内建电子倍增功能型的固体摄像元件的制作方法

专利名称：内建电子倍增功能型的固体摄像元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及内建电子倍增功能型的固体摄像元件。
背景技术：
以前，具有倍增寄存器的固体摄像元件(例如，参照下述专利文献1 2)已为人 所知。在这样的固体摄像元件中，将从摄像区域所读取的电荷经由水平移位寄存器传送至 倍增寄存器。倍增寄存器具备有形成于半导体层上的绝缘层、与形成于绝缘层上的传送电 极，在对于某电极(DC电极)施加直流电位而固定的状态下，若使次段的传送电极(倍增电 极)的电位大幅上升，则在这些电极间的电荷传送期间，可进行电子倍增。在这样的具有倍 增功能的固体摄像元件中，以监视其倍增率作为目的，在倍增寄存器之前的位置，注入基准 量的电荷并监视输出(参照下述专利文献1、2)的技术已被提出。[专利文献1]日本特开2002-369081号公报[专利文献2]日本特开2003-9000号公报

发明内容
发明所要解决的问题然而，上述的构造的情况时，虽在倍增寄存器的近处的水平移位寄存器注入电荷， 但由于水平移位寄存器的传送速度通常为高速，故无法精确控制电荷注入的时机，因此，难 于进行安定的监视。本发明有鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能够安定监视倍增率的内建 电子倍增功能型的固体摄像元件。解决问题的技术方案为解决上述问题，本发明所涉及的内建电子倍增功能型的固体摄像元件的特征在 于具备由多个垂直移位寄存器构成的摄像区域；传送来自摄像区域的电子的水平移位寄 存器；倍增来自水平移位寄存器的电子的倍增寄存器；及设置于摄像区域的电子传送方向 的始点侧的端部的电子注入单元；通过电子注入单元被注入电子的特定的垂直移位寄存器 被设定为受到隔绝而不被入射光照射。通常，垂直移位寄存器的传送速度被设定为比水平移位寄存器的传送速度慢。因 此，对于特定的垂直移位寄存器，可以在正确的时机，将电子从电子传送方向的始点侧的端 部注入至垂直移位寄存器内，该电子经由垂直移位寄存器，传送至水平移位寄存器，如此之 后，由倍增寄存器倍增。特定的垂直移位寄存器由于被设定为受到隔绝而不被入射光照射， 故用于监视而注入的电子可正确地反映倍增寄存器的倍增率，并以安定的时机输出。因此， 可对倍增率进行安定的监视。另外，本发明所涉及的固体摄像元件具备具有由厚板部包围的薄板部的构造的 半导体基板，且优选为摄像区域形成于薄板部，特定的垂直移位寄存器位于厚板部。即，该 固体摄像元件为摄像区域形成于薄板部的背面入射型的固体摄像元件，且由于从没有电极
3的背面侧进行受光，故可高感光度地进行摄像。另外，由于厚板部可较薄板部更充分地吸收 入射光，故从背面侧入射的影像几乎不会到达厚板部的表面侧，因此，可使进行电子注入的 特定的垂直移位寄存器处于受到隔绝而不被入射光照射的状态。另外，电子注入单元优选为具备与半导体基板电连接的输入电极，和控制输入电 极与特定的垂直移位寄存器之间的电位的栅极电极。由于将电子注入垂直移位寄存器内的时机可通过调整向栅极电极施加的电压而 控制，故可以以正确的时机进行电子注入，因此，可对倍增率进行安定的监视。另外，倍增寄存器优选为具有倍增从摄像区域的第1区域所传送的电子的第1倍 增寄存器，与倍增从摄像区域的第2区域所传送的电子的第2倍增寄存器，且电子注入单元 优选为具备设置于第1区域的电子传送方向的始点侧的端部的第1电子注入单元，与设置 于第2区域的电子传送方向的始点侧的端部的第2电子注入单元。该情况下，由于在第1区域与第2区域所产生的电荷由不同的倍增寄存器倍增并 读取，故可作短时间的信号读取。另外，各个倍增寄存器的倍增率，可将从设置于各个区域 的第1及第2电子注入单元注入的电子，通过第1及第2倍增寄存器分别倍增并监视。这 样能够读取短时间的信号的构造的情况下，由于倍增寄存器附近的空出的空间趋向于变 窄，故对配置其它元件物理制约较大，但在本发明中，由于并非在倍增寄存器的附近而是从 摄像区域的端部注入电子，故可在不受限于倍增寄存器附近的物理制约下配置电子注入单兀。发明的效果根据本发明的内建电子倍增功能型之固体摄像元件，可对倍增率进行安定的监 视。


图1为固体摄像元件的平面图。图2为图1所示的固体摄像元件的II-II箭头剖面图。图3为图1所示的固体摄像元件的III-III箭头剖面图。图4为显示固体摄像元件的详细的连接关系的平面图。图5为图4所示的固体摄像元件的V-V箭头剖面图。图6为显示驱动/读取电路与固体摄像元件的连接关系的方块图。图7为倍增寄存器的电位图。图8为第1实施方式所涉及的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始 点侧的部分的立体图。图9为图8所示的固体摄像元件的IX-IX箭头剖面图。图10为第2实施方式所涉及的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始 点侧的部分的立体图。图11为图10所示的XI-XI箭头剖面图。图12为显示第3实施方式所涉及的固体摄像元件的平面构成图。图13为显示第4实施方式所涉及的固体摄像元件的平面构成图。图14为显示第5实施方式所涉及的固体摄像元件的平面构成图。
图15为显示第6实施方式所涉及的固体摄像元件的平面构成图。图16为遮光构造变更的固体摄像元件的剖面图。图17为表面入射型的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始点侧的部 分的立体图。图18为表面入射型的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始点侧的部 分的立体图。图19为显示图1所示的固体摄像元件的信道隔离区IS的放大图。
具体实施例方式以下，就实施方式所涉及的内建电子倍增功能型的固体摄像元件进行说明。再者， 对相同要素使用相同的符号，从而省略重复的说明。图1为背面入射型的固体摄像元件100的平面图。在半导体基板上形成有绝缘层2，在绝缘层2的表面上形成有多个垂直电荷传送 电极，这些部份构成垂直移位寄存器。形成有垂直移位寄存器的区域为摄像区域VR，本例的 情况为CXD摄像区域。再者，摄像区域VR也可由MOS型的影像传感器构成。在摄像区域VR的一边，邻接设置有水平移位寄存器HR，在从水平移位寄存器HR到 倍增寄存器EM的电荷传送路径内，配置有转角寄存器CR。转角寄存器CR的构造虽与水平 移位寄存器HR相同，但电荷传送方向以描绘圆弧的方式弯曲。在倍增寄存器EM的输出端， 电连接有放大器AMP，从放大器AMP的输出端子OS所获得的图像信号由逐个像素依次读取。形成有绝缘层2的半导体基板的背面侧的中央部被蚀刻成矩形，并形成有凹部 DP。形成有凹部DP之侧为基板的背面，且影像入射至固体摄像元件的背面侧。相当于凹部的内侧的底面的区域，为厚度比周围薄的薄板部，其周围构成有厚度 比薄板部大的厚板部。由多个垂直移位寄存器构成的摄像区域VR大部分形成于薄板部。若 将垂直于电子传送方向(自摄像区域VR朝水平移位寄存器HR的方向)及基板厚度方向两 者的方向设为摄像区域VR的宽度方向，则摄像区域VR的宽度大于凹部DP的宽度，宽度方 向的两端部位于厚板部。且后述进行电子的注入的特定的垂直移位寄存器位于该厚板部， 受到隔绝而不被入射光照射。图2为图1所示的固体摄像元件的II-II箭头剖面图。固体摄像元件100包含有P型半导体基板IA ；在半导体基板IA上生长的P型外 延层IB ；形成于外延层IB内的摄像区域VR ；及形成于外延层IB内的N型半导体区域1C， 并构成埋入通道型CCD。光像hv从基板背面侧入射。半导体基板IA从背面侧经蚀刻而构 成凹部DP。再者，将包含半导体基板IA ；外延层IB及半导体区域IC的整体设为半导体基 板1。在半导体基板1上形成有绝缘层2，且在绝缘层2上设置有传送电极3。在外延层IB 的一部分形成有P型接触区域1G，在接触区域IG设置有电极El。若对电极El施加接地电 位等的基准电位，则可决定P型半导体基板IA与外延层IB的电位。在摄像区域VR中，所传送的电子在垂直于图2的纸面的方向行进。再者，在N型 半导体区域内，形成有沿着电荷传送方向延伸的由多个P型半导体区域构成的隔离区(信 道阻绝)IS，而将垂直移位寄存器的各信道区分间隔。在图2中显示的是，各隔离区IS从N型半导体区域IC的表面朝深部延伸到达P型外延层IB的方式，而事实上，如图19所示，隔离区IS扩散嵌入至绝缘层2的较厚的部分的 下部。外侧的区域(包含斜面的区域)的厚度大于凹部DP的底面的厚度，在该区域R2、R3 形成有虚设通道D2 D4、D5 D7 (参照图8)，在区域Rl (及/或R4)形成有监视用通道 Dl (及/或D8)。形成有这些信道的区域Rl、R2、R3、R4由于基板厚度较大，故各通道D2 D4、D5 D7、Dl、D8相对于从基板的背面入射的光hv被遮断。图3为图1所示的固体摄像元件的III-III箭头剖面图。设置于摄像区域VR的传送电极3A、3B为交替配置，这些电极一部分区域重叠，绝 缘层5介于邻接的传送电极3A、3B之间，并电气分离。来自摄像区域VR的信号通过水平移 位寄存器HR经由转角寄存器CR，传送至倍增寄存器EM。另外，倍增寄存器EM(在同图中仅 将电极组作为EM而模式性显示)位于水平移位寄存器HR的附近。半导体基板1由形成有凹部DP的薄板部与其周围的厚板部构成。在厚板部中，因 光的入射而在内部产生的载流子在到达表面侧之前消失。尤其是半导体基板IA的P型杂质 浓度由于较外延层IB为充分高的浓度，故载流子的行经距离也缩短。水平移位寄存器HR、 转角寄存器CR(参照图1)及倍增寄存器EM至少形成于薄板部的外侧的区域，优选为形成 于厚板部的区域。因此，在厚板部产生的载流子不会混入该这些寄存器内。图4为显示固体摄像元件的详细的连接关系的平面图，图5为图4所示的固体摄 像元件的V-V箭头剖面图。图6为显示驱动/读取电路200与固体摄像元件100的连接关 系的方块图。摄像区域VR具备沿着垂直方向交替配置的垂直传送电极3A、3B(参照图3)。各传 送电极3A、3B沿水平方向延伸，邻接的传送电极彼此少许重叠。在本例中，对传送电极3施 加3相的驱动电压(P1V、P2V、P3V)。通过该驱动电压的施加，存储于传送电极正下方的电子 在垂直方向传送。再者，在同图中，显示有FFT(full frame transfer)方式的(XD，其亦可替 换成进一步包含存储区域的FT (frame transfer)方式的CCD，或IT (interline transfer) 方式的CXD。在摄像区域VR，形成有用于分离各垂直电荷传送信道CHl CHlO (参照图8)的P 型隔离区IS (参照图2)。在构成摄像区域VR的信道CHl CHlO中，反应于光的入射而产 生的电荷朝垂直方向传送，且在每个信道中流入水平移位寄存器HR的各传送电极6(参照 图5)的正下方。再者，在摄像区域VR与水平移位寄存器HR之间，设置有施加栅极电压TG的传送 电极(转移栅)(参照图3)，通过控制栅极电压TG，可控制从摄像区域VR流入至水平移位 寄存器HR的电荷量。构成水平移位寄存器HR的传送电极6A、6B(参照图5)系沿着水平方向交替配置， 且一部分重叠。再者，在任一的寄存器中，在邻接的传送电极3A、3B、6A、6B、7A、7B、8A、8B之 间，均存在有形成于绝缘层2上的绝缘层5 (参照图5)，且这些电极电气分离。对传送电极 6施加3相的驱动电压(P1HA、P2HA、P3HA)，且传送电极6正下方的电子在水平方向传送。 在水平移位寄存器HR上，连接有圆弧状弯曲的转角寄存器CR。构成转角寄存器CR的传送 电极7A、7B沿着圆弧交替配置，且一部分重叠。对传送电极7施加与在水平移位寄存器上 施加的相同的3相的驱动电压(P1HA、P2HA、P3HA)，且传送电极7的正下方的电子沿着圆弧 传送至倍增寄存器EM。
在倍增寄存器EM中，将传送电极8A、8B沿着水平方向交替配置，且一部分重叠。对 传送电极8施加3相的驱动电压(P1HB、P2HB、P3HB)，且传送电极8的正下方的电子在水平 方向传送。在4个成一组的传送电极8中，对3个传送电极8施加驱动电压，对其余的1个 传送电极8施加作为DC电极的直流电位DCB。在本例中，具有在水平方向依次邻接的4个 成一组的传送电极8，即第1、第2、第3、第4传送电极8的情况时，将位于第2的传送电极 设为DC电极，对其施加直流电位DCB。对传送电极8所施加的电位为正电位，对第1传送电极8施加适当的正电位 (P1HB)，并加深势阱(提高电位参照图7)，在该阱内预先存储电子。对第3传送电极8也 施加大的正电位(P2HB的最大值> P2HA的最大值)，加深势阱，且施加于第2传送电极8的 一定的电位(DCB)低于这些电位(P1HB、P2HB)，而在第1与第3井之间形成势垒。在此状 态下，若使第1势阱变浅(降低电位参照图7)，则从势阱溢出的电子会越过势垒，而落入 第3传送电极的势阱(电位深度ΦΑ)内。该电子落下时进行电子倍增。第1势阱的电位 进一步下降(上方向)，而使所存储的电子完全传送至第3势阱。再者，电位Φ的朝向为朝 下方为正。该经倍增的电子一边加深第4传送电极8的正下方的势阱，一边使第3传送电极 8的正下方的势阱变浅，由此可移动至第4势阱。同样地，存储于第4势阱的电子使用与从 第3至第4的电荷传送相同的方法，移动至下一组的第1势阱并存储。以下，使用与上述相 同的手法，在下一组中也重复倍增 传送步骤。再者，在本例中，电荷传送使用3相驱动，但 也可设定成4相驱动，或2相驱动。经倍增的电子最终流入至高浓度的N型半导体区域FD。半导体区域FD连接于放 大器AMP。该放大器AMP为内建于半导体基板1内的浮动·扩散·放大器。从图6所示的驱动/读取电路200将各种信号给予至固体摄像元件100。再者，为 方便电荷读取部的说明，各要素与信号使用相同的符号。对信号读取部的结构进行说明。在图5所示的信号读取部的半导体区域FD连接 有放大器AMP。对应于半导体区域FD内的电荷量，晶体管QB的栅极电位变动，对应于此，从 输出漏极OD经由晶体管QB流过电阻R的电流量变动。即，对应于存储于半导体区域FD的 电荷量，电阻R的两端值的电压(输出电压)OS变化，并将其读取。来自1个像素的电荷经读取后，在重置栅极RG输入重置电压RG，经由重置漏极RD 重置半导体区域FD的电位。此处，由于重置漏极RD的电位为正，故重置时，可存储电子的 势阱形成于半导体区域FD内。重置后，控制重置栅极RG的电位，将晶体管QA断开，并将半 导体区域FD的电位设成浮动电平。再者，在使电荷流入半导体区域FD内之前，升高近处的信号栅SG的电位，在此存 储电荷，且输出栅OG的电位固定，而形成阻挡，以使电荷不从信号栅SG的正下方区域流入 半导体区域FD。其后，若在输出栅OG的电位固定的状态下，降低信号闸SG的电位，则存储 于信号闸SG的正下方的电荷将流入半导体区域FD内。其次，对倍增寄存器EM进行说明。倍增寄存器EM倍增来自水平移位寄存器HR的 电子。外延层已知其结晶性优良。因此，在P型外延层IB形成N型半导体区域IC的情 况时，垂直移位寄存器、水平移位寄存器HR、及转角寄存器CR中的电子在结晶性优良的半导体内传送，噪声变少，从而电子传送高可精度地进行。如此传送的电子流入至倍增寄存器 EM的半导体区域IC内。倍增寄存器EM具备有N型半导体区域IC ；形成于半导体区域IC上的绝缘层2;在 绝缘层2上以邻接方式形成的多个传送电极8 ；及配置于传送电极8之间且被施加直流电 位DCB(参照图4及图7)的DC电极8。再者，外延层IB形成于基板整个面，但N型半导体 区域IC仅选择性形成于形成有摄像区域VR、水平移位寄存器HR、转角寄存器CR、倍增寄存 器EM的区域。图7为倍增寄存器EM的电位图。上述构造的情况，如同图所示，倍增寄存器EM的传送电极8的正下方的半导体区 域内的电位变化变得急剧，电子倍增率显著提高。即，被施加直流电位DCB的DC电极8，与 被施加电位P2HB的次级的传送电极(倍增电极)8之间的N型半导体区域IC内的电位变 化变得急剧，电子倍增显著地进行。越过施加直流电位DCB的第2电位，电子从第1势阱(电位P1HB)流入第3势阱 (电位P2HB)时，电子倍增进行。再者，上述的半导体的材料为Si，本例的各半导体要素内的P型杂质浓度Cp及N 型杂质浓度Cn的范围优选为如以下所述。再者，P型外延层IB的表面电阻设定成使摄像区 域VR的光感度增高。· P 型半导体基板 IA =Cp(IA) = IXlO17 1 X IO1Vcm3
· P 型外延层 IB =Cp(IB) =IX IO11 1 X 1016/cm3· N 型半导体区域 IC :CN(IC) = IXlO12 lX1017/cm3此处，杂质浓度C满足以下的关系。· Cp(IA) > Cn(IC) > Cp(IB)此处，P型半导体基板IA的厚度t (IA)、P型外延层IB的厚度t (IB)、及N型半导 体区域IC的厚度t (IC)满足以下关系。· t (IA) > t (IB) > t (IC)其次，就图4所示的电子注入单元(输入电极)11A进行说明。电子注入单元(输入电极)IlA设置于摄像区域VR的电子传送方向的始点侧的端 部。垂直移位寄存器的电子传送速度被设定为比水平移位寄存器的传送速度慢。因此，可 以以正确的时机将电子从该特定的垂直移位寄存器(监视用的通道Dl)中的电子传送方向 的始点侧的端部，注入至垂直移位寄存器内。该电子经由该垂直移位寄存器，传送至水平移 位寄存器HR，如此之后，经由转角寄存器CR传送至倍增寄存器EM，并通过倍增寄存器EM倍 增。由于位于端部的特定的垂直移位寄存器(通道Dl)以受到隔绝而不被入射光照射的方 式设定，故用于监视而注入的电子可正确地反映倍增寄存器的倍增率，并在安定的时机输 出。因此，可对倍增率进行安定的监视。另外，特定的垂直移位寄存器(通道Dl)位于厚板部。即，该固体摄像元件为摄像 区域形成于薄板部的背面入射型的固体摄像元件，且由于从不具电极的背面侧进行受光， 故可高感光度地进行摄像。由于厚板部可较薄板部更充分地吸收入射光，故从背面侧入射 的影像几乎不会到达厚板部的表面侧，因此，可使进行电子注入的特定的垂直移位寄存器 (通道Dl)处于受到隔绝而不被入射光照射的状态。输入电极IlA从电流源13A的端子EIJ被供给电子。图8为第1实施方式所涉及的固体摄像元件中的摄像区域VR的电子传送方向的 始点侧的部分的立体图，图9为图8所示的固体摄像元件的IX-IX箭头剖面图。在第1实施方式中，电子注入单元包含电连接于半导体区域(半导体基板)IC的 输入电极IlA0输入电极IlA经由设置于绝缘层2的接触孔，接触于形成于半导体区域IC 的高浓度N型接触区域1K(参照图9)。由于接触区域IK邻接于垂直传送电极3Α，故经由 输入电极IlA注入接触区域IK的电子沿着图中箭头方向(垂直方向)传送。再者，如上所 述，由于图8所示的区域Rl、R2、R3、R4被遮光，故由光的入射而引起的电荷不会混入用于 监视而从输入电极IlA注入的电子群。图10为第2实施方式所涉及的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始 点侧的部分的立体图，图11为图10所示的固体摄像元件的XI-XI箭头剖面图。该固体摄像元件在第1实施方式的N型接触区域1Κ，与始点侧端部的传送电极3Α 的正下方的区域之间设置有栅极电极12Α。栅极电极12Α构成电子供给单元，其控制输入 电极IlA与特定的垂直移位寄存器(通道Dl的传送电极3Α)之间的电位。其它结构与第 1实施方式相同。将电子注入垂直移位寄存器内的时机由于可通过调整对栅极电极12Α的施加电 压IGV而控制，故可以以正确的时机进行电子注入，因此，可对倍增率进行安定的监视。再 者，栅极电极12Α形成于绝缘层2上。图12为显示第3实施方式所涉及的固体摄像元件的平面构成图。倍增寄存器EM包含有倍增从摄像区域VR的第1区域(R1、R2、RE1)所传送的电子 的第1倍增寄存器EMA、与倍增从摄像区域VR的第2区域(R3、R4、RE2)所传送的电子的第 2倍增寄存器EMB。即摄像区域VR由宽度方向的中央位置的左侧的第1区域与右侧的第2 区域构成。从左侧的第1区域所传送的电子经由第1水平移位寄存器HRA、及第1转角寄存 器CRA，传送至第1倍增寄存器EMA，在第1倍增寄存器EMA倍增后，经由浮动·扩散·放大 器AMPA输出至外部。从水平移位寄存器HRA至倍增寄存器EMA的部分的VA-VA箭头剖面 图和作用与图5所示的相同。再者，该剖面的情况时，同图的符号HR、CR、EM、AMP分别替换 成 HRA、CRA、EMA、AMPA。从右侧的第2区域所传送的电子经由第2水平移位寄存器HRB、及第2转角寄存器 CRB,传送至第2倍增寄存器EMB，在第2倍增寄存器EMB倍增后，经由第2浮动·扩散·放 大器AMPB输出至外部。从水平移位寄存器HRB至倍增寄存器EMB的部分的VB-VB箭头剖 面图和作用与图5所示的相同。再者，该剖面的情况时，同图符号HR、CR、EM、AMP分别替换 成 HRB、CRB、EMB、AMPB。另外，输入电极具备设置于第1区域(R1、R2、RE1)的区域Rl的电子传送方向的始 点侧的端部的第1电子注入单元(第1输入电极)11A、及设置于第2区域(R3、R4、RE2)的 区域R4的电子传送方向的始点侧的端部的第2电子注入单元(第2输入电极)11B。另外， 在其余的区域(R2、RE、R3)，也在摄像区域VR的电子传送方向的始点侧的端部设置有第3 输入电极11C。在各个输入电极1认、1让、11(，分别连接有进行电子供给的电流源134、138、 13C。这些电子供给根据必要的用途而进行。两端的输入电极IlAUlB为进行用于监视倍
9增寄存器的倍增率的电子注入的电极，而中央的输入电极IlC可用于在不同于这些区域注 入电子而进行监视的情况。上述构造的情况下，由于在第1区域与第2区域产生的电荷由不同的倍增寄存器 倍增并读取，故可读取短时间的信号。另外，各个倍增寄存器EMA、EMB的倍增率可通过第1 及第2倍增寄存器EMA、EMB将从设置于各个区域的第1及第2电子注入单元(电极12A、 12B)所注入的电子分别倍增而监视。这样的可以读取短时间的信号的构造的情况下，由于 倍增寄存器附近的空的空间趋向于变窄，故对配置其它元件的物理制约较大，但在本实施 方式中，由于并非从倍增寄存器EMA、EMB的附近而是摄像区域VR的端部注入电子，故可不 受限于倍增寄存器附近的物理制约，而配置电子注入单元。图13为显示第4实施方式所涉及的固体摄像元件的平面构成图。该实施方式的固体摄像元件具备有包含区域R1、R2、RE、R3、R4而延伸的单一的输 入电极IlA'，在区域Rl中具备栅极电极12A，在区域R4中具备栅极电极12B，在区域R2、 R3、E3中具备有栅极电极12C。各电极附近的纵剖面构造与图11所示的相同。这些电子供 给根据必要的用途而进行。两端的栅极电极12A、12B为进行用于监视倍增寄存器的倍增率 的电子注入的电极，将电子从电流源13供给至输入电极IlA'，并控制对栅极电极12A、12B 的施加电压，由此可控制电子供给量。中央的输入电极IlC可用于在与这些不同的区域注 入电子进行监视的情况，且可将电子从电流源13A供给至输入电极IlA'，并通过对栅极电 极12C的施加电压而控制其电子供给量。图14为显示第5实施方式的固体摄像元件的平面构成图。该实施方式的固体摄像元件为图12所示的第3实施方式所涉及的固体摄像元件 中省略输入电极IlC的固体摄像元件。其它构成的构造和作用与第3实施方式相同。图15为显示第6实施方式的固体摄像元件的平面构成图。该实施方式的固体摄像元件为图12所示的第3实施方式所涉及的固体摄像元件 中，在输入电极11A、11B、11C与垂直移位寄存器的始点侧的端部的传送电极之间，配置有 包含区域Rl R4而延伸的栅极电极12A'的固体摄像元件。其它构成的构造与作用与第 3实施方式相同。沿着各电极附近的电子传送方向的纵剖面图与图11所示的相同，且将同 图的栅极电极12A替换成12A'，将同图的输入电极IlA以11A、IlBUlC而替换。从各电 流源13A、13B、13C供给至输入电极11A、11B、11C的电子为通过控制对栅极12A'的施加电 压，而可控制对应的对于垂直移位寄存器的注入量。图16为遮光构造变更的固体摄像元件的剖面图。在上述实施方式中，利用基板的厚度，使光不会入射至区域Rl、R2、R3、R4，而在本 例中，其构成为在半导体基板1的背面侧的表面(厚板部的露出面)上，安装包含铝板或陶 瓷板等的遮光部件SF，由此使光hv不会从背面侧入射至区域R1、R2、R3、R4。因此，可获得 高精度的倍增率监视。图17为表面入射型的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始点侧的部 分的立体图。再者，在同图中，省略电子注入用电极等的图示。在未具备上述的栅极电极的类型的实施方式(第1实施方式)中，作为不具备上 述凹部DP，而为表面入射型的固体摄像元件的情况时，在形成有监视用通道Dl与虚设通道 D2 D4的区域R1、R2的传送电极3A、3B上，配置有由铝膜等构成的遮光膜SF。再者，遮光膜SF与传送电极3A、3B绝缘。该构造的情况下，从表面侧入射的光由遮光膜SF遮断，不会 入射至监视用通道Dl与虚设通道D2 D4。因此，可获得高精度的倍增率监视。图18为表面入射型的固体摄像元件的摄像区域VR的电子传送方向的始点侧的部 分的立体图。在具备上述栅极电极12A的类型的实施方式(例如第4实施方式)中，作为 不具备上述凹部DP，而为表面入射型的固体摄像元件的情况下，在形成有监视用通道Dl与 虚设通道D2 D4的区域R1、R2的栅极电极12A、传送电极3A、3B上，配置有由铝膜等构成 的遮光膜SF。再者，遮光膜SF与传送电极3A、3B绝缘。该构造的情况下，从表面侧入射的 光由遮光膜SF遮断，不会入射至监视用通道Dl与虚设通道D2 D4。因此，可获取高精度 的倍增率监视。如上所述，在上述实施方式中，由于为逐线(1信道)注入电子的构造，故可以以简 单的结构实时监视每1线的倍增率。再者，由于上述N型半导体区域IC的存在，而构成埋入通道型(XD，但若将其省略， 则可形成表面通道型CCD。另外，上述实施方式也可适用于不蚀刻半导体区域的表面入射型 固体摄像元件。产业上的可利用性本发明通过进行高性能的电子倍增，可适用于能够拍摄微弱的光像的内建电子倍 增功能型的固体摄像元件。符号说明
IA半导体基板
IB外延层
VR摄像区域
ICN型半导体区域
HR水平移位寄存器
EM倍增寄存器
IlA输入电极
12A栅极电极
权利要求
一种内建电子倍增功能型的固体摄像元件，其特征在于具备摄像区域，其由多个垂直移位寄存器构成；水平移位寄存器，其传送来自所述摄像区域的电子；倍增寄存器，其倍增来自所述水平移位寄存器的电子；及电子注入单元，其设置于所述摄像区域的电子传送方向的始点侧的端部；且由所述电子注入单元注入电子的特定的垂直移位寄存器被设定为受到隔绝而不被入射光照射。
2.如权利要求1所述的内建电子倍增功能型的固体摄像元件，其特征在于 具备半导体基板，其为具有由厚板部包围的薄板部的构造，且所述摄像区域形成于所述薄板部， 所述特定的垂直移位寄存器位于所述厚板部。
3.如权利要求2所述的内建电子倍增功能型的固体摄像元件，其特征在于 所述电子注入单元具备电连接于所述半导体基板的输入电极，及控制所述输入电极与所述特定的垂直移位寄存器之间的电位的栅极电极。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的内建电子倍增功能型的固体摄像元件，其特征 在于所述倍增寄存器具有第1倍增寄存器，倍增从所述摄像区域的第1区域所传送的电子；及 第2倍增寄存器，倍增从所述摄像区域的第2区域所传送的电子，且 所述电子注入单元具备第1电子注入单元，其设置于所述第1区域的电子传送方向的始点侧的端部；及 第2电子注入单元，其设置于所述第2区域的电子传送方向的始点侧的端部。
全文摘要
本发明的内建电子倍增功能型的固体摄像元件具备由多个垂直移位寄存器构成的摄像区域(VR)；传送来自摄像区域(VR)的电子的水平移位寄存器(HR)；倍增来自水平移位寄存器(HR)的电子的倍增寄存器(EM)；及设置于摄像区域(VR)的电子传送方向的始点侧的端部的电子注入用电极(11A)。通过电子注入用电极(11A)被注入电子的特定的垂直移位寄存器(信道(CH1))位于半导体基板的厚板部，且被设定成相对于入射光被遮光。
文档编号H04N5/335GK101960600SQ201080001170
公开日2011年1月26日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年1月30日
发明者前田坚太郎, 村松雅治, 米田康人, 铃木久则, 高木慎一郎 申请人:浜松光子学株式会社