037]在图2中，光电转换部I被布置在栅电极TXl下侧的活性区1a中。电荷保持部3被布置在栅电极TXl与栅电极TX2之间的活性区1a中。FD区6被布置在栅电极TX2与栅电极RES之间的活性区1a中。在行方向上彼此相邻的单元像素Pl的活性区1a在光电转换部I与到电源电压线20的连接部(复位晶体管16的栅极区)之间的边界中连接，并且溢出晶体管19的栅电极OFG被布置在该连接部上方。在电荷保持部3上方形成遮光层11 ο
[0038]接下来，将参考图3和图4来更详细地描述根据本实施例的固态成像设备的光电转换部I与FD区6之间的部分的结构。图3是沿着图2中的A-A’线所取的示意性截面图。图4是例示了沿着图3中的Xl线所取的部分(光电转换部)在深度方向上的杂质浓度分布，以及沿着图3中的X2线所取的部分(电荷保持部)在深度方向上的杂质浓度分布的曲线图。在图4中，垂直轴以对数轴形式表示杂质浓度(有效载流子浓度)，并且P型和η型杂质都显示在正方向上。顺便提及，在这里，下面将描述其中电子形成信号电荷的实例，但是空穴也可以形成信号电荷。在这种情况下，各部分的导电类型都相应地变为相反的导电类型。
[0039]光电转换部I具有在衬底的表面部分中形成的P型半导体区32，以及被形成为与P型半导体区32的底部接触的η型半导体区31，并且在η型半导体区31与ρ型半导体区32之间形成p-n结。光电转换部I由隐埋二极管(buried d1de)形成，在隐埋二极管中η型半导体区31与ρ型半导体区32之间的p-n结被形成为与衬底表面分离。因为p-η结与衬底表面分离，所以隐埋二极管具有能够降低诸如在衬底表面产生的暗电流之类的噪声的效果。当在衬底表面产生的少数载流子在被重新结合前已到达耗尽层时，少数载流子由于耗尽层中的电场的原因而向光电转换部I的η型半导体区31漂移。少数载流子在到达耗尽层之前变得容易重新结合，因为P-n结与衬底表面分离，因此可以降低噪声。顺便提及，从使得已在光电转换部I中经光电转换的全部电荷能够被转移到电荷保持部3同时又确保饱和电荷量的观点来看，期望电荷保持部3的面积大于光电转换部I的面积。在本说明书中的面积是把固态成像设备看作平面时的面积。
[0040]光电转换部I还具有被形成为与η型半导体区31的底部接触的η型半导体区33，并且具有比η型半导体区31低的杂质浓度(见图4)。具有更低杂质浓度的η型半导体区33被布置在比η型半导体区31深的部分，从而η型半导体区31甚至可以收集在远离衬底表面的深处被光电转换的电子。作为参考，不一定需要提供η型半导体区33。可以在比η型半导体区31更深的部分提供ρ型半导体区，来代替η型半导体区33。在这种情况下，已在远离衬底表面的深处被光电转换的电子可以由延伸到已经代替η型半导体区而提供的ρ型半导体区的耗尽层收集，或者由ρ型半导体区中的电势分布收集。
[0041]ρ型隐埋层9在比光电转换部I更深的部分中形成。因此，光电转换部I通过P型阱8、隐埋层9等与η型半导体衬底7电隔离(p-n结隔离)。隐埋层9用作光电转换部I与η型半导体衬底7之间的势皇，并且具有防止光电转换部I与来自半导体衬底7等的无益电荷混合的效果。顺便提及，确切地说，除栅电极外的所有半导体区都是在半导体衬底中形成，但是在这里，为了方便，在半导体衬底外的比隐埋层9更深的部分被称为“半导体衬底7”。仅表述为“衬底”的术语将意指整个半导体衬底。
[0042]电荷保持部3具有η型半导体区41和ρ型半导体区42，并在ρ型半导体区42与η型半导体区41之间形成p-n结，所述ρ型半导体区42被布置在就衬底而言的η型半导体区41的表面侧。如之前已经描述的光电转换部I中那样，电荷保持部3由降低在衬底表面出现的噪声的隐埋二极管形成。
[0043]ρ型耗尽抑制部5在电荷保持部3的底部下面形成，以与η型半导体区41接触。其中p-n结由η型半导体区41和耗尽抑制部5形成的配置具有能够在低电压下使η型半导体区41处于完全耗尽状态并读出信号电荷的效果。由于耗尽抑制部5具有更高的杂质浓度，所以信号电荷能够在更低电压下转移。另外，耗尽抑制部5还具有防止电荷保持部3与存在于比耗尽抑制部5更深处的无益电荷混合的效果。
[0044]电荷保持部3和耗尽抑制部5在ρ型阱8中形成。存在于耗尽抑制部5下面的阱8由通过多个离子注入步骤形成的层形成，并且由具有的杂质浓度低于耗尽抑制部5的杂质浓度的P型半导体区形成(见图4)。在耗尽抑制部5下面的阱8的杂质浓度被配置为低于耗尽抑制部5的杂质浓度，从而可以有效地防止电荷保持部3与无益电荷混合。顺便提及，在图3中，阱8由多个层8a、8b、8c和8d表示，以可视地例示出阱8是通过多个离子注入步骤由层形成，但是在功能上形成作为整体的一个P型半导体区。P型隐埋层9也可以被认为是阱8的一部分。阱8不一定需要通过多个离子注入步骤形成，并且为了形成阱8而执行的离子注入步骤的数量也不限于所例示的实例。
[0045]覆盖电荷保持部3上面的部分的遮光层11在电荷保持部3上方形成。遮光层11具有为电荷保持部3遮挡入射光，并且防止产生除了由光电转换部I中的光电转换产生的信号电荷之外的无益电荷的效果。遮光层11 一般采用诸如钨和铝之类的具有对抗可见光的遮光效果的金属膜，但是不限于上述材料。
[0046]栅电极TXl在光电转换部I与电荷保持部3之间的半导体衬底上方形成。由此，形成了第一转移晶体管14，其中η型半导体区31用作源极区而ρ型半导体区32用作漏极区。
[0047]另外，栅电极ΤΧ2在电荷保持部3与FD区6之间的半导体衬底上方形成。由此，形成了第二转移晶体管15，其中η型半导体区41用作源极区而FD区6用作漏极区。FD区6是η型半导体区。FD区6的电容包括ρ型阱8与η型FD区6之间的p-n结的电容。在FD区6上形成的接触插塞12是使FD区6与源极跟随器晶体管17的栅电极SFG电连接的互连的一部分。顺便提及，包括FD区6的连接节点可以包括由于这些互连和接触插塞12而导致的寄生电容分量。
[0048]接下来，将参考图1和图3描述根据本实施例的固态成像设备的操作。
[0049]当光线入射到光电转换部I上时，由光电转换部I的光电二极管通过光电转换产生电子，并且这些电子积聚在光电转换部I中。当第一转移晶体管14被驱动(导通)时，已经在光电转换部I中积聚的电子被转移到电荷保持部3。
[0050]当读出来自多行像素的信号电荷时，不具有电荷保持部的CMOS图像传感器顺序地驱动每行中的转移晶体管(逐行地驱动)。另一方面，根据本实施例的具有电荷保持部3的固态成像设备可以执行把所有行的单元像素Pl的光电转换部I中的信号电荷同时转移到各自的电荷保持部3的操作，换句话说是全像素同时转移。在全像素同时转移之后，光电转换部I变为空闲状态，也就是初始状态，并且变为用于下次曝光的开始状态。具体地说，根据本实施例的固态成像设备能够执行同时控制所有像素中的曝光的开始和结束的操作，也就是全像素同时电子快门的操作。
[0051]在信号电荷已经从光电转换部I转移到电荷保持部3之后，驱动溢出晶体管19以从光电转换部I放出多余的电荷。
[0052]当第二转移晶体管15被驱动(导通)时，信号电荷被从电荷保持部3读出到FD区6。当信号电荷被从电荷保持部3读出到FD区6时，每行中的第二转移晶体管15被顺序地驱动(逐行地驱动)。
[0053]当信号电荷已经被读出到FD区6时，已被读出到FD区6的信号电荷根据信号电荷的量被FD区6的电容器转换为电压，并且该电压被施加到源极跟随器晶体管17的栅电极SFG。已经根据被施加到源极跟随器晶体管17的栅极电压来放大的电压通过行选择晶体管18输出到垂直信号线Vout。从而，每行中的第二转移晶体管15被顺序地驱动，由此可以读出从所有像素发出的输出信号。
[0054]在这里，因为如上所述，信号是逐行地从电荷保持部3读出到FD区6，所以在电荷保持部3中保持信号电荷期间的时间段按照单元像素Pl在屏幕中也就是在像素阵列中的位置(行)而改变。具体地说，在要信号电荷从电荷保持部3转移到FD区6所需要的保持时间段较长的行中，致使信号电荷受到在电荷保持部3的衬底表面等处产生的暗电流噪声的影响更大。此外，当增大电荷保持部3的面积以确保饱和电荷时，交界面的表面积增大，因此噪声的影响进一步增大。顺便提及，在把信号电荷从光电转换部I转移到电荷保持部3的过程中，所有像素被同时控制，因此噪声的影响在屏幕上没有差异。
[0055]由于该原因，在根据本实施例的固态成像设备中，为了降低屏幕中的噪声的上述影响，电荷保持部3的ρ型半导体区42被形成为比光电转换部I的ρ型半导体区32更厚且更深，如图3和图4中所示。由此，在电荷保持部3的η型半导体区41与ρ型半导体区42之间的p-n结中形成的耗尽层区变为远离衬底表面，并且可以降低暗电流噪声的影响。
[0056]顺便提及，当光电转换部I的P型半导体区32变厚时，光电转换部I的p-n结表面变为远离衬底表面，并且具有短波长的入射光的光电转换效率降低。那么，存在这样的担忧:例如，致使诸如蓝色之类的具有短波长的颜色成分的等级(gradat1n)变得更低。因为该原因，光电转换部I的P型半导体区32和电荷保持部3的ρ型半导体区42都加厚不一定是期望的。出于这样的观点，期望把电荷保持部3的ρ型半导体区42形成为比光电转换部I的P型半导体区32更厚且更深，而不管光电转换部I的ρ型半导体区32。
[0057]作为一个实例，用于把电荷保持部3的ρ型半导体区42形成为比光电转换部I的P型半导体区32更深的方法包括适当地改变离子注入条件的方法。例如，在形成P型半导体区32时所设置的用于P型杂质的离子注入的加速电压被设置为比在形成P型半导体区42时所设置的