电荷耦合元件及其制造方法、以及固体摄像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将所入射的能量线(光/X射线)转换为电荷(电子)，使半导体内部的电位发生变化，由此传送所转换的电荷的电荷耦合元件(CCD)及其制造方法、以及具备该电荷耦合元件的固体摄像装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中，已知有多种将所入射的能量线转换为电荷的固体摄像元件(参照专利文献I?3)。尤其是，在医疗领域等中的电荷耦合元件中，要求像素尺寸较大者。这是因为，若使用较大尺寸的像素，则能够减少电荷的传送次数。
[0003][【背景技术】文献]
[0004][专利文献]
[0005]专利文献I:日本专利文献特开2004-303982号公报
[0006]专利文献2:日本专利文献特开2012-151364号公报
[0007]专利文献3:日本专利文献特开平6-283704号公报
【发明内容】
[0008][发明所要解决的问题]
[0009]然而，在电荷親合元件中，利用称为边缘电场(fringing electric field)的电位倾斜，传送已产生的电荷，但存在如下倾向:若像素尺寸变大，则在像素的中央部中，电位相对于位置变得平坦，难以传送电荷。
[0010]本发明是鉴于这些问题而开发的，其目的在于提供一种将所入射的能量线转换为电荷之后，能够充分传送该电荷的电荷耦合元件及其制造方法、以及具备该电荷耦合元件的固体摄像装置。
[0011][解决问题的技术手段]
[0012]为了解决上述问题，本发明的电荷耦合元件具备:半导体基板，其具有排列于一个方向的多个像素区域；以及绝缘膜，其设置于上述半导体基板上;该电荷耦合元件的特征在于，各个像素区域具备:光电转换区域，其对所入射的能量线进行光电转换;倾斜电位形成构件，其在上述光电转换区域内形成促进沿着上述一个方向的电荷的传送的电位倾斜;第一传送电极，其设置于上述绝缘膜上;第二传送电极，其设置于上述绝缘膜上，且配置于上述第一传送电极与邻接于该像素区域的像素区域之间；屏障区域，其位于上述半导体基板中的上述第一传送电极的正下方；以及电荷储存区域，其位于上述半导体基板中的上述第二传送电极的正下方;且上述屏障区域的杂质浓度低于上述电荷储存区域的杂质浓度，上述第一传送电极与上述第二传送电极电连接。
[0013]通过倾斜电位形成构件，即使在像素尺寸较大的情形下，也能够将在光电转换区域内产生的电荷向一个方向上充分传送。经传送的电荷经由屏障区域而被传送至电荷储存区域。屏障区域及电荷储存区域的无偏压状态的电位(potential)因杂质浓度差而不同，电荷储存区域较深，容易储存电荷。另一方面，在这些屏障区域及电荷储存区域中，通过电连接的第一及第二传送电极，经由绝缘膜，而被给予相同电位。因此，通过使向第一及第二传送电极的施加电位上下波动，而能够经由屏障区域将电荷储存于电荷储存区域(第一状态)，将经储存的电荷向后段的像素传送(第二状态)。
[0014]另外，上述第一传送电极及上述第二传送电极也可以由I个共用电极构成。在此情况下，具有结构被简化的效果。
[0015]另外，该电荷耦合元件的特征在于，在某像素区域中的上述电荷储存区域与邻接于该像素区域的后段的像素区域中的上述光电转换区域之间，形成有杂质浓度低于上述光电转换区域的电位障壁区域。如此，在存在杂质浓度较低的电位障壁区域的情况下，能够防止自后段的像素区域向对象的像素区域的电荷储存区域的电荷的逆流。
[0016]该电荷耦合元件的特征在于，上述倾斜电位形成构件是位于上述光电转换区域的正上方、且设置于上述绝缘膜上的电阻性栅极电极(resistive gate electrode)，在上述电阻性栅极电极的上述一个方向的两端间施加有特定的固定电压。通过配置电阻性栅极电极且对其两端间施加固定电压，而能够在电阻性栅极电极的正下方的半导体区域中形成电位倾斜。因此，在使用大面积的像素的情况下，也能够充分地传送电荷。
[0017]在电阻性栅极电极或传送电极中，可以从驱动电路给予电位。驱动电路通过控制装置而被控制。
[0018]本发明的固体摄像装置的特征在于，具备:上述电荷耦合元件;驱动电路，其驱动上述电荷耦合元件;及控制装置，其控制上述驱动电路;上述控制装置以上述第一及第二传送电极的电位同时上下振动的方式控制上述驱动电路。在该情形下，通过电位的上下波动，而能够交替地形成上述第一状态及第二状态。
[0019]另外，一种电荷耦合元件的制造方法，其是制造具备上述共用电极的电荷耦合元件的方法，其特征在于，上述屏障区域是，通过将成为上述光电转换区域的杂质添加至上述半导体基板的表面之后，添加一部分与由添加而形成的半导体区域相反的导电型的杂质进行载流子补偿(carrier compensat1n)而形成的。通过载流子补偿，能够容易地形成低浓度的屏障区域。
[0020][发明效果]
[0021]根据本发明的电荷耦合元件及固体摄像装置，能够将所入射的能量线转换为电荷之后，充分地传送该电荷，且若使用其制造方法，则能够容易地制造其屏障区域的部分。
【附图说明】
[0022]图1是表示具备电荷耦合元件的固体摄像装置的平面构成的图。
[0023]图2是图1所示电荷耦合元件的剖视图(I1-1I箭头线剖面)。
[0024]图3是图1所示电荷耦合元件的剖视图(II1-1II箭头线剖面)。
[0025]图4是用以说明垂直方向的像素行中的电位变化的图。
[0026]图5是表示各信号的电位变化的图表。
[0027]图6是电阻性栅极电极的俯视图。
[0028]图7是第一形态的光电转换区域的俯视图。
[0029]图8是第二形态的光电转换区域的俯视图。
[0030]图9是第三形态的光电转换区域的俯视图。
[0031]图10是用以说明垂直方向的像素行的终端部的电荷耦合元件的局部性俯视图。
[0032]图11是图10所示电荷耦合元件的剖视图(A-A箭头线剖面)。
[0033]图12是用以说明垂直方向的像素行的终端部的电荷耦合元件的局部性俯视图。
[0034]图13是图12所示电荷耦合元件的剖视图(A-A箭头线剖面)(图13(A))、沿着该剖面的X轴方向的电位图(B)、(C)。
[0035]图14是将最终段的像素中的电荷储存区域变形的情况下的电荷耦合元件的局部性俯视图。
[0036]图15是变形结构的电荷耦合元件的剖视图。
[0037]图16是用以说明垂直方向的像素行中的电位变化的图。
[0038]图17是背面照射型的电荷耦合元件的局部性剖视图。
[0039]图18是共用传送电极的情况下的电荷耦合元件的传送电极附近的剖视图。
[0040]图19是用以对杂质注入进行说明的图。
[0041 ]图20是表不电子传送方向的位置(μπι)与电位(V)及电子移动时间(ys)的关系的曲线图。
[0042]符号说明
[0043]10半导体基板
[0044]B 屏障区域
[0045]SI光电转换区域
[0046]S2电荷储存区域
【具体实施方式】
[0047]以下，对实施形态相关的电荷耦合元件及其制造方法、以及具备该电荷耦合元件的固体摄像装置进行说明。另外，对相同要素使用相同符号，并省略重复说明。
[0048]首先，对完成本发明的前提进行说明。首先，在电荷親合元件(CCD)中，调查在I个像素内通过能量线(光/X射线等)的入射而产生的电子的行为。以下，对于CCD构成中一般的2相驱动型CCD进行说明。像素由屏障区域及电荷储存区域构成。屏障区域与电荷储存区域成为I对，且被给予共同的偏压。在相同偏压下，屏障区域的电位较电荷储存区域的电位浅。一个像素由2对屏障区域与电荷储存区域而构成。
[0049]图20是表不电子传送方向的位置(μπι)与电位(V)及电子移动时间(ys)的关系的曲线图。
[0050]在正方形的像素尺寸为24μπι、48μπι、96μπι的情况下，成为如图中的线所示的电位分布。从位置为Ομ??的地点起，向负方向延伸且电位大致向上增加的区域为第一屏障区域，从位置为Ομ??的地点起向正方向延伸的大致平坦的区域为第一电荷储存区域，其次