二极管区APD的反型层感应电极、传输栅极区ATG的传输栅 极电极和匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS的栅极电极的图案。接着，如图6B所示，例如，采用抗蚀剂层M作为掩模进行蚀刻过程。蚀刻过程例如可以是通过( + 混合气体的等离子体进行的异向蚀刻过程，例如RIE (反应离子蚀刻)。如上所述，作为反型层感应电极的导电层21b、作为传输栅极电极的导电层21a、 作为NMOS晶体管的栅极电极的导电层21a和作为PMOS晶体管的栅极电极的导电层21b形 成为成图案。作为反型层感应电极的导电层21b与作为在相邻像素的光电二极管上的反型 层感应电极的导电层21b —体地形成。在上述蚀刻过程中，按照与各个导电层21a和21b的图案相同的图案处理栅极绝 缘层20。这里，只要在作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层 21a之间的宽度W为使得P型导电层21b和N型导电层21a可以充分分开的距离就足够了。 例如，宽度W可以通过能够加工的最小设计准则来形成，例如可以为50至300nm。接着，如图7A所示，例如形成抗蚀剂层25，其为光电二极管区APD的端部并且使与 传输栅极区ATG相邻的区域露出。通过采用抗蚀剂层25作为掩模离子注入例如B等P型 杂质，从而在光电二极管区APD的端部中在半导体区17的表面层上形成作为变为光电二极 管的半导体区17的构成一部分PN结的P型半导体层26。例如，利用0. 2至IOkeV的注入 能量和1 X IO12至5X 1013/Cm2剂量的离子注入的组合形成P型半导体层26。接着，如图7B所示，通过CVD方法在整个表面上层叠5至30nm的硅氧化物层和30 至IOOnm的硅氮化物层，并且在正面上进行回蚀工序。因此，在光电二极管区APD、传输栅极 区ATG、匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS中，在N型导电层21a和P型导电层 21b的侧面上形成侧壁绝缘层27。上述回蚀处理例如可以是通过CF4+A混合气体的等离子体进行的异向蚀刻过程， 例如RIE (反应离子蚀刻)。在作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层21a之间的宽 度W可以由侧壁绝缘层27完全填充。接着，如图8A所示，例如，形成用于保护光电二极管区APD和PMOS晶体管区APMOS 的抗蚀剂层观以形成图案。接着，采用抗蚀剂层观作为掩模注入例如P等N型导电杂质。 在NMOS晶体管区ANMOS上，形成作为N型源极/漏极区的N型半导体层四。还有，在传输 栅极区ATG上，形成作为浮动扩散区的N型半导体层30。这里，例如，利用5至20keV的注 入能量和1 X IO15至5X 1015/cm2剂量的离子注入的组合形成N型半导体层。接着，如图8B所示，例如，形成用于保护传输栅极区ATG、光电二极管区APD的与传 输栅极区ATG相邻的端部(半导体层沈的区域)和NMOS晶体管区APMOS的抗蚀剂层31 以形成图案。然后，采用该抗蚀剂层31作为掩模，注入例如B等P型导电杂质。在PMOS晶 体管区APMOS上，形成作为P型源极/漏极区的P型半导体层32。还有，在光电二极管区 APD中，在P型导电层21b中的P型杂质的浓度增高。这里，例如，利用2至^eV的注入能 量和1 X IO15至5X 1015/cm2剂量的离子注入的组合形成P型半导体层32。在如上所述的离子注入之后，通过在1000至1100°C下进行RTA(快速热退火)大 约0至20秒以去除缺陷来激活杂质。例如，在下面的工序中，如果入射光表面位于基板的背面侧(在图2B中的方向A)， 则通过研磨基板的另一表面来进行基板的薄膜化，并且必要时在基板的背面侧上形成滤色 器等。另外，可以安装光学引导件或片上透镜。
如果光入射表面位于基板的表面侧(在图2B中的方向B)上，则必要时在基板上 在绝缘层内安装光学引导件，并且在其上层上形成滤色器和片上透镜。通过上述工序，可以制造出如在图2A和2B中所示一样构成的CMOS传感器。根据该实施方案的制造固体摄像器件的方法，反型层感应电极形成在覆盖着一部 分或整个光电二极管的区域中，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电 极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。因此，可以制造出该固体摄像器件。还有，可以进行热处理以去除通过栅极蚀刻和侧壁回蚀所引起的缺陷。还有，作为 覆盖着光电二极管的反型层感应电极的导电层自身阻止了在蚀刻过程中将缺陷引入到光 电二极管区。因此，避免了暗电流增大，因此能够抑制产出率变差。第一变型iS遍触_,献_卜.^申ι繊 偶申丨屮,在第一实施方案中，施加在反型层感应电极上的电压基本上设定在预定负电压 处，并且如在该变型中一样可以按照一定的时序改变施加电压。图9为根据本发明变型的固体摄像器件的施加电压的时序图。SPG表示施加在反 型层感应电极上的电压，STG表示施加在传输栅极电极上的电压，SR表示施加在复位晶体 管的栅极上的电压。在某电场的电荷累积时期T中，将预定的负电压㈠作为施加电压SPG施加在反 型层感应电极上。在施加在传输栅极电极上的电压STG为零的情况下将传输栅极关闭。在电荷累积时期T结束的时刻tl，通过将所施加的电压STG施加在传输栅极电极 (+)上利用传输栅极的打开将累积的信号电荷传送给浮动扩散区。这里，通过将更高的负电 压(_)作为施加电压SPG施加在反型层感应电极上，从而可以形成足以将信号电荷推向浮 动扩散区的电位。这样，可以将在光电二极管中的信号电荷耗尽。在信号电荷传输结束的时刻t2，施加在传输栅极电极的电压STG回到零，并且施 加在反型层感应电极上的电压SPG回到预定的负电压(_)。在复位操作开始的时刻t3，通过将所施加的电压SR施加在复位晶体管的栅极上 (+)来去除信号电荷。从复位操作结束的时刻t4起，下一个电场的电荷累积时期开始。第二变型栅极电极处理的变型图IOA至IOC为剖视图，显示出根据本发明第二变型的制造固体摄像器件的方法 的制造工序。到图5B为止的工序与根据上述实施方案所述的那些一样。接着，如图IOA所示，例如，按照形成图案的方式在导电层21a和导电层21b上形 成硬掩模40。该硬掩模40具有光电二极管区APD的反型层感应电极、传输栅极区ATG的传输栅 极电极以及NMOS晶体管区ANMOS和PMOS晶体管区APMOS的栅极电极的图案。例如可以通 过形成硅氮化物层并且将硅氮化物层蚀刻成具有上述图案来获得这些图案。接着，如图IOB所示，在硬掩模40的侧面部分上形成侧壁41。这可以通过在整个 表面上累积硅氮化物层并且对其进行回蚀来形成。
接着，如图IOC所示，通过采用硬掩模40和侧壁41作为掩模蚀刻导电层21a和 21b来加工出图案。作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层21a 之间的宽度可以形成为比根据能够加工的最小设计准则的宽度更窄。在上述工序之后，可以通过去除硬掩模40和侧壁41来制造出如在第一实施方案 中一样的栅极电极。第二实施方案固体摄像器件的平面11为根据本发明第二实施方案的作为固体摄像器件的CMOS图像传感器的平 面图。图12A为根据本发明第二实施方案的固体摄像器件的剖视图。例如，沿着图11的 XII-XII线剖开的剖视图对应于图12A的光电二极管区APD和传输栅极区ATG。在用于分隔每个像素的光电二极管的元件隔离区IlOb中在半导体基板上形成用 于使得半导体区17的侧面暴露出的凹形部分10c。在半导体区17的侧面上，隔着栅极绝缘 层20形成作为反型层感应电极的导电层21b。图12B为根据本发明该实施方案的固体摄像器件的剖视图。虽然与在图12A中的基本上相同，但是图12B显示出在由P型多晶硅制成的作为 N型半导体区17的反型层导电电极的导电层21b侧的表面上感应出该反型层17a。这里，如上所述，用于使得半导体区17的侧面暴露出的凹形部分IOc在元件隔离 区IlOb中形成在半导体基板上，并且导电层21b隔着栅极绝缘层20形成在凹形部分IOc 中。因此，从半导体区的侧面感应出反型层17a。除了上述之外，根据第二实施方案的固体摄像器件与第一实施方案的基本上相 同。根据该实施方案的固体摄像器件，反型层感应电极形成在覆盖着一部分或整个光 电二极管的区域中，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电极侧的表面 上累积第二导电型载流子来形成的。因此，可以通过使得PN结突变来改善动态范围。还有，在后面所述的制造固体摄像器件的方法中，可以进行热处理以去除通过栅 极蚀刻和侧壁回蚀所引起的缺陷。还有，作为覆盖着光电二极管的反型层感应电极的导电 层自身阻止了在蚀刻过程中将缺陷引入到光电二极管区。因此，避免了暗电流增大，因此能 够抑制产出率变差。制造固体摄像器件的方法图13A至20B为剖视图，显示出根据本发明实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序。参照这些附图，将对根据本发明实施方案的制造作为固体摄像器件的CMOS图 像传感器的方法进行说明。这些附图为对应于图12A和12B的剖视图，并且显示出光电二极管区APD、传输栅 极区ATG、匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS。首先，如图13A所示，通过CVD方法在整个表面上累积层厚为100至250nm的硅氮 化物来在半导体基板10上形成硬掩模11。半导体基板10可以为整块硅基板或者可以为SOI基板。接着，如图1 所示，例如，按照形成图案的方式形成用于使NMOS晶体管区ANMOS 和PMOS晶体管区APMOS的元件隔离区和光电二极管区APD的元件隔离区露出的抗蚀剂层12。接着，如图13C所示，例如，采用抗蚀剂层12作为掩模对硬掩模11进行图案蚀刻。 另外，在NMOS晶体管区ANMOS和PMOS晶体管区APMOS中，在半导体基板10的表面层上形 成元件隔离沟槽10a。还有，凹形部分IOc甚至还形成在光电二极管区APD的元件隔离区 IOb 中。该蚀刻例如是通过利用CF4+A混合气体的RIE来进行的，并且元件隔离沟槽IOa 和凹形部分IOc的深度为0至300nm。接着，如图14A所示，例如，去除抗蚀剂层12，然后将用于使NMOS晶体管区ANMOS 和PMOS晶体管区APMOS露出的抗蚀剂层13形成为具有图案。接着，如图14B所示，例如，采用抗蚀剂层13作为掩模将在NMOS晶体管区ANMOS 和PMOS晶体管区APMOS中的元件隔离沟槽IOa加工成具有较大深度。该蚀刻例如是通过利用( + 混合气体的RIE来进行的，并且除了前面的蚀刻之 外，元件隔离沟槽IOa和凹形部分IOc的深度为200至500nm。接着，如图15A所示，例如，通过CVD方法在元件隔离沟槽IOa和凹形部分IOc中 填充硅氧化物，从而在整个表面上累积出厚度为200至SOOnm的硅氧化物。然后，将累积在 元件隔离沟槽IOa和凹形部分IOc外面上的硅氧化物去除以便通过CMP进行平坦化。通过上述工序，形成填充在元件隔离沟槽IOa中的元件隔离绝缘层14。还有，在凹 形部分IOc上形成伪层15a。另外，通过热磷处理去除硅氮化物硬掩模11。在CMP工序之后通过稀氢氟酸(HF) 工序调节从元件隔离绝缘层14的半导体基板10凸起的量。接着，如图15B所示一样，例如，通过将N型杂质离子注入到PMOS晶体管区APMOS 中来形成N型阱16。在形成N型阱16中，利用0. 2至IOOOkeV的注入能量和1 X IO11至 1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P。还有，在光电二极管区APD中，形成构成光电二极管的N型半导体区17。例如，在 形成N型半导体区17中，利用50至3000keV的注入能量和1 X IO11至1 X IO1Vcm2剂量的 离子注入的组合形成P。还有，必要时，可以离子注入阱、沟道杂质和用于元件隔离的杂质。在形成半导体区17中，由于上述原因，优选的是，N型杂质的有效浓度具有平滑的 浓度梯度，即随着离半导体基板的表面越近而变得越高。接着，如图16A所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护NMOS晶体管区 ANMOS和PMOS晶体管区APMOS并且使光电二极管区APD和传输栅极区ATG露出的抗蚀剂层 18。接着，例如，通过采用抗蚀剂层18作为掩模利用稀氢氟酸进行湿蚀刻处理来去除 硅氧化物伪层15a。因此，形成用于将半导体区17的侧面暴露出的凹形部分10c。接着，如图16B所示，例如，在光电二极管区APD、传输栅极区ATG、NMOS晶体管区 ANMOS和PMOS晶体管区APMOS中，在半导体基板10的表面上形成栅极绝缘层20。例如可 以通过热氧化方法或CVD方法形成硅氧化物层来形成栅极绝缘层20。在该情况中，栅极绝 缘层20形成为覆盖着在凹形部分IOc中的半导体区17的侧面。接着，通过CVD方法在栅极绝缘层20的上层上形成厚度为80至250nm的多晶硅层21。在该情况中，多晶硅层21形成为具有填充层21c，填充层21c填充着在凹形部分IOc 中的栅极绝缘层20的上层。接着，如图17A所示一样，例如，按照具有图案的方式形成用于保护光电二极管区 APD和PMOS晶体管区APMOS的抗蚀剂层22。采用该抗蚀剂层22作为掩模，在传输栅极区 ATG和NMOS晶体管区ANMOS中，通过将例如P等N型导电杂质注入到多晶硅层21上来形 成N型导电层21a。例如，在形成N型导电层21a中，利用5至30keV的注入能量和0至 1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P。接着，如图17B所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护传输栅极区ATG和 NMOS晶体管区ANMOS的抗蚀剂层23。采用该抗蚀剂层23作为掩模，在光电二极管区APD和 PMOS晶体管区APMOS中，通过将例如B等P型导电杂质注入到多晶硅层21上来形成P型导 电层21b。例如，在形成P型导电层21b中，利用3至15keV的注入能量和0至IXlOlfVcm2 剂量的离子注入的组合形成B。在该图中，显示出这样一种状态，其中P型导电杂质没有扩散至在凹形部分IOc内 的填充层21c。接着，如图18A所示，例如，按照具有图案的方式在导电层21a和导电层21b上形 成抗蚀剂层24。抗蚀剂层M具有光电二极管区APD的反型层感应电极、传输栅极区ATG的传输栅 极电极和匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS的栅极电极的图案。接着，如图18B所示，例如，采用抗蚀剂层M作为掩模进行蚀刻工序。蚀刻工序例 如可以是通过( + 混合气体的等离子体进行的异向蚀刻过程，例如RIE (反应离子蚀刻)。如上所述，按照具有图案的方式形成作为反型层感应电极的导电层21b、作为传输 栅极电极的导电层21a、作为NMOS晶体管的栅极电极的导电层21a和作为PMOS晶体管的栅 极电极的导电层21b。作为反型层感应电极的导电层21b与作为在相邻像素的光电二极管 上的反型层感应电极的导电层21b —体地形成。在上述蚀刻工序中，按照与各个导电层21a和21b的图案相同的图案处理栅极绝 缘层20。这里，只要在作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层 21a之间的宽度W为使得P型导电层21b和N型导电层21a可以充分分开的距离就足够了。 例如，宽度W可以通过能够加工的最小设计准则来形成，例如可以为50至300nm。接着，如图19A所示，例如形成抗蚀剂层25，其为光电二极管区APD的端部并且使 与传输栅极区ATG相邻的区域露出。通过采用抗蚀剂层25作为掩模离子注入例如B等P型 杂质，从而在光电二极管区APD的端部中在半导体区17的表面层上形成P型半导体层沈， 该层26形成作为半导体区17的光电二极管的PN结的一部分。例如，利用0. 2至IOkeV的 注入能量和1 X IO12至1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P型半导体层26。接着，如图19B所示，例如通过CVD方法在整个表面上层叠5至30nm的硅氧化物层 和30至IOOnm的硅氮化物层，并且在其正面上进行回蚀工序。因此，在光电二极管区APD、 传输栅极区ATG、匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS中，在N型导电层21a和P 型导电层21b的侧面上形成侧壁绝缘层27。上述回蚀工序例如可以是通过CF4+02混合气体的等离子体进行的异向蚀刻工序，例如RIE (反应离子蚀刻)。在作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层21a之间的宽 度W可以由侧壁绝缘层27完全填充。接着，如图20A所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护光电二极管区APD 和PMOS晶体管区APMOS的抗蚀剂层观。接着，采用抗蚀剂层观作为掩模注入例如P等N 型导电杂质。在NMOS晶体管区ANMOS上，形成作为N型源极/漏极区的N型半导体区29。 还有，在传输栅极区ATG上，形成作为浮动扩散区的N型半导体层30。这里，例如，利用5至 20keV的注入能量和1 X IO15至5X 1015/cm2剂量的离子注入的组合形成N型半导体层。接着，如图20B所示，例如，形成用于保护传输栅极区ATG、光电二极管区APD的与 传输栅极区ATG相邻的端部(半导体层沈的区域)和NMOS晶体管区ANMOS的抗蚀剂层31 以形成图案。然后，采用该抗蚀剂层31作为掩模，注入例如B等P型导电杂质。在PMOS晶 体管区APMOS上，形成作为P型源极/漏极区的P型半导体层32。还有，在光电二极管区 APD中，在P型导电层21b中的P型杂质的浓度增高。这里，例如，利用2至^eV的注入能 量和1 X IO15至5X 1015/cm2剂量的离子注入的组合形成P型半导体层32。在如上所述的离子注入之后，通过在1000至1100°C下进行RTA(快速热退火)大 约0至20秒以去除缺陷来激活杂质。通过RTA工序，使得P型导电杂质扩散至在凹形部分 IOc内的填充层21c。作为后续工序，例如，如果入射光表面位于基板的背面侧(在图12B中的方向A)， 则通过研磨基板的背面来进行基板的薄膜化，并且必要时在基板的背面侧形成滤色器等。 另外，可以安装光学引导件或片上透镜。如果光入射表面位于基板的表面侧(在图12B中的方向B)上，则必要时在基板上 在绝缘层内安装光学引导件，并且在其上层上形成滤色器和片上透镜。通过上述工序，可以制造出如在图12A和12B中所示一样构成的CMOS传感器。根据该实施方案的制造固体摄像器件的方法，反型层感应电极形成在覆盖着一部 分或整个光电二极管的区域中，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电 极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。因此，可以制造出该固体摄像器件。还有，可以进行热处理以去除通过栅极蚀刻和侧壁回蚀所引起的缺陷。还有，作为 覆盖着光电二极管的反型层感应电极的导电层自身阻止了在蚀刻工序中将缺陷引入到光 电二极管区。因此，避免了暗电流增大，因此能够抑制产出率变差。第三实施方案固体摄像器件的平面21为根据本发明第三实施方案的作为固体摄像器件的CMOS图像传感器的平面 图。在该实施方案中，该CMOS图像传感器具有在传输栅极的下部中形成有沟槽的结构。图21为根据该实施方案的作为固体摄像器件的CMOS图像传感器的平面图。还有， 图22A为根据本发明该实施方案的固体摄像器件的剖视图。例如，沿着图21的XXII-XXII 线剖开的剖视图对应于图22A的光电二极管区APD和传输栅极区ATG。在用于分隔每个像素的光电二极管的元件隔离区I IOb中在半导体基板上形成 有用于将半导体区17的侧面暴露出的凹形部分10c。在半导体区17的侧面上，隔着栅极绝 缘层20形成作为反型层感应电极的导电层21b。
图22B为根据本发明该实施方案的固体摄像器件的剖视图。虽然与在图22k中的基本上相同，但是图22B显示出在由P型多晶硅制成的作为 N型半导体区17的反型层感应电极的导电层21b侧的表面上感应出反型层17a。这里，如上所述，用于使得半导体区17的侧面暴露出的凹形部分IOc形成在位于 元件隔离区IlOb中的半导体基板上，并且导电层21b隔着栅极绝缘层20形成在凹形部分 IOc中。因此，从半导体区的侧面感应出反型层17a。还有，在作为传输栅极电极的导电层21a的下部中，凹形部分IOd形成在半导体基 板10上，并且作为传输栅极电极的导电层21d形成为隔着栅极绝缘层20填充在凹形部分 IOd的内部中。作为填充在凹形部分IOd中的导电层的填充层21d用作所谓的垂直栅极，并且可 以更平稳并且精确的将累积在光电二极管中的信号电荷传送给浮动扩散区。还有，在该实施方案中，形成光电二极管区APD中的光电二极管的N型半导体区包 括具有较低有效N型杂质浓度的低浓度区17b和具有高有效N型杂质浓度的高浓度区17c。除了上述之外，根据该实施方案的固体摄像器件与第一实施方案的基本上相同。根据该实施方案的固体摄像器件，反型层感应电极形成在覆盖着一部分或整个光 电二极管的区域中，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电极侧的表面 上累积第二导电型载流子来形成的。因此，可以通过使得PN结突变来改善动态范围。还有，在后面所述的制造固体摄像器件的方法中，可以进行热处理以去除通过栅 极蚀刻和侧壁回蚀所引起的缺陷。还有，作为覆盖着光电二极管的反型层感应电极的导电 层自身阻止了在蚀刻过程中将缺陷引入到光电二极管区。因此，避免了暗电流增大，因此能 够抑制产出率变差。制造固体摄像器件的方法图23A至30B为剖视图，显示出根据本发明实施方案的制造固体摄像器件的方法 的制造工序。参照这些附图，将对根据本发明实施方案的制造作为固体摄像器件的CMOS图 像传感器的方法进行说明。这些附图为对应于图22A和22B的剖视图，并且显示出光电二极管区APD、传输栅 极区ATG、匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS。首先，如图23A所示，例如通过CVD方法在整个表面上累积层厚为100至250nm的 硅氮化物来在半导体基板10上形成硬掩模11。半导体基板10可以为整块硅基板或者可以为SOI基板。接着，如图2 所示，例如，按照具有图案的方式在硬掩模11上形成抗蚀剂层12。抗蚀剂层12使匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS的元件隔离区、光电 二极管区APD的元件隔离区和位于传输栅极的下部中的垂直栅极区露出。接着，如图23C所示，例如，采用抗蚀剂层12作为掩模对硬掩模11进行图案蚀刻。 另外，在NMOS晶体管区ANMOS和PMOS晶体管区APMOS中，在半导体基板10的表面层上形 成元件隔离沟槽10a。还有，凹形部分IOc甚至还形成在光电二极管区APD的元件隔离区 IOb中，并且凹形部分IOd形成在成为位于传输栅极的下部中的垂直栅极的区域中。该蚀刻例如是通过利用CF4+02混合气体的RIE来进行的，并且元件隔离沟槽IOa 和凹形部分IOc和IOd的深度为0至300nm。
接着，如图24A所示，例如，去除抗蚀剂层12，然后按照具有图案的方式形成用于 使NMOS晶体管区ANMOS和PMOS晶体管区APMOS露出的抗蚀剂层13。接着，如图24B所示，例如，采用抗蚀剂层13作为掩模将在NMOS晶体管区ANMOS 和PMOS晶体管区APMOS中的元件隔离沟槽IOa加工成具有较大深度。该蚀刻例如是通过利用( + 混合气体的RIE来进行的，并且除了前面的蚀刻之 外，元件隔离沟槽IOa和凹形部分IOc的深度为200至500nm。接着，如图25A所示一样，例如，通过CVD方法在元件隔离沟槽IOa和凹形部分IOc 中填充硅氧化物，从而在整个表面上累积出厚度为200至SOOnm的硅氧化物。然后，将累积 在元件隔离沟槽IOa和凹形部分IOc外面上的硅氧化物去除以便通过CMP进行平坦化。通过上述工序，形成填充在元件隔离沟槽IOa中的元件隔离绝缘层14。还有，在凹 形部分IOc上形成伪层15a，并且在凹形部分IOd上形成伪层15b。另外，通过热磷处理去除硅氮化物硬掩模11。在CMP工序之后通过稀氢氟酸(HF) 工序调节从元件隔离绝缘层14的半导体基板10凸起的量。接着，如图25B所示一样，例如，通过将N型杂质离子注入到PMOS晶体管区APMOS 中来形成N型阱16。在形成N型阱16中，利用0. 2至IOOOkeV的注入能量和1 X IO11至 1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P。还有，在光电二极管区APD中，形成构成光电二极管的N型半导体区17。在该实施 方案中，N型半导体区17包括高浓度区17c和具有较低有效N型杂质浓度的低浓度区17b。例如，在形成N型低浓度区17b和高浓度区17c中，利用50至3000keV的注入能 量和1 X IO11至1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P。还有，必要时，可以离子注入阱、沟道杂质和用于元件隔离的杂质。在形成包括低浓度区17b和高浓度区17c的半导体区17中，由于上述原因，优选 的是，N型杂质的有效浓度具有平滑的浓度梯度，即随着离半导体基板的表面越近而变得越 尚ο接着，如图26A所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护NMOS晶体管区 ANMOS和PMOS晶体管区APMOS并且使光电二极管区APD和传输栅极区ATG露出的抗蚀剂层 18。接着，例如，通过采用抗蚀剂层18作为掩模利用稀氢氟酸进行湿蚀刻处理来去除 硅氧化物伪层1 和15b。因此，形成用于将半导体区17的侧面暴露出的凹形部分10c。还 有，该凹形部分IOd形成在成为在传输栅极的下部中的垂直栅极的区域上。接着，如图26B所示，例如，在光电二极管区APD、传输栅极区ATG、NMOS晶体管区 ANMOS和PMOS晶体管区APMOS中，在半导体基板10的表面上形成栅极绝缘层20。例如可 以通过热氧化方法或CVD方法形成硅氧化物层来形成栅极绝缘层20。在该情况中，栅极绝 缘层20形成为覆盖着在凹形部分IOc中的半导体区17的侧面。还有，栅极绝缘层20形成 为覆盖在凹形部分IOd中的半导体区17的内壁。接着，通过CVD方法在栅极绝缘层20的上层上形成厚度为80至250nm的多晶硅 层21。在该情况中，多晶硅层21形成为具有填充层21c，填充层21c填充着在凹形部分IOc 中的栅极绝缘层20的上层。还有，多晶硅层21形成为具有填充层21d，填充层21d用于填 充在凹形部分IOd中的栅极绝缘层20的上层。
接着，如图27A所示一样，例如，按照具有图案的方式形成用于保护光电二极管区 APD和PMOS晶体管区APMOS的抗蚀剂层22。采用该抗蚀剂层22作为掩模，在传输栅极区 ATG和NMOS晶体管区ANMOS中，通过将例如P等N型导电杂质注入到多晶硅层21上来形成 N型导电层21a。例如，在形成N型导电层21a中，利用5至30keV的注入能量和IXlO15/ cm2剂量的离子注入的组合形成P。接着，如图27B所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护传输栅极区ATG和 NMOS晶体管区ANMOS的抗蚀剂层23。采用该抗蚀剂层23作为掩模，在光电二极管区APD和 PMOS晶体管区APMOS中，通过将例如B等P型导电杂质注入到多晶硅层21上来形成P型导 电层21b。例如，在形成P型导电层21b中，利用3至15keV的注入能量和0至IXlOlfVcm2 剂量的离子注入的组合形成B。在该图中，显示出这样一种状态，其中例如B等P型导电杂质没有扩散至在凹形部 分IOc内的填充层21c和填充层21d。接着，如图28A所示，例如，按照具有图案的方式在导电层21a和导电层21b上形 成抗蚀剂层24。抗蚀剂层M具有光电二极管区APD的反型层感应电极、传输栅极区ATG的传输栅 极电极和匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS的栅极电极的图案。接着，如图28B所示，例如，采用抗蚀剂层M作为掩模进行蚀刻工序。蚀刻工序例 如可以是通过( + 混合气体的等离子体进行的异向蚀刻过程，例如RIE (反应离子蚀刻)。如上所述，按照具有图案的方式形成作为反型层感应电极的导电层21b、作为传输 栅极电极的导电层21a、作为NMOS晶体管的栅极电极的导电层21a和作为PMOS晶体管的栅 极电极的导电层21b。作为反型层感应电极的导电层21b与作为在相邻像素的光电二极管 上的反型层感应电极的导电层21b —体地形成。在上述蚀刻工序中，按照与各个导电层21a和21b的图案相同的图案加工出栅极 绝缘层20。这里，只要在作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层 21a之间的宽度W为使得P型导电层21b和N型导电层21a可以充分分开的距离就足够了。 例如，宽度W可以通过能够加工的最小设计准则来形成，例如可以为50至300nm。接着，如图29A所示，例如形成抗蚀剂层25，其为光电二极管区APD的端部并且使 与传输栅极区ATG相邻的区域露出。通过采用抗蚀剂层25作为掩模离子注入例如B等P型 杂质，从而在光电二极管区APD的端部中在半导体区17的表面层上形成P型半导体层沈， 该层26形成作为半导体区17的光电二极管的PN结的一部分。例如，利用0. 2至IOkeV的 注入能量和1 X IO12至1 X IO1Vcm2剂量的离子注入的组合形成P型半导体层26。接着，如图四8所示，例如通过CVD方法在整个表面上层叠5至30nm的硅氧化物层 和30至IOOnm的硅氮化物层，并且在其正面上进行回蚀工序。因此，在光电二极管区APD、 传输栅极区ATG、匪OS晶体管区AWOS和PMOS晶体管区APMOS中，在N型导电层21a和P 型导电层21b的侧面上形成侧壁绝缘层27。上述回蚀工序例如可以是通过CF4+02混合气体的等离子体进行的异向蚀刻工序， 例如RIE (反应离子蚀刻)。在作为反型层感应电极的导电层21b和作为传输栅极电极的导电层21a之间的宽度W可以由侧壁绝缘层27完全填充。接着，如图30A所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护光电二极管区APD 和PMOS晶体管区APMOS的抗蚀剂层观。接着，采用抗蚀剂层观作为掩模注入例如P等N 型导电杂质。在NMOS晶体管区ANMOS上，形成作为N型源极/漏极区的N型半导体层29。 还有，在传输栅极区ATG上，形成作为浮动扩散区的N型半导体层30。这里，例如，利用5至 20keV的注入能量和1 X IO15至5X 1015/cm2剂量的离子注入的组合形成N型半导体层。接着，如图30B所示，例如，按照具有图案的方式形成用于保护传输栅极区ATG、光 电二极管区APD的与传输栅极区ATG相邻的端部(半导体层沈的区域)和NMOS晶体管区 ANMOS的抗蚀剂层31。然后，采用该抗蚀剂层31作为掩模，注入例如B等P型导电杂质。在 PMOS晶体管区APMOS上，形成作为P型源极/漏极区的P型半导体层32。还有，在光电二 极管区APD中，在P型导电层21b中的P型杂质的浓度增高。这里，例如，利用2至^eV的 注入能量和1 X IO15至5X 1015/cm2剂量的离子注入的组合形成P型半导体层32。在如上所述的离子注入之后，通过在1000至1100°C下进行RTA(快速热退火)大 约0至20秒以去除缺陷来激活杂质。通过RTA工序，使得P型导电杂质扩散至在凹形部分 IOc内的填充层21c和凹形部分IOd内的填充层21d。作为后续工序，例如，如果入射光表面位于基板的背面侧(在图22B中的方向A)， 则通过研磨基板的背面来进行基板的薄膜化，并且必要时在基板的背面侧形成滤色器等。 另外，可以安装光学引导件或片上透镜。例如，如果光入射表面位于基板的表面侧(在图22B中的方向B)上，则必要时在 基板上在绝缘层内安装光学引导件，并且在其上层上形成滤色器和片上透镜。通过上述工序，可以制造出如在图22A和22B中所示一样构成的CMOS传感器。根据该实施方案的制造固体摄像器件的方法，反型层感应电极形成在覆盖着一部 分或整个光电二极管的区域中，并且感应出反型层，这是通过在半导体区的反型层感应电 极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。因此，可以制造出该固体摄像器件。还有，可以进行热处理以去除通过栅极蚀刻和侧壁回蚀所引起的缺陷。还有，作为 覆盖着光电二极管的反型层感应电极的导电层自身阻止了在蚀刻工序中将缺陷引入到光 电二极管区。因此，避免了暗电流增大，因此能够抑制产出率变差。第三变型在H三实施方案中在光申,二极If的元件没有沟槽的结丰勾在本发明的第三实施方案中，作为反型层感应电极的导电层21b具有填充在凹形 部分IOc中的填充层21c。另外，作为传输栅极电极的导电层21a具有填充在凹形部分IOc 中的填充层21d。但是，在该结构中，没有形成凹形部分10c，并且作为反型层感应电极的导电层 21b可以不具有填充在凹形部分IOc中的填充层21c。第四实施方案使用固体摄像器件的照相机图31为示意图，显示出根据本发明第四实施方案的照相机的示意性结构。该照相机包括由集成在其中的多个像素构成的固体摄像器件50、光学系统51和 信号处理电路53。
在该实施方案中，固体摄像器件50包括根据本发明第一至第三实施方案中的固 体摄像器件中的任一个。光学系统51在固体摄像器件50的摄像表面上形成来自对象的图像光(入射光)。 因此，形成在固体摄像器件50的摄像表面上的每个像素的光电二极管根据入射光量将图 像光转变成信号电荷，并且将相应的信号电荷累积一定时期。通过CCD电荷转移路径将累积的信号电荷取出作为输出信号Vout。信号处理电路53相对于固体摄像器件50的输出信号Vout进行不同信号处理，输 出图像信号。在本发明的这个实施方案中，可以提供采用了其中通过使得PN结突变改善了动 态范围并且抑制了产出率变差的固体摄像器件的照相机。本发明不限于如上所述的实施方案。例如，该实施方案可以应用于CMOS传感器和C⑶器件中的任一种。在CXD器件中， CCD(电荷耦合器件)与作为信号读取单元的光电二极管连接。在CCD中，读取从各个像素 发送出的信号电荷。在本发明的各个实施方案中，可以更换第一导电型和第二导电型。在该情况中，在 反型层中感应出的载流子不是空穴，而是电子。在根据本发明第一至第三实施方案的固体摄像器件中，在位于传输栅极电极和反 型层感应电极之间的区域中，可以在半导体基板上形成例如氧化铪等具有负性固定电荷的 层。具有负性固定电荷的层可以由氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钽或氧化钛制成。还有，具 有负性固定电荷的层可以由氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化 钆(gadrinium)、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇等制成。另外，在不脱离本发明的范围的情况下可以有不同的变型。第五实施方案接下来将对本发明的第五实施方案进行说明。在该情况中，该第五实施方案的说 明将按照以下顺序进行。1.实施例 1 (4Tr 型)2.实施例 2 (4Tr 型)3.实施例3 (4Tr型+像素共享)4.实施例4 (4Tr型+像素共享)5.实施例 5 (3Tr 型)6.实施例 6(3Tr 型) 7.实施例7 (3Tr型+像素共享)8.实施例8 (3Tr型+像素共享)9.变型1.实施例1(A)器件结构(A-I)照相机的主要部分的结构图32为示意图，显示出根据本发明实施例1的照相机140的示意性结构。101为固体摄像器件，113为垂直驱动电路，114为列电路，115为水平驱动电路，117为外部输出电路，117a为AGC电路，117b为ADC电路，118为时序发生器，119为快门驱 动电路，121为光电二极管，122为传输晶体管，123为放大晶体管，124为选择晶体管，125为 复位晶体管，126为传输线，127为垂直信号线，128为地址线，129为复位线，140为照相机， 142为光学系统，143为控制单元，144为信号处理电路，1101为基板，IlOlna为η型电荷累 积区，IlOlpa为ρ型半导体区，IlOlpc为ρ型半导体区，BL为遮光区，FD为读取漏极，H为 光，HS为接线，HT为接线层，IMG为有效像素区，JS为感光表面，MT为负载MOS晶体管，OFD 为放电区，OPB为光学黑区，P为像素，PA为像素区，PS为摄像表面，SA为周围区域，Sz为绝 缘层，Tr为像素晶体管，Vdd为电源供应线，WT为阱分接头，χ表示水平方向，y表示垂直方 向。如图32所示，照相机140包括固体摄像器件101、光学系统142、控制单元143和 信号处理电路144。下面将依次说明各个单元。固体摄像器件101接收通过光学系统142入射的来自摄像表面PS的光(对象图 像)，并且将该光转换成信号电荷以产生出信号电荷。这里，固体摄像器件101根据从控制 单元143输出的控制信号操作。具体地说，固体摄像器件读取信号电荷并且将信号电荷输 出作为原始数据。光学系统142包括例如成像透镜、光圈等光学构件，这些光学构件布置为用来收 集入射到固体摄像器件101的摄像表面PS上的有关对象图像的光H。控制单元143向固体摄像器件101和信号处理电路144输出各种控制信号以控制 固体摄像器件101和信号处理电路144的操作。信号处理电路144构成为通过相对于从固体摄像器件101输出的原始数据进行信 号处理而产生出对象图像的数字图像。(A-2)固体摄像器件的主要部件的结构下面将对固体摄像器件101的整个结构进行说明。图33为方框图，显示出根据本发明实施例1的固体摄像器件101的整体结构。根据该实施例的固体摄像器件101为CMOS图像传感器，并且如图33所示一样包 括基板1101。基板1101例如为由硅制成的半导体基板1101，并且如图33所示一样包括像 素区PA和周围区域SA。如图33所示一样，像素区PA采用四边形形式，多个像素P分别沿着水平方向χ和 垂直方向y布置。也就是说，这些像素P呈矩阵形式布置。还有，像素区PA如此布置，从而 如图32所示一样像素区PA的中心对应于光学系统142的光轴。在像素区PA中，像素P构成为接收入射光并且产生出信号电荷。还有，所产生出的 信号电荷由像素晶体管(未示出)读取然后输出。下面将对像素P的详细结构进行说明。在本发明的这个实施例中，在像素区PA中设有有效像素区IMG和遮光区BL。在像素区PA的有效像素区IMG中，像素P布置成所谓的有效像素。也就是说，在 有效像素区IMG中，像素P的上侧露出以接收作为对象图像入射的光，并且进行图像获取。在像素区PA中，如图33所示一样，遮光区BL设在有效像素区IMG周围。这里，例 如遮光区BL设在有效像素区IMG的上面、下面和左边部分中。遮光区BL如此构成，从而在 像素P的上侧安装有遮光层(未示出)，并且入射光不会直接入射到像素P上。还有，在遮光区BL中，如图33所示一样，设有光学黑区OPB和放电区0FD。
在遮光区BL的光学黑区OPB中，像素P布置成所谓的光学黑(OB)像素。光学黑 区OPB设在有效像素区IMG周围的部分中，并且从该像素P输出黑电平的参考信号。从像素 P输出的黑电平参考信号用来在针对从有效像素输出的信号进行校正时去除例如暗电流等
噪声分量。在遮光区BL中，如图33所示，放电区OFD设置成插入在有效像素区IMG和光学黑 区OPB之间。还有，在放电区OFD中，像素P布置成用作放电像素，它们强制排出多余电荷。 也就是说，在该部分(基板1101)中，防止黑电平的参考信号由于多余电荷泄漏到光学黑区 OPB中而改变。如图33所示，周围区域SA设置在像素区PA周围。在周围区域SA中，设有外围电 路。具体地说，如图33所示一样，垂直驱动电路113、列电路114、水平驱动电路115、外 部输出电路117、时序发生器(TG) 118和快门驱动电路119设置成外围电路。如图33所示，垂直驱动电路113在周围区域SA中设在像素区PA的侧面部分上， 并且构成用来以行为单位选择和驱动像素区PA的像素P。如图33所示一样，列电路114在周围区域SA中设在像素区PA的下端部分上，并 且针对以列为单位从像素P输出的信号进行信号处理。这里，列电路114包括⑶S (相关双 采样)电路(未示出)，并且进行去除固定模式噪声的信号处理。如图33所示一样，水平驱动电路115与列电路114电连接。例如，水平驱动电路 115包括移位寄存器，并且列电路114将针对每一列像素P所保持的信号依次输出给外部输 出电路117。 如图33所示一样，外部输出电路117与列电路114电连接，并且针对从列电路114 输出的信号进行信号处理以向外输出处理信号。外部输出电路117包括AGC(自动增益控 制)电路117a和ADC电路117b。在外部输出电路117中，AGC电路117a将该信号乘以放 大系数，ADC电路117b将模拟信号转换成数字信号，并且将该数字信号向外输出。如图33所示一样，时序发生器118与垂直驱动电路113、列电路114、水平驱动电 路115、外部输出电路117和快门驱动电路119电连接。时序发生器118产生各种时序信 号，并且将它们输出给垂直驱动电路113、列电路114、水平驱动电路115、外部输出电路117 和快门驱动电路119以便控制各个电路的操作。快门驱动电路119构成为按行选择像素P并且控制这些像素P的曝光时间。(A-3)固体摄像器件的详细结构下面将说明根据该实施例的固体摄像器件的详细内容。图34至39为示意图，显示出根据本发明实施例1的固体摄像器件的主要部件。这里，图34至36显示出在有效像素区IMG中的像素P。图34和35显示出像素区 PA的上表面。图34显示出像素P (未示出接线)，并且图35显示出在有效像素区IMG中像 素P和接线之间的关系。还有，图36显示出设在有效像素区IMG中的像素P的电路结构。相比较，图37和38显示出设在有效像素区IMG之外的遮光区BL中的光学黑区 OPB和放电区0FD。图37显示出各个区域的上表面以及像素P和接线之间的关系。还有， 图38显示出各个区域的横截面。除此之外，图39显示出设在放电区OFD中的像素P的电路结构。
如在这些附图中所示一样，固体摄像器件101包括光电二极管121和像素晶体管 Tr。这里，像素晶体管Tr包括传输晶体管122、放大晶体管123、选择晶体管IM和复位晶 体管125，并且构成用来从光电二极管121中读取信号电荷。根据在该实施例中的固体摄像器件101，如图38所示，例如传输晶体管122等像素 晶体管Tr设在基板1101的表面侧上，并且接线层HT设在基板1101的表面侧上。还有，作 为表面侧的相对侧的背面侧构成为用作感光表面JS。也就是说，在该实施例中的固体摄像 器件101为4-Tr型背面照射式CMOS图像传感器。下面将依次说明这些部分。(1)关于光电二极管121在固体摄像器件101中，如图34所示，多个光电二极管121布置成与多个像素P 对应。多个光电二极管121安装成在摄像表面(χ-y面)中分别与水平方向χ和垂直于水 平方向χ的垂直方向y平行。各个光电二极管121接收入射光(对象图像)，对入射光进行光电转换，产生出并 且累积信号电荷。如图38所示，光电二极管121例如设在硅半导体基板1101内。具体地说，光电二 极管121包括设在基板1101的ρ型半导体区IlOlpa和IlOlpb内的η型电荷累积区IlOlna 和IlOlnb以及设在基板1101的表面侧上的高浓度ρ型半导体区llOlpc。在本发明的该实 施例中，各个光电二极管按照相同的方式设在有效像素区IMG、光学黑区OPB和放电区OFD 中。还有，各个光电二极管121如此构成，从而通过传输晶体管122将累积的信号电荷传输 给读取漏极FD。(2)关于像素晶体管Tr在固体摄像器件101中，如图34所示，像素晶体管Tr在摄像表面(χ-y面)中设 在多个光电二极管121之间。根据这各个像素晶体管Tr，在基板1101中的这些像素P彼此 分隔开的区域中形成活性区(未示出)，并且例如采用多晶硅来形成各个栅极电极。在图38中，虽然在像素晶体管Tr中只显示出传输晶体管122，但是其他晶体管 123至125也按照与传输晶体管122相同的方式设在基板1101的表面侧上。(2-1)传输晶体管122在像素晶体管Tr中，如图34所示一样，多个传输晶体管122形成为与多个像素P 对应。这里，在传输晶体管122中，栅极隔着栅极绝缘层设在基板1101的表面上，该栅极 设置成与设在基板1101的表面上的读取漏极FD (浮动扩散区)相邻(参见图34和38)。还有，如图35和36所示，在有效像素区IMG中，传输晶体管122构成为将由光电 二极管121产生出的信号电荷作为电信号输出给放大晶体管123的栅极。具体地说，在从 传输线126向栅极提供传输信号时，传输晶体管122将累积在光电二极管121中的信号电 荷传送给读取漏极FD。读取漏极FD将电荷转变成电压，并且将该电压输入给放大晶体管 123的栅极。还有，如在图37的下端部分中所示一样，即使在光学黑区OPB中，传输晶体管122 也按照与在有效像素区IMG中相同的方式构成。也就是说，如在图36中所示的电路结构 中一样，传输晶体管122构成为将从光电二极管121产生出的信号电荷作为电信号输出给放大晶体管123的栅极。但是，如上所述，在光学黑区OPB中，在上侧上设有遮光层(未示 出)，并且从光电二极管121产生出的信号电荷作为黑电平参考信号输出。例如，该黑电平 参考信号用来在信号处理电路144校正从有效像素输出的信号时控制黑电平。相比较，在放电区OFD中，如在图37的中部和图39中所示一样，在各个部分之间 的电连接关系与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中是不同的。具体地说，在传输晶 体管122中，与有效像素区IMG和光学黑区OPB不同，传输晶体管122的栅极与电源供应线 Vdd电连接。还有，如图39所示，传输晶体管122的栅极和传输线1 彼此断开，并且因此 没有相互电连接。(2-2)放大晶体管123在像素晶体管Tr中，如图34所示，多个放大晶体管123形成为分别与多个像素P 对应。这里，放大晶体管123的栅极隔着栅极绝缘层设在基板1101的表面上。该放大晶 体管123设在选择晶体管IM和复位晶体管1125之间，它们设在基板1101的表面上(参 见图34)。还有，如图35和36所示，在有效像素区IMG中，在读取漏极FD中的放大晶体管 123构成为将已经从电荷转变为电压的电信号放大并且输出。具体地说，放大晶体管123的 栅极与读取漏极FD连接。还有，放大晶体管123的漏极与电源供应线Vdd连接，并且放大 晶体管123的源极与选择晶体管IM连接。在将选择晶体管124选择为处于接通状态时， 从恒流源(未示出)施加恒电流，并且因此放大晶体管123用作源跟随器。因此，将选择信 号施加在选择晶体管1 上，并且在读取漏极FD中，放大晶体管123将已经从电荷转变成 电压的电信号放大。还有，如在图37的下端部分中所示一样，即使在光学黑区OPB中，放大晶体管123 也按照与在有效像素区IMG中相同的方式构成。也就是说，如在图36中所示的电路结构一 样，放大晶体管123在读取漏极FD中构成用来将已经从电荷转变成电压的电信号放大并且 输出。同样，即使在放电区OFD中，如在图37的中间部分和图39中所示一样，放大晶体 管123按照与在有效像素区IMG和光学黑区OPB中相同的方式构成。(2-3)选择晶体管124在像素晶体管Tr中，如图34所示，多个选择晶体管IM形成为分别与多个像素P 对应。这里，选择晶体管124的栅极隔着栅极绝缘层设在基板1101的表面上。该选择晶 体管124与设在基板1101的表面上的放大晶体管123相邻设置(参见图34)。还有，如图35和36所示，在有效像素区IMG中，选择晶体管124构成为在输入选 择信号时将由放大晶体管123输出的电信号输出给垂直信号线127。具体地说，如图36所 示，选择晶体管1 的栅极与其上施加有选择信号的地址线1 连接。还有，在施加选择信 号时，选择晶体管1 处于接通状态，并且将由放大晶体管123放大的输出信号输出给垂直 信号线127。还有，如在图37的下端部分中所示一样，即使在光学黑区OPB中，选择晶体管IM 也按照与在有效像素区IMG中相同的方式构成。也就是说，在输入选择信号时，选择晶体管1 构成为将由放大晶体管123输出的电信号输出给垂直信号线127。同样，即使在放电区OFD中，如在图37的中间部分和图39中所示一样，选择晶体 管1 按照与在有效像素区IMG和光学黑区OPB中相同的方式构成。但是，如图39所示， 与选择晶体管1 连接的垂直信号线127没有电连接在负载MOS晶体管MT之间。在该情 况中，负载MOS晶体管MT设为构成如图33所示的列电路114的器件。(2-4)复位晶体管1 在像素晶体管Tr中，如图34所示，多个复位晶体管125形成为分别与多个像素P 对应。这里，复位晶体管125的栅极隔着栅极绝缘层设在基板1101的表面上。该复位晶 体管125与设在基板1101的表面上的传输晶体管122相邻设置(参见图34)。还有，如图35和36所示，在有效像素区IMG中，复位晶体管125构成为将放大晶 体管123的栅极电位复位。具体地说，如图36所示，复位晶体管125的栅极与其上施加有 复位信号的复位线1 连接。还有，复位晶体管125的漏极与电源供应线Vdd连接，并且复 位晶体管125的源极与读取漏极FD连接。还有，在从复位线1 将复位信号施加在复位晶 体管125的栅极上时，复位晶体管125通过读取漏极FD将放大晶体管123的栅极电位复位 为电源电位。还有，如在图37的下端部分中所示一样，即使在光学黑区OPB中，复位晶体管125 也按照与在有效像素区IMG中相同的方式构成。也就是说，复位晶体管125构成为将放大 晶体管123的栅极电位复位。相比较，在放电区OFD中，如在图37的中间部分和图39中所示一样，在各个部分 之间的电连接关系与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中是不同的。具体地说，在复 位晶体管125中，与有效像素区IMG和光学黑区OPB不同，复位晶体管125的栅极与电源供 应线Vdd电连接。还有，如图39所示，复位晶体管125的栅极和复位线1 彼此断开，并且 因此没有相互电连接。(3)其他如图38所示，在基板1101的表面上，设有接线层HT。在该接线层HT中，在绝缘层 Sz内形成有与各个器件电连接的接线HS。各个接线HS层叠形成，从而如图36和39所示 它们用作例如传输线126、地址线128、垂直信号线127和复位线129等接线。另外，在与在基板1101的背面侧的有效像素区IMG对应的部分中，例如滤色器、微 透镜等光学构件安装成与这些像素P对应。虽然在该图中未示出，但是例如作为滤色器，各 种颜色的滤色器层按照拜耳阵列的方式布置。还有，在设有光学黑区OPB和放电区OFD的 遮光区BL中，设有遮光层(未示出)。(B)制造方法下面将对制造固体摄像器件101的方法的主要部分进行说明。这里，参照图38等， 将对制造固体摄像器件101的方法进行说明。首先，通过将ρ型杂质(例如硼)离子注入到基板1101中，从而在基板1101中设 置P型半导体区IlOlpa和llOlpb。这里，ρ型半导体区IlOlpa和IlOlpb按照与上述相同 的方式设在有效像素区IMG、光学黑区OPB和放电区OFD中。接着，通过将η型杂质(例如磷)离子注入到基板1101中，从而在基板1101中设置η型电荷累积区IlOlna和llOlnb。另外，在基板1101的表面的浅部分中设置高浓度ρ 型半导体区1101c。这样，形成光电二极管121。还有，通过将η型杂质(例如磷)离子注入到基板1101中，从而形成各个晶体管 122至125的读取漏极(浮动扩散区)FD和源极/漏极区。之后，采用多晶硅形成各个晶体 管122至125的栅极。光电二极管121和各个晶体管122至125同样形成在有效像素区IMG、光学黑区 OPB和放电区OFD中。接着，设置接线层HT。这里，如图37和39所示，与各个部分连接的接线HS分别不 同地形成在有效像素区IMG、光学黑区OPB和放电区OFD中。在该情况中，采用例如铝等金 属材料来形成构成接线层HT的接线HS。还有，采用氧化硅层来形成构成接线层HT的绝缘 层Sz。之后，将支撑基板(未示出)贴在接线层HT的上表面上。还有，在倒转基板1101 之后，对基板1101进行薄膜化处理。例如，通过薄膜化处理进行CMP过程，从而从背面侧将 一部分基板1101去除。还有，在基板1101的背面侧上，设有滤色器(未示出)、片上透镜 (未示出)等。为此，完成了背面照射式CMOS图像传感器。(C)操作下面将对该固体摄像器件101的操作进行说明。这里，将描述在放电区OFD中的操作。在放电区OFD中，将电源电压Vdd施加在传输晶体管122的栅极和复位晶体管125 的栅极上。因此，传输晶体管122和复位晶体管125接通以形成沟道。这时，选择晶体管 1 按照与在其他区域中的像素P—样的方式操作。因此，在放电区OFD中，从本体泄漏出 的多余电荷可以从各个像素P强制排出到外部。具体地说，如上所述，可以通过读取漏极FD从光电二极管121将多余电荷排出到 电源线Vdd。另外，可以通过向传输晶体管122和复位晶体管125的栅极施加高固定电压来进 行相同的操作，该电压足以将多余电荷排出。还有，按照相同的方式，可以通过向选择晶体管124的栅极施加固定电压来进行 相同的操作。(D)总结如上所述，在该实施例中，在基板1101的像素区PA中设有通过利用感光表面接收 光来产生出信号电荷的光电二极管121和将所产生出的信号电荷输出作为电信号的像素 晶体管Tr。像素区PA包括有效像素区IMG，光电二极管121的感光表面的上侧在有效像素 区IMG中露出，并且入射光入射在其上的有效像素布置作为像素P。还有，在有效像素区周 围，设有遮光区BL，并且在光电二极管121的感光表面的上侧上，设有用来遮挡入射光的遮 光部分的遮光像素布置成像素P。该遮光区BL包括光学黑区0ΡΒ，并且在其中像素晶体管
将由光电二极管121产生出的信号电荷作为黑电平参考信号输出的光学黑像素布置作 为其遮光像素。另外，在该实施例中，还设有放电区0FD。该放电区OFD设在有效像素区IMG和光 学黑区OPB之间。还有，在放电区OFD中，用于将从有效像素区IMG中泄漏出的信号电荷排出的放电像素布置为遮光像素。具体地说，在放电区OFD中，传输晶体管122的栅极没有与用来向栅极施加传输信 号的传输线电连接。还有，使传输晶体管122接通的电位施加在栅极上。由此，复位晶体管 125的栅极没有与用来向栅极施加复位信号的复位线129电连接，并且让复位晶体管125 接通的电位施加在该栅极上。还有，来自像素晶体管Tr的电信号输出到其上的垂直信号线 127和垂直信号线127将电信号输出到其上的负载MOS晶体管MT没有相互电连接。因此，在该实施例中，防止了黑电平参考信号由于在该部分中的多余电荷泄漏到 光学黑区OPB中而改变。另外，在该实施例中，放电像素、光学黑像素和有效像素设在位于半导体基板中的 相同导电型区域(阱)中(参见图38)。如上所述，在将放电区OFD设在与有效像素区IMG的阱不同的另一个导电型阱中 的情况下，不容易确保在它们之间的过程连续性。因此，来自像素的信号在该部分中具有不 连续性，因此该图像会在与伪像素区的相邻部分对应的部分中不稳定。但是，在该实施例中，放电区OFD形成在与有效像素区IMG和光学黑区OPB的阱相 同导电型的导电型阱中。由此，在该实施例中，可以防止出现上述问题。因此，在该实施例中，可以改善所拍摄图像的图像质量。具体地说，能够防止出现 由于黑电平参考信号变化而导致所拍摄图像整个变暗的问题。2.实施例2(A)器件结构等图40和41为示意图，显示出根据本发明实施例2的固体摄像器件的主要部分。这里，图40按照与在图37中相同的方式显示出光学黑区OPB和放电区OFD以及 有效像素区IMG。还有，图41按照与在图39中相同的方式显示出设在放电区OFD中的像素 P的电路结构。如图40和41所示，在该实施例中，设在放电区OFD中的像素P的结构与在实施例 1中的不同。具体地说，与构成像素晶体管^ 的各个部分连接的各个接线之间的连接关系 与在实施例1中的不同。除此之外，本实施例与实施例1相同。因此，将省略重复部分的说 明。在放电区OFD中，传输晶体管122的各个部分如图40和41所示按照与实施例1中 相同的方式电连接。也就是说，如图41所示，传输晶体管122的栅极与电源供应线Vdd电 连接。还有，如图41所示，传输晶体管122的栅极和传输线1 彼此断开，并且因此没有电 连接。在放电区OFD中，在放大晶体管123的各个部分之间的电连接关系如图40和41 所示与在实施例1中的不同。具体地说，如图41所示，放大晶体管123的栅极与电源供应 线Vdd电连接。在放电区OFD中，选择晶体管124的各个部分如图40和41所示按照与实施例1 中相同的方式电连接。但是，如图41所示，与选择晶体管IM连接的垂直信号线127没有 在负载MOS晶体管MT之间电连接。如图40和41所示，在复位晶体管125的各个部分之间的电连接关系与在实施例1中的不同。具体地说，复位晶体管设置成具有与另一个有效像素区IMG和光学黑区OPB相 同的连接关系。(B)操作下面将对固体摄像器件在放电区OFD中的操作进行说明。在放电区OFD中，例如，将电源电压Vdd施加在传输晶体管122的栅极和用作在另 一个区的像素P中读取漏极FD的扩散层上。这时，选择晶体管IM和复位晶体管125按照 与在其他区域中的像素P相同的方式操作。因此，在放电区OFD中，能够将从该部分中泄漏 出的多余电荷从各个像素P中强制排出到外面。另外，可以通过向传输晶体管122的栅极和用作在另一个区的像素P中的读取漏 极FD的扩散层施加足以将这些多余电荷排出的高固定电压来进行相同的操作。还有，同样，可以通过向选择晶体管124的栅极施加固定电压来进行相同的操作。在该实施例中，与在实施例1中的情况相比，能够更有效地进行多余电流的排出。原因在于，可以将足以将这些多余电荷排出的电源电压Vdd或高固定电压施加在 读取漏极FD上，而与复位晶体管125的阈值无关。(C)总结如上所述，在该实施例中，按照与实施例1相同的方式，放电区OFD设在有效像素 区IMG和光学黑区OPB之间。还有，在放电区OFD中，用来将从有效像素区IMG中泄漏出的 信号电荷排出的放电像素布置成遮光像素。具体地说，在放电区OFD中，传输晶体管122的栅极没有与用来向栅极施加传输信 号的传输线电连接。还有，让传输晶体管122接通的电位施加在传输晶体管122的栅极和 读取漏极FD上。还有，从像素晶体管Tr将电信号输出到其上的垂直信号线127和垂直信 号线127将电信号输出到其上的负载MOS晶体管MT没有相互电连接。因此，在该实施例中，防止了黑电平参考信号由于在该部分中的多余电荷泄漏到 光学黑区OPB中而导致改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。3.实施例3(A)器件结构等图42至46为示意图，显示出根据本发明实施例3的固体摄像器件的主要部分。这里，图42至44显示出在有效像素区IMG中的像素P。图42和43显示出像素 区PA的上表面。图42显示出像素P (未显示出接线)，并且图43显示出在有效像素区IMG 中像素P和接线之间的关系。还有，图44显示出设在有效像素区IMG中的像素P的电路结 构。相比较，图45和46显示出放电区0FD。图45显示出上表面和在像素P和接线之 间的关系。还有，图46显示出设在放电区OFD中的像素P的电路结构。如图42至46所示，在该实施例中，像素P的结构与在实施例1中的不同。具体地 说，虽然多个光电二极管121和传输晶体管122设置成与像素P对应，但是构成像素晶体管 Tr的其他晶体管123至125相对于这多个光电二极管121按照一对一的方式设置。也就是 说，在这多个像素P之中，构成像素晶体管Tr的其他晶体管123至125构成为共享。除此 之外，该实施例与在实施例1中的相同。因此，将省略重复部分的说明。
如图42所示，多个光电二极管121按照与在实施例1中相同的方式布置成与多个 像素P对应。如图42所示，传输晶体管122设置成与相应的光电二极管121对应。但是，在该 实施例中，与实施例1不同，如图42所示，多个传输晶体管122构成为相对于一个读取漏极 FD从光电二极管121读取信号电荷。具体地说，四个传输晶体管122布置成包围着一个读 取漏极FD。还有，如图42所示，放大晶体管123、选择晶体管IM和复位晶体管125相对于多 个光电二极管121设置。例如，放大晶体管123、选择晶体管IM和复位晶体管125相对于 由四个光电二极管121构成的一组设置。如图42所示，放大晶体管123、选择晶体管IM和 复位晶体管125设置在位于基板110的表面(x-y表面)上的由四个光电二极管121构成 的光电二极管组的下侧。还有，在由四个光电二极管121构成的光电二极管组的下侧设有 阱分接头WT。如图43和44所示，除了在有效像素区IMG中多个传输晶体管122构成为相对于 一个读取漏极FD从光电二极管121读取信号电荷这一点之外，该实施例与实施例1相同。 虽然未示出，但是光学黑区OPB按照与有效像素区IMG相同的方式构成。如图45和46所示，除了甚至在放电区OFD中多个传输晶体管122与一个读取漏 极FD电连接这一点之外，该实施例与实施例1相同。也就是说，在放电区OFD中，各个部分 的电连接关系在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中是不同的。具体地说，在传输晶体管122中，与有效像素区IMG和光学黑区OPB不同，传输晶 体管122的栅极与电源供应线Vdd电连接。还有，传输晶体管122的栅极和传输线1 相 互断开，因此没有电连接。还有，与选择晶体管IM连接的垂直信号线127没有在作为输出部分的负载MOS 晶体管MT之间电连接。另外，与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中不同，复位晶体管125的栅极与 电源供应线Vdd电连接。还有，复位晶体管125的栅极和复位线1 彼此断开，并且因此没 有电连接。通过在放电区OFD中进行如在实施例1中相同的操作，从而可以将从该部分中泄 漏出的多余电荷从各个像素P中强制排出到外面。(B)总结如上所述，在该实施例中，按照与其他实施例相同的方式，在有效像素区IMG和光 学黑区OPB之间设置放电区0FD。还有，在放电区OFD中，用来将从有效像素区IMG中泄漏 出的信号电荷排出的放电像素布置成遮光像素。在该实施例中，虽然传输晶体管122相对于光电二极管121 —对一设置，但是其他 晶体管123、IM和125对于四个光电二极管121的组而言一对一设置。因此，即使在具有多个共享像素的微小像素中，也能够防止黑电平参考信号由于 在该部分中的多余电荷泄漏到光学黑区OPB中而改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。4.实施例4(A)器件结构等
图47和48为示意图，显示出根据本发明实施例4的固体摄像器件的主要部分。这里，图47按照与在图45中相同的方式显示出放电区0FD。还有，图48按照与在 图46中相同的方式显示出设在放电区OFD中的像素P的电路结构。如图47和48所示，在该实施例中，设在放电区OFD中的像素P的结构与在实施例 3中的不同。具体地说，与构成像素晶体管Tr的各个部分连接的各个接线之间的连接关系 与在实施例3中的不同。除此之外，该实施例与实施例3相同。因此，将省略重复部分的说 明。在放电区OFD中，传输晶体管122的各个部分如图47和48所示按照与实施例3中 相同的方式电连接。也就是说，如图48所示，传输晶体管122的栅极与电源供应线Vdd电 连接。还有，如图48所示，传输晶体管122的栅极和传输线1 彼此断开，并且因此没有电 连接。在放电区OFD中，如图47和48所示，放大晶体管123的各个部分之间的电连接关 系与在实施例3中的不同。具体地说，如图48所示，放大晶体管123的栅极与电源供应线 Vdd电连接。在放电区OFD中，选择晶体管124的各个部分如图47和48所示按照与实施例3 中相同的方式电连接。但是，如图48所示，与选择晶体管IM连接的垂直信号线127没有 在负载MOS晶体管MT之间电连接。如图47和48所示，复位晶体管125的各个部分之间的电连接关系与在实施例3 中的不同。具体地说，复位晶体管设置成具有与另一个有效像素区IMG和光学黑区OPB相 同的连接关系。通过在放电区OFD中进行与在实施例2中相同的操作，从而可以从各个像素P将 从该部分中泄漏出的多余电荷强制排出到外面。(B)总结如上所述，在该实施例中，按照与其他实施例相同的方式，放电区OFD设在有效像 素区IMG和光学黑区OPB之间。还有，在放电区OFD中，将从有效像素区IMG泄漏出的信号 电荷排出的放电像素布置为遮光像素。另外，在该实施例中，虽然传输晶体管122相对于光电二极管一对一设置，但是其 他晶体管123、IM和125相对于由四个光电二极管121构成的一组一对一设置。因此，即使在具有多个共享像素的微小像素中，也能够防止黑电平参考信号由于 在该部分中的多余电荷泄漏到光学黑区OPB中而改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。5.实施例5(A)器件结构等图49至53为示意图，显示出根据本发明实施例5的固体摄像器件的主要部分。这里，图49至51显示出在有效像素区IMG中的像素P。图49和50显示出像素区 PA的上表面。图49显示出像素P (未显示出接线)，并且图50显示出在有效像素区IMG中 在像素P和接线之间的关系。还有，图51显示出设在有效像素区IMG中的像素P的电路结 构。相比较，图52显示出设在遮光区BL中的光学黑区OPB和放电区OFD以及有效像素区IMG。图52显示出各个区的上表面以及在像素P和接线之间的关系。除此之外，图53显示出设在放电区OFD中的像素P的电路结构。如在这些附图中所示，在该实施例中，像素晶体管Tr的结构与在实施例1中的不 同。除此之外，该实施例与实施例1相同，重复部分的说明将省略。如在这些附图中所示，固体摄像器件101按照与在实施例1中相同的方式包括光 电二极管121和像素晶体管Tr。像素晶体管Tr包括传输晶体管122、放大晶体管123和复 位晶体管125，并且构成为从光电二极管121读取信号电荷。但是，在该实施例中，在像素晶体管Tr中没有包括选择晶体管124。也就是说，在 该实施例中的固体摄像器件101不是4Tr型，而是3Tr型“背面照射CMOS图像传感器”。在像素晶体管Tr中，如图49所示，多个传输晶体管122按照与在实施例1中相同 的方式形成为与多个像素P对应。这里，传输晶体管122的栅极设在读取漏极(浮动扩散区)FD附近(参见图49)。还有，如图50和51所示，在有效像素区IMG中，传输晶体管122构成为将从光电 二极管121产生出的信号电荷作为电信号输出给放大晶体管123的栅极。还有，如在图52的下端部中所示一样，即使在光学黑区OPB中，传输晶体管122也 按照与在有效像素区IMG中相同的方式构成。相比较，在放电区OFD中，如在图52的中间部分和图53中所示，在各个部分之间 的电连接关系与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中是不同的。具体地说，在传输晶 体管122中，与有效像素区IMG和光学黑区OPB不同，传输晶体管122的栅极与电源供应线 Vdd电连接。还有，如图52所示，传输晶体管122的栅极和传输线1 彼此断开，并且因此 没有相互电连接。在像素晶体管Tr中，如图49所示，多个放大晶体管123按照与在实施例1中相同 的方式形成为分别与多个像素P对应。这里，放大晶体管123与复位晶体管125相邻设置(参见图49)。还有，如图50和51所示，在有效像素区IMG中，在读取漏极FD中，放大晶体管123 构成为将已经从电荷转变成电压的电信号放大并且输出。还有，如在图52的下端部分中所示，甚至在光学黑区OPB中，放大晶体管123也按 照与在有效像素区IMG中相同的方式构成。同样，甚至在放电区OFD中，如图52的中间部分和图53所示，放大晶体管123也 按照与有效像素区IMG和光学黑区OPB相同的方式构成。但是，如图53所示，与放大晶体 管123连接的垂直信号线127没有在负载MOS晶体管MT和垂直信号线127之间电连接。在像素晶体管Tr中，如图49所示，多个复位晶体管125按照与在实施例1中相同 的方式形成为与多个像素P对应。这里，复位晶体管125与传输晶体管122相邻设置(参见图49)。还有，如图50和51所示，在有效像素区IMG中，复位晶体管125构成为将放大晶 体管123的栅极电位复位。还有，如在图52的下端部分中所示，甚至在光学黑区OPB中，复位晶体管125也按 照与有效像素区IMG相同的方式构成。相比较，在放电区OFD中，如在图52的中间部分和图53中所示一样，各个部分之间的电连接关系与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中是不同的。具体地说，在复位 晶体管125中，与有效像素区IMG和光学黑区OPB不同，复位晶体管125的栅极与电源供应 线Vdd电连接。还有，如图53所示，复位晶体管125的栅极和复位线1 彼此断开，并且因 此没有相互电连接。(B)操作下面将说明固体摄像器件在放电区OFD中的操作。例如在放电区OFD中，将电源电压Vdd施加在传输晶体管122的栅极和复位晶体 管125的栅极上。因此，在放电区OFD中，能够将从该部分中泄漏出的多余电荷从各个像素 P中强制排出到外面。除此之外，可以通过向传输晶体管122和复位晶体管125的栅极施加足以将这些 多余电荷排出的高固定电压来进行相同的操作。由于该实施例为3Tr型，所以与在实施例1中的相比像素P可以微小地形成，并且 可以按照与在实施例1中相同的方式有效地将多余电荷排出。(C)总结如上所述，在该实施例中，按照与其他实施例相同的方式，放电区OFD设在有效像 素区IMG和光学黑区OPB之间。还有，在放电区OFD中，用来将从有效像素区IMG中泄漏出 的信号电荷排出的放电像素布置成遮光像素。具体地说，在放电区OFD中，传输晶体管122的栅极没有与传输线126电连接，而 是将让传输晶体管122接通的电位施加在传输晶体管122的栅极上。还有，复位晶体管125 的栅极没有与复位线129电连接，而是将让复位晶体管125接通的电位施加在复位晶体管 125的栅极上。还有，从像素晶体管Tr将电信号输出到其上的垂直信号线127和垂直信号 线127将电信号输出到其上的负载MOS晶体管MT没有相互电连接。因此，在该实施例中，防止了黑电平参考信号由于在该部分中的多余电荷泄漏到 光学黑区OPB中而导致改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。6.实施例6(A)器件结构等图M和55为示意图，显示出根据本发明实施例6的固体摄像器件的主要部分。这里，除了有效像素区IMG之外，图M还按照与在图52中相同的方式显示出光学 黑区OPB和放电区OFD。还有，图55按照与在图53中相同的方式显示出设在放电区OFD中 的像素P的电路结构。如图讨和55所示，在该实施例中，设在放电区OFD中的像素P的结构与在实施例 5中的不同。具体地说，与构成像素晶体管Tr的各个部分连接的各个接线之间的连接关系 与在实施例5中的不同。除此之外，该实施例与实施例5相同。因此，将省略重复部分的说 明。在放电区OFD中，传输晶体管122的各个部分如图讨和55所示按照与实施例5中 相同的方式电连接。也就是说，如图阳所示，传输晶体管122的栅极与电源供应线Vdd电 连接。还有，如图55所示，传输晶体管122的栅极和传输线1 彼此断开，并且因此没有电 连接。
在放电区OFD中，如图M和55所示，放大晶体管123的各个部分之间的电连接关 系与在实施例5中的不同。具体地说，如图55所示，放大晶体管123的栅极与电源供应线 Vdd电连接。但是，如图55所示，与放大晶体管123连接的垂直信号线127没有在负载MOS 晶体管MT和垂直信号线127之间电连接。如图讨和55所示，复位晶体管125的各个部分之间的电连接关系与在实施例5 中的不同。具体地说，复位晶体管设置成具有与另一个有效像素区IMG和光学黑区OPB相 同的连接关系。也就是说，除了在该实施例中的固体摄像器件不是4Tr型而是3Tr型之外，在该实 施例中的固体摄像器件与在实施例2中的相同。(B)操作下面将说明该固体摄像器件在放电区OFD中的操作。例如，在放电区OFD中，将电源电压Vdd施加在传输晶体管122的栅极和扩散层 上，该扩散层用作在另一个区域的像素P中的读取漏极FD。因此，在放电区OFD中，能够将 从该部分中泄漏出的多余电荷从各个像素P中强制排出到外面。除此之外，可以通过向传输晶体管122的栅极和用作在另一个区域的像素P中的 读取漏极FD的扩散层施加足以将这些多余电荷排出的高固定电压来进行相同的操作。在该实施例中，与在实施例5中的情况相比可以更有效地进行多余电流的排出。(C)总结如上所述，在该实施例中，按照与实施例1相同的方式，放电区OFD设在有效像素 区IMG和光学黑区OPB之间。还有，在放电区OFD中，用来将从有效像素区IMG中泄漏出的 信号电荷排出的放电像素布置成遮光像素。具体地说，在放电区OFD中，传输晶体管122的栅极没有与传输线126电连接。还 有，让传输晶体管122接通的电位施加在传输晶体管122的栅极和作为输出部分的读取漏 极FD上。还有，从像素晶体管Tr将电信号输出到其上的垂直信号线127和垂直信号线127 将电信号输出到其上的负载MOS晶体管MT没有相互电连接。因此，在该实施例中，防止了黑电平参考信号由于在该部分中的多余电荷泄漏到 光学黑区OPB中而导致改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。7.实施例7(A)器件结构等图56至60为示意图，显示出根据本发明实施例7的固体摄像器件的主要部分。这里，图56至58显示出在有效像素区IMG中的像素P。图56和57显示出像素 区PA的上表面。图56显示出像素P (未显示出接线)，并且图57显示出在有效像素区IMG 中像素P和接线之间的关系。还有，图58显示出设在有效像素区IMG中的像素P的电路结 构。相比较，图59和60显示出放电区0FD。图59显示出上表面和在像素P和接线之 间的关系。还有，图60显示出设在放电区OFD中的像素P的电路结构。如图56至60所示，在该实施例中，像素P的结构与在实施例5中的不同。具体地 说，虽然多个光电二极管121和传输晶体管122设置成与像素P对应，但是构成像素晶体管Tr的其他晶体管123至125相对于这多个光电二极管121按照一对一的方式设置。也就是 说，在这多个像素P之中，构成像素晶体管Tr的其他晶体管123至125构成为共享。除此 之外，该实施例与在实施例5中的相同。因此，将省略重复部分的说明。如图56所示，多个光电二极管121按照与在实施例5中相同的方式布置成与多个 像素P对应。如图56所示，传输晶体管122设置成与相应的光电二极管121对应。但是，在该 实施例中，与实施例1不同，如图56所示，多个传输晶体管122构成为相对于一个读取漏极 FD从光电二极管121读取信号电荷。具体地说，四个传输晶体管122布置成包围着一个读 取漏极FD。还有，如图56所示，放大晶体管123和复位晶体管125相对于多个光电二极管121 设置。例如，放大晶体管123和复位晶体管125相对于由四个光电二极管121构成的一组 设置。如图56所示，放大晶体管123和复位晶体管125设置在位于基板110的表面(χ-y 表面)上的由四个光电二极管121构成的那个光电二极管组的下侧。还有，在由四个光电 二极管121构成的那个光电二极管组的下侧设有阱分接头WT。如图57和58所示，除了在有效像素区IMG中多个传输晶体管122构成为相对于 一个读取漏极FD从光电二极管121读取信号电荷这一点之外，该实施例与实施例1相同。 虽然未示出，但是光学黑区OPB按照与有效像素区IMG相同的方式构成。如图59和60所示，除了甚至在放电区OFD中多个传输晶体管122与一个读取漏 极FD电连接这一点之外，该实施例与实施例5相同。也就是说，在放电区OFD中，各个部分 的电连接关系与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中是不同的。具体地说，在传输晶体管122中，与有效像素区IMG和光学黑区OPB不同，传输晶 体管122的栅极与电源供应线Vdd电连接。还有，传输晶体管122的栅极和传输线1 相 互断开，因此没有电连接。还有，与放大晶体管123连接的垂直信号线127没有在作为输出部分的负载MOS 晶体管MT之间电连接。另外，与在有效像素区IMG中和在光学黑区OPB中不同，复位晶体管125的栅极与 电源供应线Vdd电连接。还有，复位晶体管125的栅极和复位线1 彼此断开，并且因此没 有电连接。也就是，除了本实施例中的固体摄像器件不是4Tr类型而是3Tr类型之外，在本实 施例中的固体摄像器件与实施例3的相同。通过在放电区OFD中进行如在实施例5中相同的操作，从而可以将从该部分中泄 漏出的多余电荷从各个像素P中强制排出到外面。(B)总结如上所述，在该实施例中，按照与其他实施例相同的方式，在有效像素区IMG和光 学黑区OPB之间设置放电区0FD。还有，在放电区OFD中，用来将从有效像素区IMG中泄漏 出的信号电荷排出的放电像素布置成遮光像素。在该实施例中，虽然传输晶体管122相对于光电二极管121 —对一设置，但是其他 晶体管123、IM和125对于这组四个光电二极管121而言一对一设置。因此，即使在具有多个共享像素的微小像素中，也能够防止黑电平参考信号由于在该部分中的多余电荷泄漏到光学黑区OPB中而改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。8.实施例8(A)器件结构等图61至62为示意图，显示出根据本发明实施例8的固体摄像器件的主要部分。这里，图61按照与在图59中相同的方式显示出放电区0FD。还有，图62按照与在 图60中相同的方式显示出设在放电区OFD中的像素P的电路结构。如图61和62所示，在该实施例中，设在放电区OFD中的像素P的结构与在实施例 7中的不同。具体地说，与构成像素晶体管Tr的各个部分连接的各个接线之间的连接关系 与在实施例7中的不同。除此之外，该实施例与实施例7相同。因此，将省略重复部分的说 明。在放电区OFD中，传输晶体管122的各个部分如图61和62所示按照与实施例7中 相同的方式电连接。也就是说，如图62所示，传输晶体管122的栅极与电源供应线Vdd电 连接。还有，如图62所示，传输晶体管122的栅极和传输线1 彼此断开，并且因此没有电 连接。在放电区OFD中，如图61和62所示，放大晶体管123的各个部分之间的电连接关 系与在实施例7中的不同。具体地说，如图62所示，放大晶体管123的栅极与电源供应线 Vdd电连接。另外，如图62所示，与放大晶体管123连接的垂直信号线127没有在负载MOS 晶体管MT之间电连接。如图61和62所示，复位晶体管125的各个部分之间的电连接关系与在实施例7 中的不同。具体地说，复位晶体管设置成具有与另一个有效像素区IMG和光学黑区OPB相 同的连接关系。通过在放电区OFD中进行与在实施例6中相同的操作，从而可以从各个像素P中 将从该部分中泄漏出的多余电荷强制排出到外面。(B)总结如上所述，在该实施例中，按照与其他实施例相同的方式，放电区OFD设在有效像 素区IMG和光学黑区OPB之间。还有，在放电区OFD中，用来将从有效像素区IMG中泄漏出 的信号电荷排出的放电像素布置成遮光像素。在该实施例中，虽然传输晶体管122相对于光电二极管122 —对一设置，但是其他 晶体管123、IM和125相对于由四个晶体管121构成的一组一对一地设置。因此，即使在具有多个共享像素的微小像素中，也能够防止黑电平参考信号由于 在该部分中的多余电荷泄漏到光学黑区OPB中而改变。因此，在该实施例中，能够改善所拍摄图像的图像质量。9.变型本发明不限于如上所述的实施例，而是可以采用各种变型。9. 1 变型 1在如上所述的实施例1至4中，已经说明了通过按照与在另一个区域中的像素P 相同的方式驱动选择晶体管来使得在放电区OFD中的选择晶体管IM处于接通状态，从而 进行多余电荷的强制排出。但是，本发明不限于此。
例如，可以使得接地(GND)或很低的电位施加在位于该区域中的选择晶体管IM 的栅极上。在该情况中，由于选择晶体管1 没有接通并且因此没有形成沟道，所以可能将 选择晶体管1 和垂直信号线127相互电连接。也就是说，不必将选择晶体管IM和垂直 信号线127相互断开。因此，与放电区OFD的存在/不存在无关，垂直信号线127的负载不 改变。因此，可以使得垂直信号线127的负载相同而与放电区OFD的存在/不存在无关， 因此可以进一步获得上述优点。可以进一步抑制来自在放电区OFD周围的像素的信号不连续性。9-2.变型 2在如上所述的实施例5至8中，在放电区OFD中，读取漏极FD和放大晶体管123 的栅极电连接在一起。但是，本发明不限于此。这里，例如，读取漏极FD和放大晶体管123的栅极彼此分开，可以在其上施加接地 (GND)或很低的电位。在该情况中，由于放大晶体管123不处于接通状态并且因此没有形成 沟道，所以可能使得放大晶体管123和垂直信号线127相互电连接。因此，不必使得放大晶 体管123和垂直信号线127相互断开。因此，可以进一步降低在有效像素区IMG之间的布
置差异。因此，可以获得如在改进实施方案1中相同的优点。9-3.变型 3在如上所述的实施例1至8中，已经说明了通过在放电区OFD中向传输晶体管122 的栅极施加电源电压Vdd来使得传输晶体管处于接通状态，从而进行多余电荷的强制排 出。但是，本发明不限于此。例如，传输晶体管122可以构成为用作耗尽晶体管，因此在没有施加栅极电压时， 存在沟道并且漏电流流出。因此，可以降低在有效像素区IMG之间的布置差异。因此，可以获得如在变型1中相同的优点。另外，例如，通过向光电二极管直接施加电源电压Vdd，从而可以进行多余电荷的 强制排出。9-4.其他虽然在上述实施方案中已经说明了 “背面照射式”，但是本发明不限于此。在“表 面照射式”的情况中，也是适用的。也就是说，像素晶体管可以形成在半导体基板的表面侧 上，并且在相应的表面侧上，入射光可以入射在有效像素的感光表面上。具体地说，在“表面 照射式”中，如果在处理负电荷(电子)时采用P型基板或者如果在处理正电荷(空穴)时 采用η型基板，则基板不用作溢出漏极。也就是说，在该情况中，在半导体基板中，作为溢出漏极的杂质区域没有设在与设 有光电二极管的位置相对的背面上。在该情况中，通过应用本发明，可以有效防止出现因此 出现的问题。这时，在上述实施方案中，固体摄像器件101对应于根据本发明的固体摄像器件。 还有，在上述实施方案中，光电二极管121对应于根据本发明的光电转换单元。还有，在上 述实施方案中，放大晶体管123对应于根据本发明的放大晶体管。还有，在上述实施方案 中，传输晶体管122对应于根据本发明的传输晶体管。还有，在上述实施方案中，选择晶体管1 对应于根据本发明的选择晶体管。还有，在上述实施方案中，复位晶体管125对应于 根据本发明的复位晶体管。还有，在上述实施方案中，垂直信号线127对应于根据本发明的 信号线。还有，在上述实施方案中，照相机140对应于根据本发明的电子设备。还有，在上 述实施方案中，基板1101对应于根据本发明的半导体基板。还有，在上述实施方案中，遮光 区BL对应于根据本发明的遮光区。还有，在上述实施方案中，读取漏极FD对应于根据本发 明的浮动扩散区。还有，在上述实施方案中，有效像素区IMG对应于根据本发明的有效像素 区。还有，在上述实施方案中，感光表面JS对应于根据本发明的感光表面。还有，在上述 实施方案中，放电区OFD对应于根据本发明的放电区。还有，在上述实施方案中，光学黑区 OPB对应于根据本发明的光学黑区。还有，在上述实施方案中，像素P对应于根据本发明的 像素。还有，在上述实施方案中，像素区PA对应于根据本发明的像素区。还有，在上述实施 方案中，像素晶体管Tr对应于根据本发明的像素晶体管。 本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利 要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及变化。
权利要求
1.一种固体摄像器件，它包括光电二极管，其具有第一导电型半导体区，为呈矩阵形式布置在半导体基板的感光表 面上的每个像素分别形成；第一导电型传输栅极电极，其在与所述光电二极管相邻的区域中隔着栅极绝缘层形成 在所述半导体基板上，并且传输在所述光电二极管中产生并且累积的信号电荷； 信号读取单元，用来读取与所述信号电荷对应的电压或所述信号电荷；以及 反型层感应电极，其在覆盖一部分或整个所述光电二极管的区域中隔着所述栅极绝缘 层形成在所述半导体基板上，并且由功函大于所述传输栅极电极的功函的导体或半导体构 成，其中，感应出反型层，这是通过所述反型层感应电极在所述半导体区的所述反型层感 应电极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述反型层感应电极由第二导电型半导 体构成。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，向所述反型层感应电极施加负电压。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，在将每个像素的光电二极管分隔开的元 件隔离区中，在所述半导体基板上形成用于使得所述半导体区侧面暴露出的凹形部分，隔 着所述栅极绝缘层在所述侧面上形成所述反型层感应电极，并且从所述半导体区的侧面感 应出所述反型层。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，在所述传输栅极电极的下部中，在半导体 基板上形成凹形部分，并且所述传输栅极电极形成为隔着所述栅极绝缘层填充在所述凹形 部分内。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，在所述半导体区中的第一导电型杂质的 有效浓度随着离所述半导体基板的表面越近而变得越高。
7.—种制造固体摄像器件的方法，该方法包括以下步骤在为以矩阵形式布置在半导体基板的感光表面上的每个像素分别形成的光电二极管 形成区域中形成第一导电型半导体区；在与所述光电二极管形成区域相邻的区中隔着栅极绝缘层在半导体基板上形成第一 导电型传输栅极电极，用来传输在所述光电二极管中产生并且累积的信号电荷； 形成用于读取与所述信号电荷对应的电压或所述信号电荷的信号读取单元； 以及在覆盖一部分或整个所述光电二极管形成区域的区域中隔着所述栅极绝缘层在 所述半导体基板上形成由功函大于所述传输栅极电极的功函的导体或半导体构成的反型 层感应电极，其中，如此形成所述光电二极管，即感应出通过所述反型层感应电极在所述半导体区 的反型层感应电极侧的表面上累积第二导电型载流子而形成的反型层作为光电二极管。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在形成所述传输栅极电极和形成所述反型层感应 电极的步骤中，通过在具有相同层的半导体中注入另一种导电型杂质来形成所述传输栅极 电极和所述反型层感应电极。
9.如权利要求7所述的方法，还包括在所述半导体基板上形成互补MOS晶体管的步骤， 其中，在形成所述传输栅极电极的步骤中，构成所述互补MOS晶体管，并且在与具有所述第一导电型沟道的MOS晶体管的栅极电极相同的层上形成所述传输栅极电极；并且在形成所述反型层感应电极的步骤中，构成互补MOS晶体管，并且在与具有所述第二 导电型沟道的MOS晶体管的栅极电极相同的层上形成所述反型层感应电极。
10.一种照相机，包括通过在感光表面上集成多个像素而形成的固体摄像器件； 光学系统，用于将入射光引导至所述固体摄像器件的成像单元；以及 信号处理电路，用来处理所述固体摄像器件的输出信号， 其中，所述固体摄像器件包括光电二极管，其具有第一导电型半导体区，为以矩阵形式布置在半导体基板的感光表 面上的每个像素分别形成；第一导电型传输栅极电极，其在与所述光电二极管相邻的区域中隔着栅极绝缘层形成 在所述半导体基板上，并且传输在所述光电二极管中产生并且累积的信号电荷； 信号读取单元，用来读取与所述信号电荷对应的电压或所述信号电荷；以及 反型层感应电极，其在覆盖一部分或整个所述光电二极管的区域中隔着所述栅极绝缘 层形成在所述半导体基板上，并且由功函大于所述传输栅极电极的功函的导体或半导体构 成，其中，感应出反型层，这是通过所述反型层感应电极在所述半导体区的所述反型层感 应电极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。
11.一种固体摄像器件，包括光电转换单元，用于通过感光表面接收光并且产生出信号电荷；以及 半导体基板，其中在像素区中设有用来将由所述光电转换单元产生出的信号电荷输出 的像素晶体管，其中，所述像素区包括有效像素区，其中布置有有效像素，在有效像素中入射光入射 到所述光电转换单元的所述感光表面上；以及遮光区，其设在所述有效像素区的附近并且 其中布置有遮光像素，在遮光像素中，在光电转换单元的感光表面的上侧设有用于遮挡入 射光的遮光单元，其中，所述遮光区还包括放电区，在该放电区中，用于将从所述有效像素区泄漏出的信 号电荷排放出的放电像素布置成所述遮光像素，所述遮光区还包括光学黑区，在光学黑区 中布置有光学黑像素作为遮光像素，在光学黑像素中，像素晶体管将由光电转换单元产生 出的信号电荷作为黑电平参考信号输出，并且所述相应的放电区设在所述有效像素区和所 述光学黑区之间。
12.如权利要求11所述的固体摄像器件，其中，所述放电像素、所述光学黑像素和所述 有效像素设在所述半导体基板上的相同导电型阱中。
13.如权利要求12所述的固体摄像器件，其中，所述像素晶体管包括传输晶体管、放大 晶体管、选择晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅极不与向栅极施加传输信号的传输线电 连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶体管处于接通状态的电位施加在栅极上；所述复位晶体管的栅极不与向栅极施加复位信号的复位线电连接，而是构成为，使得 所述相应的复位晶体管处于接通状态的电位施加在栅极上；并且其上输出有电信号的所述信号线不与其中电信号从信号线输出的半导体器件电连接。
14.如权利要求13所述的固体摄像器件，其中，所述传输晶体管相对于每个光电转换 单元一对一设置，并且所述放大晶体管、所述选择晶体管和所述复位晶体管相对于包括多 个光电转换单元的一组一对一设置。
15.如权利要求12所述的固体摄像器件，其中，所述像素晶体管包括传输晶体管、放大 晶体管、选择晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅极不与向栅极施加传输信号的传输线电 连接，而是构成为，将使得所述相应的传输晶体管处于接通状态的电位施加在所述传输晶 体管的栅极以及与所述传输晶体管的漏极对应的浮动扩散区上，并且其上输出有电信号的所述信号线不与其中在信号线上输出电信号的半导体器件电连接。
16.如权利要求15所述的固体摄像器件，其中，所述传输晶体管相对于每个光电转换 单元一对一设置，并且所述放大晶体管、所述选择晶体管和所述复位晶体管相对于包括多 个光电转换单元的一组一对一设置。
17.如权利要求12所述的固体摄像器件，其中，所述像素晶体管包括传输晶体管、放大 晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅极不与向栅极施加传输信号的传输线电 连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶体管处于接通状态的电位施加在栅极上；所述复位晶体管的栅极不与向栅极施加复位信号的复位线电连接，而是构成为，将使 得所述相应的复位晶体管处于接通状态的电位施加在栅极上；并且其上输出有电信号的所述信号线不与其中在信号线上输出电信号的半导体器件电连接。
18.如权利要求17所述的固体摄像器件，其中，所述传输晶体管相对于每个光电转换 单元一对一设置，并且所述放大晶体管和所述复位晶体管相对于包括多个光电转换单元的一组一对一设置。
19.如权利要求12所述的固体摄像器件，其中，所述像素晶体管包括传输晶体管、放大 晶体管和复位晶体管，其中，在所述放电区中，所述传输晶体管的栅极不与向栅极施加传输信号的传输线电 连接，而是构成为，使得所述相应的传输晶体管处于接通状态的电位施加所述传输晶体管 的栅极和与所述传输晶体管的漏极对应的浮动扩散区上；并且其上输出有电信号的信号线不与其中从信号线输出电信号的半导体器件电连接。
20.一种电子设备，其包括通过感光表面接收光并且产生出信号电荷的光电转换单 元，以及半导体基板，其中在像素区中设有用来将由所述光电转换单元产生出的所述信号 电荷作为电信号输出的像素晶体管，其中，所述像素区包括有效像素区，其中布置有有效像素，在有效像素中入射光入射 到所述光电转换单元的所述感光表面上；以及遮光区，其设在所述有效像素区的附近并且 其中布置有遮光像素，在遮光像素中，在光电转换单元的感光表面的上侧设有用于遮挡入 射光的遮光单元，其中，所述遮光区还包括放电区，在该放电区中，用于将从所述有效像素区泄漏出的信号电荷排放出的放电像素布置成所述遮光像素，所述遮光区还包括光学黑区，在光学黑区 中布置有光学黑像素作为遮光像素，在光学黑像素中，像素晶体管将由光电转换单元产生 出的信号电荷作为黑电平参考信号输出，并且所述相应的放电区设在所述有效像素区和所 述光学黑区之间。
全文摘要
本发明涉及固体摄像器件、其制造方法、照相机和电子设备。该固体摄像器件包括光电二极管，其具有第一导电型半导体区，为呈矩阵形式布置在半导体基板的感光表面上的每个像素分别形成；第一导电型传输栅极电极；信号读取单元；以及反型层感应电极，其在覆盖一部分或整个所述光电二极管的区域中隔着所述栅极绝缘层形成在所述半导体基板上，并且由功函大于所述传输栅极电极的功函的导体或半导体构成，其中，感应出反型层，这是通过所述反型层感应电极在所述半导体区的所述反型层感应电极侧的表面上累积第二导电型载流子来形成的。根据本发明，能够提供改善图像质量的固体摄像器件。
文档编号H04N5/225GK102082153SQ201010524878
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月29日 优先权日2009年10月30日
发明者古闲史彦, 坂野赖人, 太田和伸, 工藤义治, 柳田刚志, 森裕之, 铃木亮司, 阿部高志, 马渕圭司 申请人:索尼公司