固态成像设备和成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态成像设备和成像系统。
【背景技术】
[0002]近年来，诸如数码摄像机和数码照相机之类的成像系统变得普及，所述成像系统中使用了适合于低能耗和高速读出的CMOS图像传感器。在CMOS图像传感器中，顺序读出操作(卷帘快门操作)是基本操作，它顺序地读出每一行中或几行的每个块中的像素，但是还提出了具有全像素同时电子快门(whole-pixel simultaneous electronic shutter)功能的CMOS图像传感器(参考国际公开号WO 11/043432) ο在这里，全像素同时电子快门是同时控制所有像素中的曝光的开始和结束的机构。
[0003]当电荷保持部的面积加宽或者电荷保持部的杂质浓度增大以确保足够量的饱和电荷时，在CMOS图像传感器中，已经存在了电荷保持部中所产生的暗电流噪声增大和图像质量下降的情况。特别地，当全像素同时电子快门进行操作时，致使像素的电荷保持部保持信号电荷期间的时间段彼此不同。由于该原因，当电荷保持部中产生的暗电流噪声大时，致使噪声量按照图像中的位置而有所不同，并且已存在出现诸如阴影之类的显著噪声的可能性。此外，即使在全像素同时电子快门不进行操作的情况下，也希望降低电荷保持部中所产生的暗电流噪声。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供能够降低其中积聚信号电荷的电荷保持部中产生的暗电流噪声的固态成像设备。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了包括多个像素的固态成像设备，其中每个像素都包括:光电转换部，对入射光进行光电转换以产生信号电荷；电荷保持部，积聚从光电转换部转移的信号电荷；以及浮置扩散区，电荷保持部的信号电荷被转移到所述浮置扩散区，其中，光电转换部包括第一导电类型的第一半导体区，以及在第一半导体区下面形成的第二导电类型的第二半导体区，电荷保持部包括第一导电类型的第三半导体区，以及在第三半导体区下面形成的第二导电类型的第四半导体区，并且第三半导体区与第四半导体区之间的P-η结的位置比第一半导体区与第二半导体区之间的p-n结深。
[0006]根据本发明的另一个方面，提供了包括多个像素的固态成像设备，其中每个像素都包括:光电转换部，对入射光进行光电转换以产生信号电荷；电荷保持部，积聚从光电转换部转移的信号电荷；以及浮置扩散区，电荷保持部的信号电荷被转移到所述浮置扩散区，其中，光电转换部包括第一导电类型的第一半导体区，以及在第一半导体区下面形成的第二导电类型的第二半导体区，电荷保持部包括第一导电类型的第三半导体区，以及在第三半导体区下面形成的第二导电类型的第四半导体区，并且第三半导体区具有比第一半导体区高的杂质浓度。
[0007]参考附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得明白。
【附图说明】
[0008]图1是例示了根据本发明第一实施例的固态成像设备的成像区的配置的电路图；
[0009]图2是示意性地例示了根据本发明第一实施例的固态成像设备的成像区的结构的平面图；
[0010]图3是例示了根据本发明第一实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图；
[0011]图4是例示了根据本发明第一实施例的固态成像设备的单元像素中的光电转换部和电荷保持部中的杂质浓度分布的示图；
[0012]图5是示意性地例示了根据本发明第二实施例的固态成像设备的成像区的结构的平面图；
[0013]图6是例示了根据本发明第二实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图；
[0014]图7是例示了根据本发明第三实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图；
[0015]图8是例示了根据本发明第三实施例的固态成像设备的单元像素中的光电转换部和电荷保持部中的杂质浓度分布的示图；
[0016]图9A和图9B是例示了根据本发明第四实施例的固态成像设备的单元像素中的光电转换部和电荷保持部中的每一个中的杂质浓度分布的不图；
[0017]图1OA和图1OB是例示了根据本发明第五实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图；
[0018]图1lA和图1lB是例示了根据本发明第六实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图；
[0019]图12A和图12B是例示了根据本发明第七实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图；
[0020]图13是例示了根据本发明第八实施例的成像系统的配置的示意图。
【具体实施方式】
[0021]现在将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。
[0022][第一实施例]
[0023]下面将参考图1至图4来描述根据本发明第一实施例的固态成像设备。
[0024]图1是例示了根据本实施例的固态成像设备的成像区的配置的电路图。图2是例示了根据本实施例的固态成像设备的成像区的结构的平面图。图3是例示了根据本实施例的固态成像设备的成像区的结构的示意性截面图。图4是例示了根据本实施例的固态成像设备的单元像素中的光电转换部和电荷保持部中的在深度方向上的杂质浓度分布的示图。
[0025]首先，下面将参考图1至图4来描述根据本实施例的固态成像设备的成像区的结构。
[0026]根据本实施例的固态成像设备100的成像区具有其中多个单元像素Pl沿着行方向和列方向以二维矩阵形式布置的像素阵列，如图1所示。为了简化附图，图1例示了三行和三列的像素阵列，但是在行方向和列方向上布置的像素Pl的数量不受特别限制。顺便提及，在本说明书中，行方向将意指附图中的横向，而列方向将意指附图中的纵向。
[0027]每个单元像素Pl都具有光电转换部1、第一转移晶体管14、第二转移晶体管15、复位晶体管16、源极跟随器晶体管17、行选择晶体管18和溢出晶体管19。
[0028]构成光电转换部I的光电二极管的阳极连接到接地电压线21，并且其阴极连接到第一转移晶体管14的源极和溢出晶体管19的源极。第一转移晶体管14的漏极连接到第二转移晶体管15的源极。第二转移晶体管15的漏极连接到复位晶体管16的源极和源极跟随器晶体管17的栅极。复位晶体管16的漏极、源极跟随器晶体管17的漏极和溢出晶体管19的漏极连接到电源电压线20。源极跟随器晶体管17的源极连接到行选择晶体管18的漏极。
[0029]第一转移晶体管14的漏极与第二转移晶体管15的源极之间的连接节点构成了电荷保持部3。在图1中，电荷保持部3由连接在第一转移晶体管14的漏极与第二转移晶体管15的源极之间的连接节点和接地电压线21之间的电容器表示。
[0030]第二转移晶体管15的漏极、复位晶体管16的源极与源极跟随器晶体管17的栅极之间的连接节点包括浮置扩散区(后文称为“FD区”)6。在图1中，FD区6由连接在第二转移晶体管15的漏极、复位晶体管16的源极与源极跟随器晶体管17的栅极之间的连接节点和接地电压线21之间的电容器表示。
[0031]作为参考，存在着晶体管的源极和漏极的名称按照晶体管的导电类型、受到关注的功能等而改变的情况，并且也存在着名称被称为与上述源极和漏极相反的名称的情况。
[0032]在像素阵列的每行中，信号线pTXl、信号线pTX2、信号线pRES、信号线pSEL和信号线pOFG各自被布置为在行方向上延伸。信号线pTXl分别与在行方向上对齐的单元像素PI中的第一转移晶体管14的栅极连接，并且形成到这些单元像素Pl的公共信号线。信号线PTX2分别与在行方向上对齐的单元像素Pl中的第二转移晶体管15的栅极连接，并且形成到这些像素单元Pl的公共信号线。信号线PRES分别与在行方向上对齐的单元像素Pl中的复位晶体管16的栅极连接，并且形成到这些单元像素Pl的公共信号线。信号线pSEL分别与在行方向上对齐的单元像素Pl中的行选择晶体管18的栅极连接，并且形成到这些单元像素Pl的公共信号线。信号线POFG分别与在行方向上对齐的单元像素Pl中的溢出晶体管19的栅极连接，并且形成到这些单元像素Pl的公共信号线。顺便提及，在图1中，与行号η对应的数字被添加到各信号线的名称(例如，pTXl (n-1)、pTXl (η)和pTXl (n+1))。
[0033]在像素阵列的每列中，垂直信号线Vout被布置为在列方向上延伸。垂直信号线Vout分别与在列方向上对齐的单元像素Pl中的行选择晶体管18的源极(像素输出部22)连接，并且形成到这些单元像素Pl的公共信号线。在图1中，与列号m对应的数字被添加到各垂直信号线Vout的名称(例如，Vout (m-1)、Vout(m)和Vout (m+1))。
[0034]作为参考，可以省略单元像素Pl中的行选择晶体管18。在这种情况下，用作像素输出部22的源极跟随器晶体管17的源极连接到垂直信号线Vout。
[0035]例如，通过图2中所示的平面布局可以实现图1中所示的电路配置的像素阵列。图2中由虚线围绕的区域(后文称为“单元像素区”)对应于单元像素P1。这种单元像素区在行方向和列方向上被重复布置，由此形成作为成像区的像素阵列。
[0036]在每个单元像素区中，由元件隔绝区10限定近似反S形的活性区10a。在活性区1a上方，布置有各自的晶体管的栅电极。具体来说，栅电极TX1、TX2、RES、SFG和SEL按此顺序从图2中的活性区1a的下侧被布置，以横贯活性区10a。在这里，栅电极TXl是第一转移晶体管14的栅电极。栅电极TX2是第二转移晶体管15的栅电极。栅电极RES是复位晶体管16的栅电极。栅电极SFG是源极跟随器晶体管17的栅电极。栅电极SEL是行选择晶体管18的栅电极。
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