专利名称：固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态成像装置、该固态成像装置的制造方法和包括该固态成像装置的电子设备。
背景技术：
CMOS固态成像装置是固态成像装置的一个示例。在CMOS固态成像装置中，两个像素由光电二极管和称作MOS晶体管的晶体管形成，并且以预定模式布置多个像素。光电二极管是光电转换元件，用于产生和累积与接收到的光量对应的信号电荷。MOS晶体管转移由光电二极管获得的信号电荷。图I是示出了根据日本未审专利申请公报No. 11-122532中公开的现有技术的 CMOS固态成像装置216的主要部分的示意性截面图。固态成像装置216应用于图像传感器。图I示出了固态成像装置216的像素部分的截面结构。图I所示的固态成像装置216包括P型基板201和像素分离区域208，其中，p型基板201由硅制成，像素分离区域208被设置在P型基板201的前表面中。包括光电二级管H)和多个MOS晶体管的像素200被设置在通过像素分离区域208而彼此分离的每个部分中。这些MOS晶体管包括电荷读出晶体管Trl、复位晶体管Tr2、放大器晶体管Tr3和垂直选择晶体管(未示出)。包括这四个MOS晶体管和光电二极管H)的像素区域用作一个单位像素。以二维矩阵形式布置多个单位像素。光电二极管H)包括在深度方向上从P型基板201的表面起按顺序布置的η+型杂质区域203、η型杂质区域202，并且还包括设置在η+型杂质区域203的表面中的高杂质浓度P型杂质区域204。此外，电荷读出晶体管Trl包括平面型栅电极209和源极-漏极区域205。平面型栅电极209形成在基板201上方，栅极绝缘膜217在与形成光电二极管H)的区域相邻的位置处插入在平面型栅电极209与基板201之间。源极-漏极区域205由设置在基板201的表面中的η+型杂质区域形成。源极-漏极区域205用作浮动扩散区域。放大器晶体管Tr3包括源极-漏极区域206、平面型栅电极211和源极-漏极区域207。平面型栅电极211形成在基板201上方，栅极绝缘膜217在与形成源极-漏极区域 206的区域相邻的位置处插入在平面型栅电极211与基板201之间。源极-漏极区域207 由设置在基板201的表面中的η+型杂质区域形成。复位晶体管Tr2包括源极-漏极区域205、平面型栅电极210和源极-漏极区域 206。平面型栅电极210形成在基板201上方，栅极绝缘膜217在与形成源极-漏极区域 205的区域相邻的位置处插入在平面型栅电极210与基板201之间。源极-漏极区域206 由设置在基板201的表面中的η+型杂质区域形成。
源极-漏极区域206通过接触部分212连接到电源线213，电源线213形成在基板 201上方，层间绝缘膜215插入在电源线213与基板201之间。在层间绝缘膜215中设置期望的布线214。因此，在根据现有技术的固态成像装置216中，每个单位像素200包括基板201的表面上的MOS晶体管和光电二极管H)。最近，像素尺寸已被缩小以将更大量的像素集成在固态成像装置中。在根据图I 所示的现有技术的固态成像装置216中，针对每个单位像素200，光电二极管H)和MOS晶体管沿基板201的同一平面布置。因此，期望与每个单位像素200对应的基板201的表面面积大到足够安置上述元件。因此，单个像素的面积相对较大。在这个结构中，如果像素尺寸减小，则光电二极管ro的面积也会减小。结果，饱和电荷量(Qs)和灵敏度也会减小。为了避免这种问题，提出了通过使得彼此相邻的多个像素利用公共MOS晶体管来减小像素尺寸的方法。例如，提出了如下方法使得彼此相邻的多个像素利用公共像素晶体管，从而在不减小光电二极管ro的面积的情况下能够减小像素尺寸。例如，在一般的CMOS固态成像装
置中，由四个像素共用一组像素晶体管。此外，作为防止由于像素尺寸的减小导致的饱和电荷量(Qs)和灵敏度下降的完全不同的方法，日本未审专利申请公报No. 2002-513145提出了一种包括嵌入式栅电极的固态成像装置。图4示出了一种CMOS固态成像装置231，它包括设置有嵌入式栅电极的垂直电荷读出晶体管。CMOS固态成像装置231是一种背照式固态成像装置，在背照式固态成像装置中， 光入射在基板的背表面上。图4示出了像素部分的主要部分。CMOS固态成像装置231包括像素晶体管，这些像素晶体管在半导体基板232的前表面上形成像素。在这个示例中，像素晶体管包括电荷读出晶体管Trl、复位晶体管Tr2和放大器晶体管Tr3。在每个像素中， 光电二极管H)形成于这些像素晶体管的下方。光电二极管H)包括形成在基板232中的η 型半导体区域233和高杂质浓度P型半导体区域(ρ+区域)241，其中，高杂质浓度P型半导体区域(Ρ+区域)241位于η型半导体区域233的前侧。η型半导体区域233包括高杂质浓度区域(η+区域)233Α和低杂质浓度区域(η区域)233Β，其中，高杂质浓度区域(η+区域)233Α用作电荷存储区域。电荷读出晶体管Trl是垂直晶体管，它包括柱状读出栅电极236，柱状读出栅电极 236被布置在沟部234中，栅极绝缘膜235插入在读出栅电极236与沟部234的内表面之间。 沟部234在深度方向上从基板232的前表面延伸到光电二极管H)中的η型高杂质浓度区域(η+区域)233Α。η型源极-漏极区域237 (浮动扩散(FD)区域)形成于基板232的表面中，使得η型源极-漏极区域237与栅极绝缘膜235接触。垂直电荷读出晶体管Trl的垂直栅电极236形成在与单位像素251的中心对应的位置处，即光电二极管H)的中心处。 高杂质浓度P型半导体区域(P+区域)241包围栅极绝缘膜235的形成在光电二极管H)的高杂质浓度区域(η+区域)233Α中的一部分。复位晶体管Tr2包括设置在基板232的前表面中的一对η型源极-漏极区域237 和238以及形成在基板232的前表面的上方的平面型复位栅电极243，其中，栅极绝缘膜插入在平面型复位栅电极243与基板232之间。放大器晶体管Tr3包括设置在基板232的前表面中的一对η型源极-漏极区域238和239以及形成于基板232的前表面的上方的平面型栅电极240，其中，栅极绝缘膜插入在平面型栅电极240与基板232之间。形成有多层布线246的多个布线层被设置在其上形成有像素晶体管Trl、Tr2和Tr3的基板232上方，其中，层间绝缘膜245插入在多层布线246与基板232之间。尽管图4没有示出，但是在基板 232的背表面上设置滤色器，并且在与像素对应的位置处在滤色器上设置片上微透镜。在图 4中，参考标号250指示像素分离区域。尽管图4中没有示出，但是在周边电路部分中形成了包括CMOS晶体管的信号处理电路。CMOS晶体管包括平面型栅电极。此外，作为防止由于像素尺寸减小导致的饱和电荷量(Qs)和灵敏度下降的另一种完全不同的方法，日本未审专利申请公报No. 2005-223084提出了一种包括嵌入式栅电极的固态成像装置。CMOS固态成像装置是固态成像装置的一个示例。在CMOS固态成像装置中，由光电二极管和称作MOS晶体管的晶体管形成两个像素，并且以预定模式布置度多个像素。光电二极管是光电转换元件，用于产生和累积与接收到的光量对应的信号电荷。MOS晶体管转移由光电二极管获得的信号电荷。此外，作为防止由于像素尺寸下降导致的饱和电荷量(Qs)和灵敏度下降的完全不同的方法，日本未审专利申请公报No. 2007-36202提出了一种在单个像素中通过在基板的深度方向上布置多个光电二极管将光分离成多个分量的方法。参照图2，例如，日本未审专利申请公报No. 2002-513145描述了这样一种色分离方法，在该方法中，在P型Si基板100中形成包括η型半导体层102、ρ型半导体层104和η 型半导体层106的三层结构。从表面起按照深度的顺序，蓝光、绿光和红光在各层中进行光电转换。在该方法中，蓝、绿和红信号通过在Si基板100的表面上连接到各个层的端子传送到外部。该结构利用波长与深度方向上的光吸收特性之间的关系。因此，能够通过单个像素实现色分离，并且能够抑制伪色(false color)的生成。因此，可以省去低通滤波器。 此外，由于没有利用滤色器，所以具有不同波长的红、绿和蓝光分量入射在单位像素上。因此，可以减小光量的损失。然而，在距离硅基板100的表面约2μπι的深度处形成光电二极管，该光电二极管执行具有长波长的红光分量的光电转换并且累积产生的信号电荷。因此， 光电二极管与基板表面上的对应输出端子之间的距离大，并且难以完全转移由光电二极管累积的信号电荷。为了解决这个问题，日本未审专利申请公报No. 2007-36202描述了一种结构，其中在在深度方向上布置的光电二极管之间布置势垒。在势垒被布置在光电二极管之间的情况下，累积在置于基板中的深位置的光电二极管中的信号电荷能够容易地转移到对应的浮动扩散区域。然而，当电荷累积在在深度方向上远离基板的表面的区域中时，利用由形成在基板的表面的栅电极施加的电场，难以对累积的电荷施加充足的电势变化。因此，存在产生残像的风险。图3示出了上述单位像素200的等价电路。光电二极管H)连接到电荷读出晶体管Trl的源极，电荷读出晶体管Trl的漏极连接到复位晶体管Tr2的源极。复位晶体管Tr2 的漏极连接到放大器晶体管Tr3的漏极。放大器晶体管Tr3的源极连接到垂直选择晶体管 Tr4的漏极。此外，与电荷读出晶体管Trl和复位晶体管Tr2之间的连接点对应的浮动扩散(FD)连接到放大器晶体管Tr3的栅极。垂直选择晶体管Tr4的源极连接到垂直信号线 221。垂直读脉冲Φ TG被施加到电荷读出晶体管Trl的栅极。复位脉冲Φ R被施加到复位晶体管Tr2的栅极。垂直选择脉冲Φ SEL被施加到垂直选择晶体管Tr4的栅极。
发明内容
如上所述，提出了用于防止由于固态成像装置中的像素尺寸减小导致的饱和电荷量和灵敏度下降的各种方法。然而，最近，像素尺寸被进一步减小，并且难以获得充足的饱和电荷量。在如在日本未审专利申请公报No. 2005-223084中描述的结构中一样地利用嵌入式栅电极的情况下，执行硅半导体基板的选择性蚀刻以形成嵌入式栅电极。因此，期望抑制由于选择性蚀刻中的损坏引起的缺陷而产生的暗电流。因此，期望提供一种增加了饱和电荷量(Qs)并且抑制了暗电流的固态成像装置和该固态成像装置的制造方法。还期望提供一种包括该固态成像装置的电子设备。此外，期望提供一种提高了信号电荷转移效率并且增加了有效像素数目的固态成像装置和包括该固态成像装置的电子设备。如上所述，最近，像素尺寸被进一步减小并且变得难以获得充足的饱和电荷量。在包括垂直电荷读出晶体管的固态成像装置中，如果通过形成通常的未掺杂多晶硅层并且然后通过离子注入而注入杂质来形成垂直栅电极，则难以形成令人满意的栅电极。更具体地讲，杂质主要注入到靠近未掺杂多晶硅层的表面的区域中，并且难以在深度方向上均匀地将杂质注入层中。因此，当对垂直读出栅电极施加栅极电压时，在未掺杂多晶硅层的较深区域中出现耗尽，并且变得难以控制深度方向上沟道区域的电势。如果以高注入能量执行离子注入从而使得杂质能到达较深位置，则杂质会被注入到除栅电极以外的区域中。在垂直栅电极由金属制成的情况下，包括在周边电路部分中的MOS晶体管的栅电极也由金属制成。然而，由金属制成的栅电极尤其不适于用作P沟道MOS晶体管的栅电极。 在像素晶体管和包括在周边电路部分中的CMOS晶体管的每个中，执行阈值电压控制。通常，η型杂质掺入多晶硅栅电极被用于η沟道晶体管中，ρ型杂质掺入多晶硅栅电极被用于 P沟道晶体管中。因此，期望提供一种固态成像装置和该固态成像装置的制造方法，该固态成像装置包括具有垂直栅电极的电荷读出晶体管从而能够减小像素尺寸并且能够容易地执行每个晶体管中的沟道区域的电势控制。还期望提供一种包括该固态成像装置的诸如相机的电子设备。根据本发明的实施例的固态成像装置包括基板、多个光电二极管、读出栅电极、暗电流抑制区域以及读沟道区域。光电二极管在基板的深度方向上布置在基板中。读出栅电极是用于读取布置在基板的深度方向上的光电二极管中的信号电荷的垂直读出栅电极，并且嵌入在基板中使得该读出栅电极在基板的深度方向上延伸。暗电流抑制区域包括覆盖读出栅电极的底部和侧表面并且在读出栅电极的侧表面上具有均一厚度的第一导电型半导体区域。读沟道区域被布置在读出栅电极的侧表面上的暗电流抑制区域的一部分与光电二极管之间，并且包括第二导电型半导体区域。在根据本发明的实施例的固态成像装置中，由布置在基板的深度方向上的光电二极管累积信号电荷。因此，增加了饱和电荷量。由于通过垂直读出栅电极读取信号电荷，所以能够防止信号电荷的不完全转移。此外，由于读出栅电极的侧表面上的暗电流抑制区域部分具有均一厚度，所以能够减小读特性的变化。提供了一种根据本发明的实施例的固态成像装置的形成方法，包括如下步骤在基板中形成多个光电二极管，使得在基板的深度方向上布置所述光电二极管；在基板上形成掩模层和光刻胶层；通过光刻在光刻胶层中形成图案并且利用形成了图案的光刻胶层作为掩模对掩模层进行蚀刻，从而在掩模层中形成开口，所述开口延伸至基板的表面；通过离子注入经由所述开口将第一导电型杂质注入基板中；通过离子注入经由所述开口在与注入了第一导电型杂质的区域相比更靠近基板的表面的区域中将第二导电型杂质注入到基板中；去除光刻胶层；在包括所述开口的内表面的掩模层的表面上形成第一侧壁间隔物，从而减小所述开口的直径；通过离子注入经由直径已减小的开口将第一导电型杂质注入到基板中；在直径已减小的开口的内表面上形成第二侧壁间隔物，从而进一步减小所述开口的直径；利用直径已减小的开口作为掩模对基板进行蚀刻，从而在与所述光电二极管相邻的位置形成沟部；形成覆盖所述沟部的底部和侧表面的栅极绝缘膜；以及通过对形成有栅极绝缘膜的沟部填入电极材料，形成读出栅电极。在根据本发明的实施例的固态成像装置的形成方法中，形成通过离子注入而注入期望杂质的区域和沟部，同时逐步减小开口的直径。因此，注入杂质的区域与沟部自对准。 因此，不需要执行掩模对准处理，就可以执行将杂质注入预定区域的离子注入处理和形成沟部的处理。结果，能够以高精度形成读出栅电极和栅电极周围的半导体区域。根据本发明的实施例的电子设备包括光学透镜、固态成像装置和信号处理电路。 固态成像装置包括基板、多个光电二极管、读出栅电极、暗电流抑制区域和读沟道区域。光电二极管在基板的深度方向上布置在基板中。读出栅电极是用于读取在基板的深度方向上布置的光电二极管中的信号电荷的垂直读出栅电极并且被嵌入在基板中使得读出栅电极在基板的深度方向上延伸。暗电流抑制区域包括覆盖读出栅电极的底部和侧表面并且在读出栅电极的侧表面上具有均匀厚度的第一导电型半导体区域。读沟道区域布置在读出栅电极的侧表面上的暗电流抑制区域与光电二极管之间， 并且包括第二导电型半导体区域。在根据本发明的实施例的电子设备中，光入射在光学透镜上并且通过固态成像装置转换成信号电荷。这样获得的信号电荷经由信号处理电路输出作为视频信号。在固态成像装置中，通过在基板的深度方向上布置的多个光电二极管累积信号电荷。因此，增加了饱和电荷量。由于通过垂直读出栅电极读取信号电荷，所以能够防止信号电荷的不完全转移。 此外，由于在读出栅电极的侧表面上形成的暗电流抑制区域的部分具有均匀厚度，所以能够减小读特性的变化。根据本发明的另一个实施例的固态成像装置包括基板和像素，所述像素包括在基板的深度方向上布置在基板中的多个光电二极管、平面型栅电极和垂直栅电极。平面型栅电极是用于读取光电二极管中的靠近基板的表面的一个光电二极管中的信号电荷的栅电极并且设置在基板的表面上。垂直栅电极是用于读取光电二极管中的布置在相对于基板的表面的较深位置处的一个光电二极管中的信号电荷的栅电极并且嵌入在基板中使得该垂直栅电极在基板的深度方向上延伸。该固态成像装置还包括将多个光电二极管彼此分离并且位于这些光电二极管之间的光电二极管分离区域。在根据本发明的实施例的固态成像装置中，光电二极管布置在基板的深度方向上，并且通过平面型栅电极读取在光电二极管中的靠近基板的表面的一个光电二极管中累积的信号电荷。此外，通过垂直栅电极读取在光电二极管中的布置在相对于基板的表面较深位置处的一个光电二极管中累积的信号电荷。根据本发明的另一个实施例的电子设备包括光学透镜、固态成像装置和信号处理电路。该固态成像装置包括基板和像素，所述像素包括在基板的深度方向上布置在基板中的多个光电二极管、平面型栅电极和垂直栅电极。平面型栅电极是用于读取光电二极管中的靠近基板的表面的一个光电二极管中的信号电荷的栅电极并且设置在基板的表面上。垂直栅电极是用于读取光电二极管中的布置在相对于基板的表面的较深位置处的一个光电二极管中的信号电荷的栅电极并且嵌入在基板中使得该垂直栅电极在基板的深度方向上延伸。该固态成像装置还包括将多个光电二极管彼此分离并且位于这些光电二极管之间的光电二极管分离区域。在根据本发明的实施例的电子设备中，光入射在光学透镜上并且通过固态成像装置转换成信号电荷。这样获得的信号电荷经由信号处理电路输出作为视频信号。在包括在电子设备中的固态成像装置中，在基板的深度方向上布置多个光电二极管，并且通过平面型栅电极读取在光电二极管中的靠近基板的表面的一个光电二极管中累积的信号电荷。此外，通过垂直栅电极读取在光电二极管中的布置在相对于基板的表面较深位置处的一个光电二极管中累积的信号电荷。根据本发明的另一个实施例的固态成像装置包括基板；嵌入在基板中的光电二极管；电荷读出晶体管的垂直栅电极，用于读取所述光电二极管中的信号电荷，所述垂直栅电极嵌入在基板中使得所述垂直栅电极在基板的深度方向上延伸；以及另一个晶体管的平面型栅电极，所述平面型栅电极由与所述垂直栅电极的电极材料不同的电极材料制成。在根据本发明的实施例的固态成像装置中，电荷读出晶体管的垂直栅电极与另一个晶体管的平面型栅电极由不同的电极材料制成。因此，电荷读出晶体管的垂直栅电极可以形成为使其特性在深度方向上一致。此外，能够形成具有期望特性的栅电极作为平面型栅电极，而不受垂直栅电极的电极材料的限制。根据本发明的另一个实施例的固态成像装置的制造方法，包括如下步骤通过在设置在基板的表面上的第一抛光阻挡层中形成沟部来形成元件分离区域；在第一抛光阻挡层上形成第二抛光阻挡层；在第一和第二抛光阻挡层中形成沟部并且对所述沟部填入与包括垂直栅极的晶体管不同的晶体管的平面型栅电极材料，使得栅极绝缘膜插入在所述平面型栅电极材料与所述沟部的内表面之间；经由在第一和第二抛光阻挡层中形成的沟部，在与在第一和第二抛光阻挡层中形成其它沟部的位置不同的位置处在基板中形成垂直沟部， 并且对所述垂直沟部填入电荷读出晶体管的垂直栅电极材料，使得栅极绝缘膜插入在所述垂直栅电极材料与所述垂直沟部的内表面之间，所述垂直栅电极材料与所述平面型栅电极材料具有不同的特性；沿着第二抛光阻挡层将所述平面型栅电极材料与所述垂直栅电极材料一起进行平坦化；通过去除第一和第二抛光阻挡层，形成垂直栅电极和平面型栅电极； 以及通过离子注入形成光电二极管从而使该光电二极管嵌入在基板中。在根据本发明的实施例的固态成像装置的制造方法中，电荷读出晶体管的垂直栅电极和另一个晶体管的平面型栅电极中的每个可以由具有期望特性的栅电极形成，而不受垂直栅电极和平面型栅电极中的另一个的电极材料的限制。根据本发明的另一个实施例的电子设备包括光学透镜；固态成像装置；以及信号处理电路，其对由所述固态成像装置获得的输出信号进行处理。所述固态成像装置包括 基板；嵌入在基板中的光电二极管；电荷读出晶体管的垂直栅电极，用于读取所述光电二极管中的信号电荷，所述垂直栅电极嵌入在基板中使得所述垂直栅电极在基板的深度方向上延伸；以及另一个晶体管的平面型栅电极，所述平面型栅电极由与所述垂直栅电极的电极材料不同的电极材料制成。在根据本发明的实施例的电子设备中，由于包括了上述的固态成像装置，所以电荷读出晶体管的栅电极和另一个晶体管的栅电极中的每个能够由具有期望特性的栅电极形成，而不受它们之中的另一个栅电极的电极材料的限制。根据本发明的至少一个实施例，提供了一种固态成像装置，其中，能够增加每个单位像素中的饱和电荷量(Qs)并且能够抑制暗电流的产生从而能够防止白缺陷。根据本发明的至少一个实施例的固态成像装置的制造方法，能够制造固态成像装置，其中，能够以高精度形成暗电流抑制区域和读沟道区域并且抑制暗电流的产生从而能够防止白缺陷。在根据本发明的至少一个实施例的电子设备中，由于包括了上述的固态成像装置，所以能够提高灵敏度并且能够提高图像质量。此外，在根据本发明的至少一个实施例的固态成像装置中，根据光电二极管的深度确定用于读取累积在位于基板中的光电二极管中的信号电荷的栅电极。因此，能够防止信号电荷的不完全转移。换言之，能够增加传输效率。此外，由于将光电二极管彼此分离地布置在基板中，所以能够在一个像素中检测多个颜色。因此，能够增加有效像素数。此外，在根据本发明的至少一个实施例的固态成像装置中，电荷读出晶体管的栅电极具有垂直结构从而能够减小像素尺寸，并且能够使每个晶体管中的沟道区域的电势控制变容易。
图I是根据现有技术的固态成像装置的示例的示意性截面图；图2是根据现有技术的固态成像装置的另一示例的示意性截面图；图3是单位像素的等价电路图；图4是根据现有技术的固态成像装置的另一示例的主要部分的示意性截面图；图5是示出根据第一到第八实施例的固态成像装置的整体结构的示意图；图6是根据本发明的第一实施例的固态成像装置的主要部分的示意性截面图；图7是根据本发明的第一实施例的固态成像装置的平面布局图8A到8D是示出了根据本发明的第一实施例的固态成像装置的制造步骤的图9E到9J是示出了根据本发明的第一实施例的固态成像装置的制造步骤的图10是示出了根据本发明的第二实施例的电子设备的结构的示意图11是根据本发明的第三实施例的固态成像装置的主要部分的平面布局图12是沿线XII-XII剖开的图11的截面图13是沿线XIII-XIII剖开的图11的截面图14是根据本发明的第四实施例的固态成像装置的主要部分的平面布局图15是沿线XV-XV剖开的图14的截面图16是沿线XVI-XVI剖开的图14的截面图17是根据本发明的第五实施例的固态成像装置的主要部分的平面布局图18是沿线XVIII-XVIII剖开的图17的截面图19是沿线XIX-XIX剖开的图17的截面图20是根据本发明的第六实施例的固态成像装置的主要部分的平面布局图21是沿线XXI-XXI剖开的图20的截面图22是沿线XXII-XXII剖开的图20的截面图23是根据本发明的第七实施例的固态成像装置的主要部分的平面布局图24是沿线XXIV-XXIV剖开的图23的截面图25是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图26是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图27是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图28是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图29是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图30是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图31是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图32是示出了根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法的制造步骤的图33是图31所示的区域XXXIII的放大截面图34是图31所示的区域XXXIV的放大截面图；以及
图35是示出本发明的实施例的截面图。
具体实施方式
将参照图5到图35描述本发明的实施例。
第一实施例固态成像装置的整体结构首先，将参照图5描述根据本发明的第一实施例的作为CMOS图像传感器的CMOS 固态成像装置的整体结构。在下面说明中，参考标号I和101指示固态成像装置，2指示像素，2a指示第一像素，2b指示第二像素，3指示图像拾取区域(像素部分)，4指示垂直驱动电路，5指示列信号处理电路，6指示水平驱动电路，7指示输出电路，8指示控制电路，9指示垂直信号线，10 指示水平信号线，11和20指示基板，21指示ρ+型半导体区域，22指示η+型半导体区域， 23指示ρ+型半导体区域，24指示η+型半导体区域，25指示η型半导体区域，26指示垂直读出栅电极，27指示栅极绝缘膜，28指示读沟道区域，29和30指示暗电流抑制区域，31指示复位电极，32和34指示源极-漏极区域，33指示放大器栅电极，35指示像素分离区域。参考标号31、33、87和88指示平面型栅电极。图5所示的固态成像装置I包括图像拾取区域3和图像拾取区域3的周边电路， 在图像拾取区域3中在Si基板11上布置有多个像素2。这些周边电路包括垂直驱动电路
4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8。每个像素2包括光电二极管(光电转换元件)和MOS晶体管。像素2以二维规则阵列模式布置在基板11上。图像拾取区域3包括以二维规则阵列模式布置的像素2。图像拾取区域3包括有效像素区域和在有效像素区域周围布置的黑基准像素区域，其中，在有效像素区域中可以累积通过光电转换产生的信号电荷，黑基准像素区域输出用作黑电平基准的光学黑。根据本实施例的固态成像装置I包括像素部分(图像拾取区域)3，在像素部分3 中，每个均包括光电转换元件的多个像素2以二维规则模式布置在诸如硅基板的半导体基板20上。固态成像装置I还包括周边电路部分。每个像素2包括诸如光电二极管的光电转换元件和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。这些像素晶体管可以包括三个晶体管， 它们例如是电荷读出晶体管、复位晶体管和放大器晶体管。这些像素晶体管还可以包括选择晶体管。在这种情况下，总共设置了四个晶体管。多个像素可以共用一组的像素晶体管。 在这种情况下，设置与像素数目相同的数目的电荷读出晶体管，而对于多个像素2设置一个复位晶体管、一个放大器晶体管和一个垂直选择晶体管。周边电路部分包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路 7和控制电路8。控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟，产生时钟信号、控制信号等。这样产生的时钟信号、控制信号等用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作的基准。控制电路8产生的时钟信号、控制信号等被输入给垂直驱动电路4、 列信号处理电路5和水平驱动电路6。垂直驱动电路4例如包括移位寄存器，并且在垂直方向上顺序地执行图像拾取区域3中的像素2的行的选择性扫描。因此，根据接收到的光量由包括在像素2中的光电二极管产生的基于信号电荷的像素信号通过各个垂直信号线9提供给相应的列信号处理电路5。针对像素2的各列设置列信号处理电路5。当来自某行中的像素2的信号被提供时，列信号处理电路5基于从在有效像素区域周围布置的黑基准像素区域(未示出)获得的信号，对从各列获得的信号执行诸如降噪处理和信号放大处理的信号处理。水平选择开关(未示出)设置在水平信号线10与列信号处理电路5的输出端子之间。水平驱动电路6例如包括移位寄存器，并且顺序地输出水平扫描脉冲以顺序地选择列信号处理电路5。因此，由列信号处理电路5获得的像素信号被顺序地输出到水平信号线10。输出电路7对经由水平信号线10从列信号处理电路5顺序地提供的信号执行信号处理，然后输出处理后的信号。根据第一实施例的固态成像装置具有图5所示的固态成像装置I的结构。将描述包括在固态成像装置I的有效图像拾取区域中的像素2的截面结构。在上述固态成像装置是背照式(光入射在基板的背表面上)的情况下，多个布线层设置在形成有像素部分3和周边电路部分的半导体基板的前表面上方，层间绝缘膜插入在它们之间。半导体基板的背表面用作光入射表面(光接收表面)。片上滤色器形成于像素部分3中的背表面的下方，平坦化层插入在背表面与片上滤色器之间，并且片上微透镜形成在片上滤色器上。在上述固态成像装置是前照式(光入射在基板的前表面上)的情况下，多个布线层设置在形成有像素部分3和周边电路部分的基板的前表面上方，层间绝缘膜插入在它们之间。片上滤色器形成在像素部分3中的多个布线层的上方，平坦化层插入多个布线层与片上滤色器之间，并且片上微透镜形成在片上滤色器上。固态成像装置的结构图6示出了根据第一实施例的固态成像装置。图6是根据本实施例的固态成像装置I的图像拾取区域3的示意性截面图。在图6中,Trl指示电荷读出晶体管,Tr2指示复位晶体管,Tr3指示放大器晶体管, PD(PDLPD2)指示光电二极管。根据本实施例的固态成像装置I包括基板20、在基板20中形成的光电二极管ro、用于读取由光电二极管ro获得的信号电荷的像素晶体管、以及用于驱动像素晶体管的布线层47。在下面的说明中，ρ型半导体区域用作第一导电型半导体区域，η型半导体区域用作第二导电型半导体区域。当内部的η型杂质浓度相对低时，η型半导体区域称作η型半导体区域；当内部的η型杂质浓度相对高时，η型半导体区域称作η+型半导体区域。相似地，当内部的P型杂质浓度相对低时，P型半导体区域称作P型半导体区域；当内部的P型杂质浓度相对高时，P型半导体区域称作ρ+型半导体区域。在本实施例中，固态成像装置I 是前照式，其中光L入射在基板20的前表面上。基板20是由ρ型半导体制成的硅基板。针对图5所示的各个像素2设置光电二极管ro，并且这些光电二极管ro以矩阵模式沿着垂直方向和水平方向布置在基板20中。光电二极管ro用作像素2中的用于接收光的光接收部分。在每个像素2中，在深度方向上布置具有pn结jl和j2的多个光电二极管，pn结jl和j2是ρ型和η型半导体区域的接合部。在本实施例中，设置了第一光电二极管PDl和第二光电二极管TO2。更具体地讲，从基板20的表面开始按顺序设置ρ+型半导体区域21、η+型半导体区域22、ρ+型半导体区域23、η+型半导体区域24和η型半导体区域25。第一光电二极管roi由P+型半导体区域21与η+型半导体区域22之间的pn结jl 形成，并且第二光电二极管Η)2由顺序地布置在第一光电二极管PDl的下方的ρ+型半导体区域23与η+型半导体区域24之间的pn结j2形成。在具有上述结构的光电二极管H)中，光L入射在用作光接收部分的光电二极管ro 上，并且通过光电二极管ro进行光电转换。作为光电转换的结果获得信号电荷，并且这些信号电荷累积在由Pn结jl形成的势阱中。针对每个像素2，像素晶体管包括电荷读出晶体管Trl、复位晶体管Tr2和放大器晶体管Tr3。电荷读出晶体管Trl包括读出栅电极26和浮动扩散区域FD，读出栅电极26与针对每个像素2设置的光电二极管ro相邻而置。读出栅电极26是通过在从基板20的表面开始在深度方向上延伸的沟部50中填入电极材料从而使栅极绝缘膜27插入在读出栅电极26与沟部50的内表面之间而形成的柱状垂直栅电极。在垂直读出栅电极26的顶部形成用于提供与布线的连接的平面型电极部分(提取电极部分)26a。读出栅电极26在基板20中垂直延伸，从而使读出栅电极26的底部处于深于形成第二光电二极管Η)2的pn结j2的位置。读出栅电极26的侧表面和底部分别被由P型半导体区域形成的暗电流抑制区域 29和30以及栅极绝缘膜27覆盖。设置在读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29 在读出栅电极26的整个外周上具有恒定厚度。在设置在读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29周围形成由η型半导体区域形成的读沟道区域28。在本实施例中，读沟道区域28覆盖设置在读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29的整个区域。读沟道区域28在其一侧与形成第一和第二光电二极管PDl和PD2的pn结jl和j2分别接触。读沟道区域28在其另一侧还与在基板20的表面中形成的浮动扩散区域FD接触。浮动扩散区域FD由高杂质浓度η+型杂质区域形成于基板20的表面中，并且被定位为使浮动扩散区域FD在垂直读出栅电极26的和读沟道区域28与光电二极管H)接触的一侧相对的一侧、与读沟道区域28接触。累积在光电二极管H)中的信号电荷被读出到浮动扩散区域FD。在电荷读出晶体管Trl中，当对读出栅电极26施加正电压时，读沟道区域28的电势改变从而光电二极管ro电连接到浮动扩散区域FD。在根据本实施例的固态成像装置101中，像素分离区域35形成于半导体基板20 中，半导体基板20是第一导电型，例如，ρ型硅半导体基板。均包括光电二极管ro和像素晶体管的多个单位像素2形成在由于像素分离区域35而彼此分离的区域中。在每个单位像素2中，用作光电转换元件的光电二极管ro(PDl和TO2)以层状形成在半导体基板20中，并且电荷读出晶体管Trl形成为垂直晶体管。通过在半导体基板20 的深度方向上交替布置η型半导体区域(第二导电型半导体区域)与P型半导体区域(第一导电型半导体区域)的层，形成光电二极管ro (PDl和PD2)。参照图6，每个像素分离区域35例如可以由ρ型半导体区域形成。另选地，与下面描述的制造方法一样，每个像素分离区域35也可以由设置在基板20上并且厚于栅极绝缘膜的绝缘膜和直接在该绝缘膜下方形成的P型半导体区域形成。尽管附图中没有示出，但是设置在每个像素中的元件分离区域还具有与像素分离区域35的结构相似的结构。
在每个单位像素2的垂直电荷读出晶体管Trl中，垂直沟部50形成在半导体基板 20中，使得沟部50在深度方向上垂直延伸，并且柱状读出栅电极26被布置在垂直沟部50 中，栅极绝缘膜27插入在读出栅电极26与垂直沟部50的内表面之间。读出栅电极26在顶部包括提取电极部分26a，并且提取电极部分26a沿基板20的表面突出。由η型半导体区域形成的浮动扩散区域FD形成在基板20的表面中的靠近平面型电极部分26a的突出区域的位置。电荷读出晶体管Trl设置在光电二极管H)(PD1和TO2)的端部。垂直电荷读出晶体管Tr I包括光电二极管H)、浮动扩散区域FD和垂直读出栅电极 26，其中，垂直读出栅电极26形成在基板20中的光电二极管H)与浮动扩散区域FD之间的位置，使得栅极绝缘膜27插入在读出栅电极26与上述的区域H)和FD之间。第一光电二极管PDl包括ρ+型半导体区域21和位于ρ+型半导体区域21下方的 η+型半导体区域22，使得pn结形成在靠近基板20的表面的位置。第二光电二极管PD2包括P+型半导体区域23、位于ρ+型半导体区域23下方的η+型半导体区域24和位于η+型半导体区域24的下方的η型半导体区域25，使得pn结形成在第一光电二极管PDl下方的位置。读出栅电极26在垂直方向上延伸，使得读出栅电极26的底端到达深于形成第二光电二极管Η)2的pn结的位置。读出栅电极26的侧表面和底部分别被由P型半导体区域形成的暗电流抑制区域 29和30以及栅极绝缘膜27覆盖。设置在读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29 在读出栅电极26的整个外周上具有恒定厚度。在设置在读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29周围形成由η型半导体区域形成的沟道区域28。在本实施例中，沟道区域 28覆盖设置在读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29的整个区域。沟道区域28 在其一侧与形成第一和第二光电二极管PDl和TO2的pn结分别接触。沟道区域28在其另一侧还与形成在基板20的表面中的浮动扩散区域FD接触。浮动扩散区域FD由高杂质浓度η+型杂质区域形成在基板20的表面中，并且被定位为使浮动扩散区域FD在垂直读出栅电极26的和沟道区域28与光电二极管H)接触的一侧相对的一侧、与沟道区域28接触。复位晶体管Tr2包括浮动扩散区域FD、n型源极-漏极区域32和形成在基板上方的平面型复位栅电极31，栅极绝缘膜27在上述区域FD与32之间的位置插入在平面型复位栅电极31和基板之间。放大器晶体管Tr3包括η型源极-漏极区域32、另一个η型源极-漏极区域34以及形成在基板上方的平面型放大器栅电极33，栅极绝缘膜27在上述的区域32与34之间的位置插入在平面型放大器栅电极33和基板之间。尽管附图中没有示出，但是如果需要还可以形成垂直选择晶体管。此外，尽管附图中没有示出，但是例如形成逻辑电路的CMOS晶体管包括在在像素部分周围布置的周边电路部分中。η沟道MOS晶体管包括安置在ρ型半导体区域中的一对 η型源极-漏极区域以及形成在基板上方的平面型栅电极，其中，栅极绝缘膜在这两个源极-漏极区域之间的位置插入在平面型栅电极和基板之间。ρ沟道MOS晶体管包括安置在 η型半导体区域中的一对ρ型源极-漏极区域以及形成在基板上方的平面型栅电极，其中， 栅极绝缘膜在这两个源极-漏极区域之间的位置插入在平面型栅电极和基板之间。
如上所述,每个像素2包括光电二极管F1D以及诸如电荷读出晶体管Trl、复位晶体管Tr2和放大器晶体管Tr3的期望像素晶体管。形成在基板20上的像素2通过像素分离区域35被彼此分离。布线层47形成在基板20上方的光电二极管H)和像素晶体管形成在像素部分中的区域以及设置有周边电路部分的区域中，其中，在布线层47中形成有包括电源线36的多个布线38，并且层间绝缘膜37插入在这些布线之间。在上述的固态成像装置101中，光L入射在基板20的前表面上并且被光电二极管 H)接收。因此，尽管在附图中没有示出，但是在置于基板20上方的布线层47上设置片上滤色器，并且片上透镜形成在片上滤色器上的与像素2对应的位置。根据本实施例，包括在电荷读出晶体管Trl中的垂直读出栅电极26由与其它栅电极的材料不同的的电极材料制成。换言之，垂直读出栅电极26由与分别包括在像素晶体管 Tr2和Tr3中的平面型复位栅电极31和平面型放大器栅电极33的材料不同并且与包括在安置在周边电路部分中的CMOS晶体管中的平面型栅电极的材料也不同的电极材料制成。垂直读出栅电极26和平面型栅电极可以由具有不同工作函数的电极材料形成。为了抑制嵌入的电极材料的耗尽，垂直读出栅电极26由杂质注入(杂质掺入)后的硅形成，其中，利用通过将掺杂质气体与源气体进行混合获得的所谓的杂质混合气体，通过化学气相沉积(CVD)形成所述杂质注入后的硅。例如，在原处掺入磷(P) (η型杂质)的多晶硅或非晶硅可以用作垂直读出栅电极26的电极材料。与之相对，通过形成一层非掺杂的非晶硅或多晶硅然后对该层掺入期望导电型的杂质，形成平面型栅电极。例如，通过对非掺杂的硅掺入η型杂质形成η沟道晶体管的栅电极，并且通过对非掺杂的硅掺入P型杂质形成P沟道晶体管的栅电极。因此，形成了平面型栅电极。为了实现高速操作，垂直读出栅电极26以外的平面型栅电极优选具有可以在 ±0.3V内进行控制的阈值电压。因此，平面型栅电极可以由具有与垂直读出栅电极26的材料不同的工作函数的栅电极材料制成。例如，平面型栅电极可以由例如掺硼的硅或诸如 TiN、HfSi或W的金属材料制成。换言之，平面型栅电极可以由诸如上述电极材料的电极材料制成，这些电极材料允许对η沟道/p沟道MOS晶体管的每个进行阈值电极控制并且可以抵消栅电极与例如由A10、HfO或TaO制成的高介电常数栅极绝缘膜之间的工作函数差。垂直读出栅电极26可以由掺入第一导电型杂质或第二导电型杂质的掺杂硅形成。例如，读出栅电极26可以由掺入磷⑵或硼⑶的多晶硅或非晶硅形成。垂直读出栅电极26可以由在原处掺入硼的非晶硅或具有与P型材料的工作函数对应的工作函数的金属制成。在这种情况下，可以获得减小垂直读出栅电极26的表面的电子密度的自对准功能，从而能够抑制暗电流的产生。在这个结构中，读出栅电极26可以挨着在由η型半导体形成的沟道区域布置，并且栅极绝缘膜27插入在它们之间。因此，能够省去暗电流抑制区域29和30。垂直读出栅电极26的提取电极部分26a、其它平面型栅电极31、33、87和88以及栅电极布线(未示出)被形成为使它们的顶表面处于同一平面。还可以从平面型栅电极 31、33、87和88连续形成栅电极布线。固态成像装置的操作现在将描述固态成像装置101的操作。
光L入射在图6所示的固态成像装置101的前表面上，即片上透镜(未示出)上。 光L被片上透镜收集并通过滤色器(未示出)入射在光电二极管H)上。入射在光电二极管H)上的光由每个像素2中的第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2进行光电转换，由此产生了信号电荷。产生的信号电荷累积在包括在第一光电二极管HH中的η+型半导体区域22中或者包括在第二光电二极管Η)2中的η+型半导体区域24中。读出栅电极26的底部和侧表面与暗电流抑制区域29和30相邻而置，并且栅极绝缘膜27插入在它们之间。在累积信号电荷的过程中，对读出栅电极26施加负电压。因此， 在沟道区域28的边界面处出现沟部钉扎(trench pinning)，并且在累积信号电荷的过程中，可以将从读出栅电极26进入暗电流抑制区域29和30的暗电流噪声限制在暗电流抑制区域29和30中。因此，能够减小到达第一光电二极管PDl和第二光电二极管TO2的暗电流。在累积信号电荷的过程中，如果累积在第一光电二极管roi中的信号电荷超过饱和电荷量(Qs)并且溢出，则过剩信号电荷经由沟道区域28被转移到第二光电二极管TO2。 相似地，如果累积在第二光电二极管Η)2中的信号电荷溢出，则过剩信号电荷被转移到第一光电二极管roi。因此,如果信号电荷超过光电二极管之一中的饱和电荷量,则过剩信号电荷溢出并且被转移到另一光电二极管。结果，可以增加光电二极管ro的总饱和电荷量 (Qs)。因此，沟道区域28用作第一光电二极管PDl与第二光电二极管PD2之间的区域中的溢出屏障区域。在信号电荷累积后，对读出栅电极26施加正电压。当沟道区域28的电势降低时， 累积在第一光电二极管PDl和第二光电二极管Η)2中的信号电荷经由沟道区域28同时读出到浮动扩散区域FD。在该过程后执行的驱动方法与通常的固态成像装置的驱动方法相似。更具体地讲，信号电荷被转移到浮动扩散区域FD，并且根据在浮动扩散区域FD中引起的电压变化对放大器晶体管Tr3中的放大器栅电极33施加电压。因此,放大并输出了与信号电荷对应的信号输出。然后，当对复位栅电极31施加正电压时，复位晶体管Tr2导通并且浮动扩散区域 FD中的电压被复位为与施加到源极-漏极区域32的电源电压相同的电压。图7示出了包括在根据本实施例的固态成像装置I中的像素2的平面布局结构。 如图7所示，在根据本实施例的固态成像装置I中，针对包括在每个像素中的光电二极管ro 设置一个电荷读出晶体管Trl，而彼此相邻而置的四个像素2共用一个浮动扩散区域FD。复位晶体管Tr2包括浮动扩散区域H)、源极-漏极区域32、以及复位栅电极31。如上所述构成浮动扩散区域FD。在与浮动扩散区域FD分离的位置处在基板20的表面中由η+半导体区域形成源极-漏极区域32。源极-漏极区域32连接到提供电源电压的电源线36。复位栅电极31形成在基板20的上方，并且栅极绝缘膜27在浮动扩散区域FD与源极-漏极区域32之间的位置插入在复位栅电极31与基板20之间。复位栅电极31的一端被定位为与浮动扩散区域H)相邻，并且另一端被定位为与源极-漏极区域32相邻。在复位晶体管Tr2中，当对复位栅电极31施加正电压时，沟道区域形成在基板20中的复位栅电极31下方的位置。这样形成的沟道区域用来将浮动扩散区域FD与源极-漏极区域32彼此电连接。放大器晶体管Tr3包括源极-漏极区域32和34以及放大器栅电极33。如上所述构成源极-漏极区域32。在与源极-漏极区域32分离的位置在基板20的表面中由η+半导体区域形成源极_漏极区域34。放大器栅电极33形成在基板20的上方，并且栅极绝缘膜27在源极-漏极区域32 与源极-漏极区域34之间的位置插入在栅电极33与基板20之间。放大器栅电极33的一端被定位为与源极-漏极区域32相邻，并且另一端被定位为与源极-漏极区域34相邻。在放大器晶体管Tr3中，根据当信号电荷被读出到浮动扩散区域FD时在浮动扩散区域FD中引起的电压变化对放大器栅电极33施加电压。当对放大器栅电极33施加电压时，沟道区域形成在基板20中的放大器栅电极33下方的位置。这样形成的沟道区域用来将源极-漏极区域32与34彼此电连接。尽管附图中没有示出，但是如果需要还可以形成垂直选择晶体管。如上所述，每个像素2包括光电二极管H)以及诸如电荷读出晶体管Trl、复位晶体管Tr2和放大器晶体管Tr3的期望像素晶体管。在基板20上形成的像素2通过像素分离区域35被彼此分离。在基板20的上方在形成光电二极管H)和像素晶体管的区域中形成布线层47，在布线层47中形成包括电源线36的多个布线38，并且层间绝缘膜37插入在多个布线38之间。在上述的固态成像装置I中，光L入射在基板20的前表面上并且被光电二极管H) 接收。因此，尽管附图中没有示出，但是在置于基板20上方的布线层47上设置片上滤色器， 并且在片上滤色器上的与像素2对应的位置形成片上透镜。固态成像装置的制造方法将参照图8A到8D以及9E到9J描述固态成像装置I的制造方法。将描述像素尺寸例如是0.9μπι的情况。具体地讲，将详细描述形成读出栅电极26的制造步骤。除了形成读出栅电极26的步骤以外的制造步骤可以与根据现有技术的固态成像装置的制造方法的步骤相似。形成读出栅电极26的制造步骤通常在形成光电二极管H)的制造步骤之后执行。在本实施例中，在基板20的表面中形成包括在光电二极管H)中的ρ+型半导体区域21 的步骤之前，执行形成读出栅电极26的制造步骤。在本实施例中描述的制造步骤中，假定 在距离基板20的表面大约O. I μ m的深度形成第一光电二极管PDl的pn结jl，并且在距离基板20的表面大约O. 5 μ m的深度形成第二光电二极管TO2的pn结j2。首先，如图8A所示，在基板20上形成用作栅极绝缘膜27的厚度为5nm的二氧化硅膜(SiO2)。然后，在栅极绝缘膜27上形成厚度为IOOnm的氮化硅膜(SiN) 41,并且在氮化硅膜 41上形成厚度为I μ m的二氧化硅膜(SiO2) 42。氮化硅膜41和二氧化硅膜42形成当对基板20进行离子注入时的掩模层40。然后,在二氧化娃膜42上形成厚度为O. 6 μ m的光刻胶层43。通过光刻对光刻胶层43进行曝光和显影，从而在光刻胶层43中形成图案。在本实施例中，在光刻胶层43中形成直径为O. 3μπι的圆形开口 44a。开口 44a的直径根据像素尺寸而不同，并且在本实施例中提及的值仅仅是一个示例。接下来，利用形成了开口 44a的光刻胶层43作为掩模对掩模层40和栅极绝缘膜 27进行蚀刻，直到基板20的表面露出。因此，获得了开口 44b。接下来，如图SB所示，通过经由在栅极绝缘膜27、掩模层40和光刻胶层43中形成的开口 44b的离子注入，将作为用于形成ρ型半导体区域的杂质的硼注入基板20中。掺硼区域被形成为使其距离基板20的表面的深度等于或大于O. 6到O. 8 μ m并且等于或小于 I到1.5μπι。由此，在深于pn结j2的位置形成了掺硼区域。因此，形成了覆盖读出栅电极 26的底部的暗电流抑制区域30。接下来，通过经由开口 44b的离子注入，将作为用于形成η型半导体区域的杂质的磷注入基板20中，使得掺磷区域距离基板20的表面的深度等于或小于O. 6到O. 8 μ m。因此，掺磷区域被形成为延伸到深于pn结j2的位置。这样形成的η型半导体区域用作读沟道区域28。杂质(硼和磷)的离子注入的深度被设置为充分小于光刻胶层43和包括二氧化硅膜42和氮化硅膜41的掩模层40的总厚度。优选的是，掺磷区域被形成为，随着距离基板20的表面的深度减小，磷的杂质浓度增大。接下来，去除光刻胶层43。然后，如图SC所示，在掩模层40的表面上形成厚度为 50nm的二氧化硅膜。这样，形成了第一侧壁间隔物45。由于第一侧壁间隔物45，在掩模层 40中形成的开口 44b的直径减小。结果，形成了直径为O. 2μπι的开口 44c。接下来，通过经由由于第一侧壁间隔物45而减小了直径的开口 44c的离子注入， 将作为用于形成P型半导体区域的杂质的硼注入到基板20中。掺硼区域被形成为使其距离基板20的表面的深度等于或小于O. 8到I μ m。此时，掺硼区域被形成为使得从基板20 的表面开始沿着深度方向，硼的杂质浓度尽可能均匀。这样形成的P型半导体区域用作读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域29。接下来，如图8D所示，在直径由于第一侧壁间隔物45而减小的开口 44c的内壁表面上形成厚度为50nm的二氧化硅膜。因此，形成了第二侧壁间隔物46。由于第一侧壁间隔物45而减小的开口 44c的直径因第二侧壁间隔物46而进一步减小。结果，形成了直径为 O. Iym 的开口 44d。然后，如图9E所示，通过经由直径由于第二侧壁间隔物46而减小的开口 44d进行干蚀刻，去除在开口 44d的底部形成第一侧壁间隔物45的二氧化硅膜，从而基板20的表面露出。然后，如图9F所示，利用其中形成有直径由于第一侧壁间隔物45和第二侧壁间隔物46而减小的开口 44d的掩模层40作为掩模，将基板20蚀刻到大于I μ m的深度。因此， 获得了用于形成读出栅电极26的沟部50。然后，如图9G所示，作为用于消除损坏的热氧化之前的预处理，通过氟化酸 (fluorinated acid)去除形成掩模层40、第一侧壁间隔物45和第二侧壁间隔物46的二氧
化娃膜。然后，如图9H所示，在沟部50的表面上形成由二氧化硅膜形成的栅极绝缘膜27。 在这个步骤中形成的栅极绝缘膜27对应于读出栅电极26。然后，如图91所示，将形成有栅极绝缘膜27的沟部50和在氮化硅膜41中形成的
20开口 44b填入掺磷的栅电极材料。然后，通过化学机械抛光(CMP)，去除氮化硅膜41上的栅电极材料。然后，如图9J所示，通过热磷酸去除氮化硅膜41。结果，获得了具有期望形状的读出栅电极26。这样形成的根据本实施例的读出栅电极26包括在沟部50中形成的垂直栅电极以及在氮化硅膜41中的开口 44b中形成的平面电极部分26a。平面电极部分26a提供到布线的连接。尽管附图中没有示出，但是当形成读出栅电极26时还形成了诸如复位栅电极31 和放大器栅电极33的期望栅电极。通过上述步骤形成读出栅电极26。然后，执行例如形成光电二极管H)中的位置最靠近基板20的表面的ρ+型半导体区域21的步骤。根据本实施例的固态成像装置I的制造方法，在形成读出栅电极26的过程中，仅仅在在光刻胶层43中形成图案的曝光和显影步骤中利用曝光掩模。然后，由于形成第一侧壁间隔物45和第二侧壁间隔物46，减小了利用光刻胶层43对掩模层40进行蚀刻而形成的开口 44b的直径。由此,形成了直径减小的开口 44c和44d，并且开口 44c和44d用于形成暗电流抑制区域29、读沟道区域28和沟部50。由此，在本实施例中，在形成读出栅电极26 的过程中仅利用了一个曝光掩模，并且当形成暗电流抑制区域29、读沟道区域28、沟部50 等时，它们是自对准的。因此，能够消除掩模未对准的影响。暗电流抑制区域29用来在光电二极管H)中累积电荷的过程中防止不必要的电荷进入光电二极管ro并且产生暗电流。因此，读出栅电极26的侧表面上的暗电流抑制区域 29优选地具有均匀厚度和均匀浓度。如果暗电流抑制区域29的厚度太大，则难以执行有效的栅极偏压控制并且可能会出现所谓的不完全转移。如果暗电流抑制区域29的厚度太小，则可能产生暗电流。暗电流抑制区域29的厚度优选控制在±20nm到±30nm。因此， 在经由难以实现高精度的、现有技术的厚光刻胶层通过离子注入来确定暗电流抑制区域29 的厚度的情况下，存在会出现关于特性变化的严重问题。此外，还期望读沟道区域28的厚度是均匀的，以防止信号电荷的不完全转移。在本实施例中，由于暗电流抑制区域29是自对准的，所以能够消除掩模不对准的影响并且能够使暗电流抑制区域29的厚度均匀。结果，能够抑制暗电流，并且能够防止信号电荷的不完全转移。此外，在本实施例中，读沟道区域28也是自对准的，从而能够消除掩模不对准的影响并且能够使读沟道区域28的厚度均匀。结果，能够防止信号电荷的不完全转移。此外，在本实施例中，在设置光刻胶层43的同时形成要置于读出栅电极26的底部的暗电流抑制区域30。因此，能够通过离子注入将形成暗电流抑制区域30的杂质注入到基板20中的覆盖读出栅电极26的底部的较深区域。此外，在本实施例中，掩模层40具有包括对氟化酸具有选择比的氮化硅膜41和二氧化硅膜42的两层结构，并且在图9G所示的步骤中仅去除二氧化硅膜42。因此，沟部50 和直径大于沟部50的开口 44a自对准，并且通过对沟部50和开口 44a填入电极材料形成读出栅电极26。因此，可以在形成为柱状的垂直栅电极的顶部以高精度形成提供与布线的连接的平面电极部分26a。在本实施例中，读出栅电极26、暗电流抑制区域29和读沟道区域28是自对准的。因此，能够防止由于不对准导致的特性变化并且不需要提供对准裕量。因此，即使当减小像素尺寸时，仍能够以高精度形成读出栅电极26。固态成像装置的驱动方法现在将说明如上所述构造的固态成像装置I的驱动方法。光L入射在图6所示的固态成像装置I的前表面上，即片上透镜(未示出)上。光 L被片上透镜进行收集并且经由滤色器(未示出)入射在光电二极管ro上。入射在光电二极管H)上的光被每个像素2中的第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2进行光电转换，并且由此产生信号电荷。产生的信号电荷累积在在包括在第一光电二极管HH内的pn结j I或包括在第二光电二极管PD2内的pn结j2中形成的势阱中。在根据本实施例的固态成像装置I中，读出栅电极26的底部和侧表面与暗电流抑制区域29和30相邻而置，并且栅极绝缘膜27插入在它们之间。在累积信号电荷的过程中， 对读出栅电极26施加负电压。因此，透过栅极绝缘膜27在读出栅电极26的底部和侧表面钉扎出沟部。因此，获得了对沟部进行钉扎的沟部钉扎状态，并且在累积信号电荷的过程中能够将从读出栅电极26进入暗电流抑制区域29和30的暗电流噪声限制在暗电流抑制区域29和30中。因此，能够减小到达第一光电二极管PDl和第二光电二极管TO2的暗电流。根据本实施例，在累积信号电荷的过程中，如果累积在第一光电二极管roi中的信号电荷超过饱和电荷量(Qs)并且溢出，则过剩信号电荷经由读沟道区域转移到第二光电二极管ro2。相似地，如果累积在第二光电二极管ro2中的信号电荷溢出，则过剩信号电荷转移到第一光电二极管roi。因此,在本实施例中，如果在这两个光电二极管之一中信号电荷超过饱和电荷量，则过剩信号电荷溢出并且被转移到另一个光电二极管。结果，能够增加光电二极管ro的总饱和电荷量(Qs)。在累积信号电荷后，对读出栅电极26施加正电压。因此，降低了沟道区域28的电势。因此，累积在第一光电二极管PDl和第二光电二极管ro2中的信号电荷经由读沟道区域28进行转移并且被同时读出到浮动扩散区域FD。在该处理后执行的驱动方法与普通的固态成像装置相似。更具体地讲，信号电荷被转移到浮动扩散区域FD，并且根据在浮动扩散区域FD中产生的电压变化对放大器晶体管Tr3中的放大器栅电极33施加电压。因此,放大并输出了与信号电荷对应的信号输出。然后，当对复位栅电极31施加正电压时，浮动扩散区域FD和源极-漏极区域32 彼此连接。结果，浮动扩散区域FD被复位到与施加到源极-漏极区域32的电源电压相同的电压。在根据本实施例的固态成像装置I中，在基板20的深度方向上布置包括第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2的光电二极管H)。因此，增加了光电二极管H)的总饱和电荷量(Qs)。结果，能够增加固态成像装置的灵敏度。此外，在根据本实施例的固态成像装置I中，电荷读出晶体管Trl包括在光电二极管ro的深度方向上延伸的垂直读出栅电极26。因此，累积在布置在基板20的深度方向上的第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2中的信号电荷能够完全转移到浮动扩散区域 FD。在根据本实施例的固态成像装置中，设置了两个光电二极管，即第一光电二极管 PDl和第二光电二极管TO2。然而，还可以在深度方向上布置超过两个的光电二极管。即使像素尺寸减小，通过在深度方向上布置多个光电二极管仍能够增加饱和电荷量(Qs)。因此， 可以在增加饱和电荷量和灵敏度的同时减小像素尺寸。因此，本实施例的结构对于减小像素尺寸是有效的。此外，由于能够增加饱和电荷量，所以能够增加动态范围并且能够提高对 t 匕 。在本实施例的固态成像装置I中，第一导电型被设置为ρ型，第二导电型被设置为 η型。然而，第一和第二导电型还可以分别设置为η型和ρ型。在这种情况下，在上述的驱动方法中，施加到每个像素晶体管的电压的符号从正到负以及从负到正地反转。此外，根据本实施例，固态成像装置I被描述为前照式固态成像装置。然而，固态成像装置I还可以是背照式固态成像装置。在根据本实施例的固态成像装置I被构造为背照式的情况下(光入射在基板的背面)，多个布线层设置在形成有图像拾取区域3和周边电路部分的半导体基板的前表面的上方，其中，层间绝缘膜插入在它们之间。半导体基板的背面用作光入射表面(光接收表面)。在图像形成区域3中的像素2的背面的下方形成片上滤色器，并且在片上滤色器上形成片上微透镜，其中平坦化层插入在像素2的背面和片上滤色器之间。在根据本实施例的固态成像装置I中，通过离子注入在基板中掺入η型杂质而形成读沟道区域28。然而，如果浓度比暗电流抑制区域29中的浓度低大约两位数，则也可以由未掺杂区域形成读沟道区域28。第二实施例电子设备现在将描述包括上述的固态成像装置的电子设备。在下面的描述中，将描述将根据第一实施例的固态成像装置I用于相机中的示例。图10是根据本发明的第二实施例的相机的示意性截面图。根据本实施例的相机是能够获取静止图像或运动图像的摄像机的示例。本实施例的相机包括固态成像装置I、光学透镜110、快门装置111、驱动电路112 以及信号处理电路113。光学透镜110将来自物体的像光(入射光)聚焦在固态成像装置I中的图像拾取平面上。因此，在一定的时间段内，在固态成像装置I中累积信号电荷。光学透镜110还可以形成为包括多个光学透镜的光学透镜系统。快门装置111控制固态成像装置I的光接收时间和光阻挡时间。驱动电路112提供用于控制固态成像装置I的转移操作以及快门装置111的快门操作的驱动信号。固态成像装置I响应于从驱动电路112提供的驱动信号(定时信号)执行信号转移操作。信号处理电路113执行各种信号处理操作。通过信号处理操作获得图像信号，并且将图像信号存储在诸如存储器的存储介质中或者输出到监视器。在包括在根据本实施例的相机中的固态成像装置I中，使用在深度方向上布置在基板中的多个光电二极，管能够从单个像素获得多个彩色信号。因此，能够增加有效像素数。此外，还能够增加饱和电荷量(Qs)和灵敏度。因此，根据本实施例，能够减小相机的尺寸并且能够提高图像质量。因此，能够减小电子设备的尺寸，能够提高其分辨率，并且能够提闻图像质量。根据第三到第七实施例的固态成像装置具有图5所示的固态成像装置I的结构。将描述包括在固态成像装置I的有效图像拾取区域中的像素2的截面结构。在下面的说明中，参考标号120指示光接收单元，120a指示第一光接收单元，120b 指示第二光接收单元，121、121a、121b和121c指示浮动扩散区域，122指示第三栅电极，123 指示第二栅电极，124指示第一栅电极，125指示像素晶体管区域，142指示品红色滤色器， 143指示蓝色滤色器，144指示黄色滤色器，145指示绿色滤色器，146指示红色滤色器，147 指示青色滤色器。第三实施例图11是根据本发明的第三实施例的固态成像装置的主要部分的示意性平面图。 图11示出了根据本实施例的固态成像装置的图像拾取区域中的多个像素2(在本实施例中为第一像素2a和第二像素2b)的平面布局。图12是沿线XII-XII剖开的图11的截面图， 图13是沿线XIII-XIII剖开的图11的截面图。根据本实施例的固态成像装置是前照式固态成像装置(光入射在基板的前表面上)。结构说明根据本实施例的固态成像装置包括第一像素2a和第二像素2b。每个第一像素2a 均设置有第一光接收单元120a、第一栅电极124和浮动扩散区域121a。每个第二像素2b 均设置有第二光接收单元120b、第二和第三栅电极123和122以及浮动扩散区域121b。如图12所示，每个第一光接收单元120a均包括在基板126中形成的第一光电二极管roi。第一光电二极管PDi通过光电转换将第一波长范围的光转换成信号电荷。如图13所示，每个第二光接收单元120b均包括在基板126的深度方向上布置的第二光电二极管PD2和第三光电二极管TO3。第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3 通过光电转换分别将第二波长范围的光和第三波长范围的光转换成信号电荷。第二和第三波长范围与第一波长范围具有互补关系。在本实施例中，第一波长范围的光是绿光(G)，第二波长范围的光是蓝光(B)，第三波长范围的光是红光(R)。如图11所示，以棋盘形图案在基板126中布置第一光接收单元120a和第二光接收单元120b。更具体地讲，每个第一光接收单元120a在垂直和水平方向上与第二光接收单元120b相邻而置。相似地，每个第二光接收单元120b在垂直和水平方向上与第一光接收单元120a相邻而置。第一到第三光电二极管PDl到PD3中的每个包括形成在由第一导电型即P型(在本实施例中为P型)半导体制成的基板126中的P+型杂质区域与η+型杂质区域之间的pn 结。现在将详细描述第一到第三光电二极管PDl到TO3的结构。首先，将描述第一像素2a。如图12所示，包括在每个第一光接收单元120a中的第一光电二极管PDl具有两层结构，该两层结构包括由按基板126的表面起的深度顺序的P+型杂质区域132、η+型杂质区域131、η-型杂质区域130、ρ+型杂质区域129、η+型杂质区域128和η-型杂质区域 127形成的两个光电二极管。上层中的光电二极管由位于靠近基板126的表面的位置处的 P+型杂质区域132与η+型杂质区域131之间的pn结jl形成。下层中的光电二极管由位于表面基板126的深处的位置处的ρ+型杂质区域129与η+型杂质区域128之间的pn结j2 形成。形成上层中的光电二极管的Pn结jl布置在距离基板126的表面约O. 1μπ^Ι』0.2μπι的深度处，形成下层中的光电二极管的Pn结j2布置在距离基板126的表面约O. 5μπι到 O. 8μπι的深度处。在第一光电二极管PDl中，分别包括在上层和下层中的光电二极管中的P+型杂质区域132和129在沿倾斜方向彼此相邻而置的两个第一光接收单元120a之间延伸。包括在下层中的光电二极管中的η+型杂质区域128与包括在上层中的光电二极管中的η-型杂质区域130在读出信号电荷的一侧(即在形成第一栅电极124的一侧)彼此电连接。在与ρ+型杂质区域132和129延伸的一侧相对的一侧，在第一光接收单元120a的外周部分形成第一栅电极124。第一栅电极124是通过对在深度方向上从基板126的表面延伸的沟部137填入电极材料使得栅极绝缘膜133插入在第一栅电极124与沟部137的内表面之间而形成的垂直栅电极。沟部137从基板126的表面延伸至大约O. 7 μ m到I. O μ m 的深度。第一栅电极124的底部和第一栅电极124的底部的栅极绝缘膜133的一部分所处的位置深于形成第一光电二极管HH的下层中的光电二极管的pn结j2。在与第一栅电极124相邻的位置处在基板126的表面中由η+型杂质区域形成浮动扩散区域121a。浮动扩散区域121a被在与对应的ρ+型杂质区域132和129延伸的一侧相对的一侧彼此相邻而置的两个第一像素2a共用。在每个第一像素2a中，第一栅电极124和浮动扩散区域121a形成用于读取第一光电二极管roi的信号电荷el的电荷读出晶体管TrI。在基板126的上方在形成有第一光接收单元120a的区域中布置绿色滤色器 145 (仅透过绿光G的单色滤色器)。在基板126的上方在光照侧安置绿色滤色器145，并且在它们之间设置期望布线层(未示出)。接下来，将描述第二像素2b。如图13所示，每个第二光接收单元120b包括在深度方向上布置的第二光电二极管PD2和第三光电二极管Η)3。第二光电二极管PD2从基板126的表面起按深度顺序包括P+型杂质区域140、n+ 型杂质区域139和η-型杂质区域138，并且主要由ρ+型杂质区域140与η+型杂质区域139 之间的Pn结j3形成。在与第二栅电极123相邻的一侧，包括在第二光电二极管Η)2中的 η-型杂质区域138将ρ+型杂质区域140覆盖至它的中间位置。第三光电二极管PD3包括ρ+型杂质区域141、η+型杂质区域136和η-型杂质区域135，这些区域布置在比基板126中的第二光电二极管PD2更深的位置处。第三光电二极管PD3主要由ρ+型杂质区域141与η+型杂质区域136之间的pn结j4形成。与第一光电二极管PDl中的pn结jl相似，形成第二光电二极管PD2的pn结j3布置在距离基板126的表面约O. 14 111到0.24 111的深度处。此外，与第一光电二极管PDl中的 pn结j2相似，形成第三光电二极管Η)3的pn结j4布置在距离基板126的表面约O. 5 μ m 到O. 8μπι的深度处。在第二光接收单元120b的外周部分在基板126的顶面上与第二光电二极管PD2 相邻的位置形成第二栅电极123。第二栅电极123是在基板126的表面上形成的平面型栅电极，其中栅极绝缘膜133插入在它们之间。在第二光接收单元120b的外周边部分在与形成第二栅电极123的一侧相对的一侧形成第三栅电极122，并且第三栅电极122与第三光电二极管PD3相邻而置。第三栅电极122是通过对从基板126的表面起在深度方向上延伸的沟部137填入电极材料使得栅极绝缘膜133插入在第三栅电极122与沟部137的内表面之间而形成的垂直栅电极。沟部137 从基板126的表面延伸至大约O. 7 μ m到I. O μ m的深度。第三栅电极122的底部以及位于第三栅电极122的底部的栅极绝缘膜133的一部分位于比形成第三光电二极管TO3的pn 结j4更深的位置。第三栅电极122的底部以及位于第三栅电极122的底部的栅极绝缘膜133的部分被形成第三光电二极管PD3的η+型杂质区域136和η-型杂质区域135覆盖，并且形成基板 126的P-型杂质区域插入在它们之间。此外，在第三栅电极122的设置了第二光接收单元 120b的一侧，包括在第三光电二极管TO3中的p+型杂质区域141与第三栅电极122接触， 并且在与设置了第二光接收单元120b的一侧相对的一侧没有形成p+型杂质区域。包括在第三光电二极管PD3中的p+型杂质区域141延伸至包括在相邻第二像素2b中的第二光接收单元120b的边界。包括在第三光电二极管PD3中的p+型杂质区域141用作光电二极管分离区域，用于在第二光接收单元120b中将第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3彼此电分离。在基板126的表面上与第二栅电极123相邻并与第三栅电极122相邻的位置处由 η+型杂质区域形成浮动扩散区域121b。在倾斜方向上彼此相邻地布置的所有第二像素2b 共用浮动扩散区域121b。在每个第二像素2b中，与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b与相邻第二像素2b中的第三栅电极122相邻。相似地，与第三栅电极122相邻而置的浮动扩散区域121b与相邻第二像素2b中的第二栅电极123相邻。在每个第二像素2b中，第二栅电极123和与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b形成用于读取第二光电二极管PD2的信号电荷e2的电荷读出晶体管Tr2。此外， 第三栅电极122和浮动扩散区域121b形成用于读取第三光电二极管PD3的信号电荷e3的电荷读出晶体管Tr3。在基板126的上方的形成第二光接收单元120b的区域中布置品红色滤色器142， 它是透过红光R和蓝光B的补色滤色器。在基板126的上方的光照侧布置品红色滤色器 142，其中，期望的布线层(未示出)设置在它们之间。红色和蓝色是绿色的补色。包括形成第一像素2a和第二像素2b的放大器晶体管、复位晶体管、选择晶体管等的期望像素晶体管区域125被设置在第一光接收单元120a与第二光接收单元120b之间的期望位置。操作说明现在将描述上述结构的固态成像装置的操作。在下面说明中，将解释一个第一像素2a和一个第二像素2b的操作。首先，在基板126的前侧，光入射在第一光接收单元120a和第二光接收单元120b上。由于绿色滤色器145仅仅透过绿光G，所以第一光接收单元120a接收到绿光G作为第一波长范围的光。通过由第一光电二极管PDl执行的光电转换，入射在第一光接收单元120a上的绿光G被转换成信号电荷。绿光G被上层中的光电二极管和下层中的光电二极管进行光电转换。因此，能够增加第一光电二极管F1Dl的饱和电荷量(Qs)。通过由第一光电二极管PDl执行的光电转换产生的信号电荷el累积在由pn结jl和j2形成的势阱中。
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由于品红色滤色器142仅仅透过蓝光和红光，所以第二光接收单元120b接收到蓝光B和红光R分别作为第二波长范围的光和第三波长范围的光。在入射在第二光接收单元 120b上的光中，蓝光B的波长短于红光R的波长。因此，由位置靠近基板126的表面的第二光电二极管PD2对几乎所有的蓝光B进行光电转换。通过由第二光电二极管PD2执行的光电转换产生的信号电荷e2累积在由pn结j3形成的势阱中。在入射在第二光接收单元 120b上的光中，红光R的波长长于蓝光B的波长。因此，没有经过由第二光电二极管PD2进行的光电转换的红光R的一部分到达布置在距离基板126的表面较深的位置的第三光电二极管PD3并且经历由第三光电二极管PD3进行的光电转换。通过由第三光电二极管PD3进行的光电转换产生的信号电荷e3累积在由pn结j4形成的势讲中。然后，累积的信号电荷el到e3被读出到浮动扩散区域121a和121b。首先，将描述第一像素2a。在第一像素2a中，当第一栅电极124导通时，垂直的第一栅电极124周围的电势改变。因此，累积在第一光电二极管roi中的信号电荷el被读出到与第一栅电极124相邻而置的浮动扩散区域121a。当信号电荷el被读出到浮动扩散区域121a时，浮动扩散区域121a的电压改变。 电压的变化被放大器晶体管(未示出)放大并且被输出作为第一光电二极管PDl的信号输出SI。信号输出SI对应于通过绿光G获得的信号输出Gs。接下来，将描述第二像素2b。在第二像素2b中，当第二栅电极123导通时，平面型的第二栅电极123下方的区域中的基板126中的电势改变。因此，累积在第二光电二极管 PD2中的信号电荷e2被读出到与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b。此外，当第三栅电极122导通时，垂直的第三栅电极122周围的电势改变。因此，累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到与第三栅电极122相邻而置的浮动扩散区域121b。第三栅电极122的底部以及栅极绝缘膜133的位于第三栅电极122的底部的部分被形成第三光电二极管PD3的η+型杂质区域136和η-型杂质区域135覆盖，并且形成基板 126的P-型杂质区域插入在它们之间。此外，在第三栅电极122的设置了第二光接收单元 120b的一侧，包括在第三光电二极管TO3中的ρ+型杂质区域141与第三栅电极122接触， 并且在与设置了第二光接收单元120b的一侧相对的一侧没有形成ρ+型杂质区域。因此， 当第三栅电极122导通时，在与形成ρ+型杂质区域141的一侧相对的一侧，沿着第三栅电极122的表面，累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到浮动扩散区域121b。 因此，在与设置第二光接收单元120b的一侧相对的一侧，沿着第三栅电极122的表面形成用于读出累积在第三光电二极管Η)3中的信号电荷e3的路径。包括在第三光电二极管Η)3中的ρ+型杂质区域141延伸至包括在相邻第二像素 2b中的第二光接收单元120b的边界。ρ+型杂质区域141用作光电二极管分离区域，用于将第二光电二极管PD2与第三光电二极管PD3彼此分离。因此，能够防止累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b。信号电荷e2和e3被分别读出到与第二光电二极管PD2相邻的浮动扩散区域121b 和与第三光电二极管PD3相邻的浮动扩散区域121b。因此，各个浮动扩散区域121b的电压改变。与第二光电二极管PD2相邻的浮动扩散区域121b的电压变化被连接到该浮动扩散区域121b的放大器晶体管(未不出)放大并且被输出作为信号输出S2。与第三光电二极管PD3相邻的浮动扩散区域121b的电压变化被连接到该浮动扩散区域121b的放大器晶体管(未示出)放大并且被输出作为信号输出S3。蓝光B和红光R入射在第二光接收单元120b上。因此，基于信号输出S2和S3进行计算能够确定蓝信号输出Bs和红信号输出Rs。在本实施例中，被第二光接收单元120b 吸收的蓝光B和红光R的波长范围彼此没有大幅重叠。因此，基板126的吸收系数在蓝光B 与红光R之间存在较大差别。因此，当将第三光电二极管Η)3中的pn结j4的深度设置为使得蓝光B几乎不能到达时，通过仅对红光R的光电转换获得累积在第三光电二极管PD3 中的信号电荷e3。当第三光电二极管TO3中的pn结j4的深度被设置为大约O. 5 μ m到
O.8 μ m时，蓝光B几乎不能到达第三光电二极管Η)3。因此，可以获得的信号输出SI和S2 与信号输出Bs和Rs之间的关系如下S2 = Bs+Rs/2S3 = 2Rs/3根据上式可以如下获得信号输出Bs和Rs Bs = S2-S3/2Rs = 3/2 X S3因此，在本实施例中，每个第二像素2b检测波长范围没有彼此大幅重叠的蓝光B 和红光R。因此，第三光电二极管PD3仅仅对红光R执行光电转换，并且能够有效防止颜色混合。根据本实施例，在包括在每个第一像素2a中的第一光接收单元120a中，在基板 126的深度方向上布置两个光电二极管。因此，第一光接收单元120a的饱和电荷量(Qs)能够加倍。由于能够增加饱和电荷量(Qs)，所以还能够提高灵敏度。此外，在包括在每个第二像素2b中的第二光接收单元120b中，在基板126的深度方向上布置两个光电二极管并且它们在垂直方向上彼此分离。因此，能够从蓝光B和红光R 中的每个获得信号电荷。结果，在一个像素中可以分别从蓝光B和红光R获得信号输出Bs 和Rs。因此，蓝和红的像素的数目可以加倍并且可以增加饱和电荷量(Qs)和灵敏度。累积在置于最深位置的第三光电二极管Η)3中的信号电荷e3通过垂直的第三栅电极122被转移到浮动扩散区域121b。因此，能够在基板126中获得深度方向上的充足电势变化，并且能够可靠地转移累积在第三光电二极管PD3中的信号电荷e3。此外，在每个第二像素2b中，通过平面型的第二栅电极123读出累积在上部位置的第二光电二极管Η)2中的信号电荷，并且通过在垂直方向上延伸的第三栅电极122读出累积在下部位置的第三光电二极管TO3中的信号电荷。在与设置第二光接收单元120b的一侧相对的一侧，在第三栅电极122上形成用于读出累积在第三光电二极管Η)3中的信号电荷e3的路径。此外，用作光电二极管分离区域的p+型杂质区域141延伸至读出累积在第二光电二极管Η)2中的信号电荷e2的浮动扩散区域121b下方的位置。因此，累积在第二光电二极管PD2中的信号电荷e2和累积在第三光电二极管PD3中的信号电荷e3被读出到各自的浮动扩散区域121b而不会彼此混合。在本实施例中，由彼此相邻而置的像素共用浮动扩散区域121a和121b。因此，能够减小像素尺寸。此外，在根据本实施例的固态成像装置中，能够通过共同的处理步骤形成包括在第一像素2a和第二像素2b中的光电二极管和栅电极。因此，制造步骤的数目没有增加。
第四实施例图14是根据本发明的第四实施例的固态成像装置的主要部分的示意性平面图。 图14示出了根据本实施例的固态成像装置的图像拾取区域中的多个像素2的平面布局。图 15是沿线XV-XV剖开的图14的截面图，图16是沿线XVI-XVI剖开的图14的截面图。在图 14到图16中，与图11到图13中的部件相似的部件用相同的参考标号指示，并且因此省去了对它们的冗余解释。结构说明在本实施例中，第一波长范围的光是蓝光(B)、第二波长范围的光是绿光(G)、第三波长范围的光是红光(R)。如图14所示，以棋盘形图案布置对蓝光B执行光电转换的第一光接收单元120a以及对绿光G和红光R执行光电转换的第二光接收单元120b。因此，在本实施例中，如图15所示，蓝色滤色器143用作在形成第一光接收单元 120a的区域中布置在基板126上方的单色滤色器。此外，如图16所示，黄色滤色器144用作在形成第二光接收单元120b的区域中布置在基板126的上方的补色滤色器。黄色是蓝色的补色。基板126的内部结构与第三实施例中的相似。操作说明现在将描述具有上述结构的固态成像装置的操作。在下面说明中，将解释一个第一像素2a和一个第二像素2b的操作。首先，在基板126的前侧，光输入在第一光接收单元120a和第二光接收单元120b上。由于蓝色滤色器143仅仅透过蓝光B，所以第一光接收单元120a接收到蓝光B作为第一波长范围的光。通过第一光电二极管PDl对入射在第一光接收单元120a上的蓝光B 进行光电转换。通过上层中的光电二极管和下层中的光电二极管对蓝光B进行光电转换。 因此，能够增加第一光电二极管HH的饱和电荷量(Qs)。通过由第一光电二极管PDl进行的光电转换产生的信号电荷el累积在由pn结jl和j2形成的势阱中。由于黄色滤色器144仅仅透过绿光G和红光R，所以第二光接收单元120b接收到绿光G和红光R分别作为第二波长范围的光和第三波长范围的光。在入射在第二光接收单兀120b上的光中，绿光G的波长短于红光R。因此,几乎所有的绿光G由位于基板126的表面附近的第二光电二极管PD2进行光电转换。通过由第二光电二极管PD2执行的光电转换产生的信号电荷e2累积在由pn结j3形成的势阱中。在入射在第二光接收单元120b上的光中，红光R的波长长于绿光G。因此，没有被第二光电二极管PD2吸收的红光R的一部分到达位于距离基板126的表面较深位置的第三光电二极管PD3并且由第三光电二极管PD3 进行光电转换。此外，没有被第二光电二极管PD2吸收的绿光G的一部分到达第三光电二极管PD3并且由第三光电二极管PD3进行光电转换。通过由第三光电二极管PD3进行的光电转换产生的信号电荷e3累积在由pn结j4形成的势阱中。然后，累积的信号电荷el到e3被读出到浮动扩散区域121a和121b。首先，将描述第一像素2a。在第一像素2a中，当第一栅电极124导通时，垂直的第一栅电极124周围的电势改变。因此，累积在第一光电二极管roi中的信号电荷el被读出到与第一栅电极124相邻而置的浮动扩散区域121a。
当信号电荷el被读出到浮动扩散区域121a时，浮动扩散区域121a的电压改变。 电压变化被放大器晶体管(未示出)放大，并且被输出作为第一光电二极管roi的信号输出SI。通过蓝光B获得信号输出SI。接下来，将描述第二像素2b。在第二像素2b中，当第二栅电极123导通时，平面型的第二栅电极123下方的区域中的基板126中的电势改变。因此，累积在第二光电二极管 PD2中的信号电荷e2被读出到与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b。此外，当第三栅电极122导通时，垂直的第三栅电极122周围的电势改变。因此，累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到与第三栅电极122相邻而置的浮动扩散区域121b。第三栅电极122的底部以及栅极绝缘膜133的位于第三栅电极122的底部的部分被形成第三光电二极管PD3的η+型杂质区域136和η-型杂质区域135覆盖，并且形成基板 126的P-型杂质区域插入在它们之间。此外，在第三栅电极122的设置了第二光接收单元 120b的一侧，包括在第三光电二极管TO3中的p+型杂质区域141与第三栅电极122接触， 并且在与设置了第二光接收单元120b的一侧相对的一侧没有形成p+型杂质区域。因此， 当第三栅电极122导通时，在与形成p+型杂质区域的一侧相对的一侧，沿第三栅电极122 的表面，累积在第三光电二极管Η)3中的信号电荷e3被读出到浮动扩散区域121b。包括在第三光电二极管Η)3中的p+型杂质区域141延伸至包括在相邻第二像素 2b中的第二光接收单元120b的边界。p+型杂质区域141用作光电二极管分离区域，用于将第二光电二极管PD2与第三光电二极管PD3彼此分离。因此，能够防止累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b。信号电荷e2和e3被分别读出到与第二光电二极管PD2相邻的浮动扩散区域121b 和与第三光电二极管PD3相邻的浮动扩散区域121b。因此，各个浮动扩散区域121b的电压改变。与第二光电二极管PD2相邻的浮动扩散区域121b的电压变化被连接到该浮动扩散区域121b的放大器晶体管(未不出)放大并且被输出作为信号输出S2。与第三光电二极管PD3相邻的浮动扩散区域121b的电压变化被连接到该浮动扩散区域121b的放大器晶体管(未示出)放大并且被输出作为信号输出S3。绿光G和红光R入射在第二光接收单元120b上。因此，能够基于信号输出S2和 S3进行计算来确定绿信号输出Gs和红信号输出Rs。获得的信号输出SI和S2与信号输出 Bs和Rs之间的关系如下S2 = α · Bs+ β · RsS3 = Y · Bs+ δ · Rs在上式中，α、β、Υ和δ是从根据距离基板126的表面的深度的光吸收系数和黄色滤色器144的特性确定的常数。能够从上式获得信号输出Bs和Rs。第五实施例图17是根据本发明的第五实施例的固态成像装置的主要部分的示意性平面图。 图17示出了根据本实施例的固态成像装置的图像拾取区域中的多个像素2的平面布局。 图18是沿线XVIII-XVIII剖开的图17的截面图，图19是沿线XIX-XIX剖开的图17的截面图。在图17到图19中，与图11到图13中的部件相似的部件用相同的参考标号指示，并且因此省去了对它们的冗余解释。结构说明
在本实施例中，第一波长范围的光是红光(R)，第二波长范围的光是蓝光(B)，第三波长范围的光是绿光(G)。如图17所示，以棋盘形模式布置了对红光R执行光电转换的第一光接收单元120a和对蓝光B和绿光G执行光电转换的第二光接收单元120b。在本实施例中，如图18所示，红色滤色器146被用作在形成第一光接收单元120a 的区域中布置在基板126上方的单色滤色器。此外，青色滤色器147用作在形成第二光接收单元120b的区域中布置在基板126上方的补色滤色器。青色是红色的补色。操作说明现在将描述具有上述结构的固态成像装置的操作。在下面的说明中，将解释一个第一像素2a和一个第二像素2b的操作。首先，在基板126的前侧，光入射在第一光接收单元120a和第二光接收单元120b上。由于红色滤色器146仅仅透过红光R，所以第一光接收单元120a接收到红光R作为第一波长范围的光。入射在第一光接收单元120a上的红光R被第一光电二极管PDl进行光电转换。红光R由上层中的光电二极管和下层中的光电二极管进行光电转换。因此， 能够增加第一光电二极管PDl的饱和电荷量(Qs)。通过由第一光电二极管PDl进行的光电转换产生的信号电荷el累积在由pn结jl和j2形成的势阱中。由于青色滤色器147仅仅透过蓝光B和绿光G，所以第二光接收单元120b接收到蓝光B和绿光G分别作为第二波长范围的光和第三波长范围的光。在入射在第二光接收单兀120b上的光中，蓝光B的波长短于绿光G。因此,几乎所有的蓝光B由位于基板126的表面附近的第二光电二极管PD2进行光电转换。通过由第二光电二极管PD2进行的光电转换产生的信号电荷e2累积在由pn结j3形成的势阱中。在入射在第二光接收单元120b上的光中，绿光G的波长长于蓝光B的波长。因此，没有被第二光电二极管PD2吸收的绿光G 的一部分到达位于距离基板126的表面较深的位置的第三光电二极管PD3并且由第三光电二极管PD3进行光电转换。通过由第三光电二极管PD3进行的光电转换产生的信号电荷e3 累积在由pn结j4形成的势阱中。然后，累积的信号电荷被读出到浮动扩散区域121a和121b。首先，将描述第一像素2a。在第一像素2a中，当第一栅电极124导通时，垂直的第一栅电极124周围的电势改变。因此，累积在第一光电二极管roi中的信号电荷el被读出到与第一栅电极124相邻而置的浮动扩散区域121a。当信号电荷el被读出到浮动扩散区域121a时，浮动扩散区域121a的电压改变。 电压变化被放大器晶体管(未示出)放大并且被输出作为第一光电二极管PDl的信号输出 SI。通过红光R获得信号输出SI。接下来，将描述第二像素2b。在第二像素2b中，当第二栅电极123导通时，平面型的第二栅电极123下方的区域中的基板126中的电势改变。因此，累积在第二光电二极管 PD2中的信号电荷e2被读出到与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b。此外，当第三栅电极122导通时，垂直的第三栅电极122周围的电势改变。因此，累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到与第三栅电极122相邻而置的浮动扩散区域121b。第三栅电极122的底部以及栅极绝缘膜133的位于第三栅电极122的底部的部分被形成第三光电二极管PD3的η+型杂质区域136和η-型杂质区域135覆盖，并且形成基板126的P-型杂质区域插入在它们之间。此外，在第三栅电极122的设置了第二光接收单元120b的一侧，包括在第三光电二极管TO3中的p+型杂质区域141与第三栅电极122接触，并且在与设置第二光接收单元120b的一侧相对的一侧没有形成p+型杂质区域。因此， 当第三栅电极122导通时，在与形成p+型杂质区域141的一侧相对的一侧，沿着第三栅电极122的表面，累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到浮动扩散区域121b。包括在第三光电二极管Η)3中的P+型杂质区域141延伸至包括在相邻第二像素 2b中的第二光接收单元120b的边界。p+型杂质区域141用作光电二极管分离区域，用于将第二光电二极管PD2与第三光电二极管PD3彼此分离。因此，能够防止累积在第三光电二极管TO3中的信号电荷e3被读出到与第二栅电极123相邻而置的浮动扩散区域121b。信号电荷e2和e3被分别读出到与第二光电二极管PD2相邻的浮动扩散区域121b 和与第三光电二极管PD3相邻的浮动扩散区域121b。因此，各个浮动扩散区域121b的电压改变。与第二光电二极管PD2相邻的浮动扩散区域121b的电压变化被连接到该浮动扩散区域121b的放大器晶体管(未不出)放大并且被输出作为信号输出S2。与第三光电二极管PD3相邻的浮动扩散区域121b的电压变化被连接到该浮动扩散区域121b的放大器晶体管(未示出)放大并且被输出作为信号输出S3。蓝光B和绿光G入射在第二光接收单元120b上。因此，能够基于信号输出S2和 S3进行计算来确定蓝信号输出Bs和绿信号输出Gs。获得的信号输出SI和S2与信号输出 Bs和Gs之间的关系如下S2 = α · Bs+β · RsS3 = Y · Bs+ δ · Rs在上式中，α、β、Υ和δ是从根据距离基板126的表面的深度的光吸收系数和青色滤色器147的特性确定的系数。能够从上式获得信号输出Bs和Gs。第六实施例图20是根据本发明的第六实施例的固态成像装置的主要部分的示意性平面图。 图20示出了根据本实施例的固态成像装置的图像拾取区域中的多个像素2的平面布局。图 21是沿着线XXI-XXI剖开的图20的截面图，图22是沿着线XXII-XXII剖开的图20的截面图。在图20到图22中，与图11到图13中的部件相似的部件用相同的参考标号指示，并且因此省去了对它们的冗余解释。结构说明在根据本实施例的固态成像装置中，多个像素共用浮动扩散区域的方法以及第二栅电极123和第三栅电极122的布置与根据第三实施例的固态成像装置不同。如图20所示，在倾斜方向上彼此相邻而置的第一像素2a共用的每个浮动扩散区域121c也被在倾斜方向上彼此相邻而置的第二像素2b所共用。因此，每个浮动扩散区域 121c被彼此相邻的四个像素2共用。共用一个浮动扩散区域121c的四个像素被称作单位像素组。在这种情况下，包括复位晶体管、放大器晶体管、选择晶体管等的像素晶体管区域 125设置在在垂直方向上彼此相邻而置的单位像素组之间。在每个单位像素组中，每个第二像素2b与包括在相邻单位像素组中的对应的第二像素2b共用浮动扩散区域121b。因此， 在水平方向上彼此相邻而置的单位像素组彼此偏移了与像素晶体管区域125对应的距离。读取本实施例的固态成像装置中的第一光接收单元120a和第二光接收单元120b的信号的操作与第一实施例相似，并且因此省去了对它们的冗余解释。根据本实施例，一个浮动扩散区域121c被包括彼此相邻的四个像素的单位像素组共用。因此，能够减小基板126的表面中的电荷读出晶体管Trl到Tr3占用的面积的比例。结果，能够确保用于放置像素晶体管区域125的空间。第七实施例图23是根据本发明的第七实施例的固态成像装置的主要部分的示意性平面图。 图23示出了根据本实施例的固态成像装置的图像拾取区域中的多个像素2的平面布局结构。图24是沿线XXIV-XXIV剖开的图23的截面图。在图23和图24中，与图11到图13 中的部件相似的部件用相同的参考标号指示，并且因此省去了对它们的冗余解释。结构说明在根据本实施例的固态成像装置中，每个像素2包括光接收单元120、垂直栅电极 152、平面型栅电极153和浮动扩散区域121。有机光电转换膜148设置在像素2的上方。 在根据本发明的所有实施例中，代替在像素2的上方放置有机光电转换膜148，可以将无机光电转换膜、分层光电转换膜、吸收红外线的Si或Ge膜、或者这些膜中的一个或多个与有机光电转换膜的组合设置在像素2的上方。以矩阵模式沿水平和垂直方向在基板126上布置光接收单元120。每个光接收单元120包括在基板126的深度方向上布置的上光电二极管PDa和下光电二极管H)b。如图24所示，上光电二极管PDa从基板126的表面起按照深度顺序包括P+型杂质区域、η+型杂质区域和η-型杂质区域，并且主要由ρ+型杂质区域与η+型杂质区域之间的pn结ja形成。下光电二极管PDb从深于上光电二极管PDa的位置起按照深度顺序包括P+型杂质区域、η+型杂质区域和η-型杂质区域，并且主要由ρ+型杂质区域与η+型杂质区域之间的pn结jb形成。根据本实施例的上光电二极管PDa对应于第三实施例中的第二光电二极管Η)2。 根据本实施例的下光电二极管PDb对应于第三光电二极管TO3。平面型栅电极153对应于第三实施例中的第二栅电极123。垂直栅电极152对应于第三实施例中的第三栅电极122。 浮动扩散区域121对应于第三实施例中的浮动扩散区域121b。在每个像素2中，平面型栅电极153和与平面型栅电极153相邻而置的浮动扩散区域121形成用于读取上光电二极管TOa的信号电荷e2的电荷读出晶体管Trl。此外，垂直栅电极152和与垂直栅电极152相邻而置的浮动扩散区域121形成用于读取下光电二极管I3Db的信号电荷e3的电荷读出晶体管Tr3。品红色滤色器149 (其是透过红光R和蓝光B的补色滤色器)布置在形成有光接收单元120的基板126的整个区域的上方。品红色滤色器149布置在基板126的上方的光照侧，其中，期望的布线层(未示出)设置在它们之间。红色和蓝色是绿色的补色。在品红色滤色器149上形成仅仅吸收绿光G并且对它进行光电转换的有机光电转换膜148。有机光电转换膜148形成在基板126的上方并且在对应于光接收单元120的区域中被划分成与各个像素2对应的部分。操作说明
现在将描述具有上述结构的固态成像装置的操作。首先，光入射在基板126的前表面上。因此，仅绿光G被有机光电转换膜148吸收。对被有机光电转换膜148吸收的绿光G进行光电转换，从而产生信号电荷el。由绿光G产生的信号电荷el经由输出端子输出作为绿信号输出Gs。没有被有机光电转换膜148吸收的光的一部分穿过品红色滤色器149并且入射在基板126中的每个光接收单元120上。由于仅仅蓝光B和红光R穿过品红色滤色器149， 所以蓝光B和红光R入射在光接收单元120上。在入射在光接收单元120上的光中，蓝光 B的波长短于红光R。因此，几乎所有的蓝光B由位于基板126的表面附近的上光电二极管 PDa进行光电转换。通过由上光电二极管PDa执行的光电转换产生的信号电荷e2累积在由 pn结ja形成的势讲中。在入射在光接收单元120上的光中，红光R的波长长于蓝光B。因此，没有被上光电二极管PDa进行光电转换的红光R的一部分到达位于距离基板126的表面较深的位置的下光电二极管PDb并且由下光电二极管PDb进行光电转换。通过由下光电二极管PDa进行的光电转换产生的信号电荷e3累积在由pn结jb形成的势阱中。然后，累积的信号电荷e2和e3被读出到浮动扩散区域121。首先，当平面型栅电极153导通时，平面型栅电极153的下方的区域中的基板126 中的电势改变。因此，累积在上光电二极管PDa中的信号电荷e2被读出到与平面型栅电极 153相邻而置的浮动扩散区域121。此外，当垂直栅电极152导通时，垂直栅电极152周围的电势改变。因此，累积在下光电二极管rob中的信号电荷e3被读出到与垂直栅电极152 相邻而置的浮动扩散区域121。垂直栅电极152的底部以及栅极绝缘膜133的位于垂直栅电极152的底部的部分被形成下光电二极管rob的η+型杂质区域和η-型杂质区域覆盖，其中，形成基板的P-型杂质区域插入在它们之间。此外，在垂直栅电极152的设置了光接收单元120的一侧，包括在下光电二极管PDb中的ρ+型杂质区域与垂直栅电极152接触，并且在与设置了光接收单元120的一侧相对的一侧没有形成ρ+型杂质区域。因此，当垂直栅电极152导通时，在与形成P+型杂质区域的一侧相对的一侧，沿着垂直栅电极152的表面，累积在下光电二极管 PDb中的信号电荷e3被读出到浮动扩散区域121。包括在下光电二极管PDb中的ρ+型杂质区域延伸至相邻光接收单元120的边界， 并且用作用于将上光电二极管PDa和下光电二极管PDb彼此分离的光电二极管分离区域。 因此，能够防止累积在下光电二极管PDb中的信号电荷e3被读出到与平面型栅电极153相邻而置的浮动扩散区域121。信号电荷e2和e3被分别读出到与上光电二极管PDa相邻的浮动扩散区域121和与下光电二极管PDb相邻的浮动扩散区域121。因此，每个浮动扩散区域121的电压改变。 与上光电二极管PDa相邻的浮动扩散区域121的电压变化被连接到该浮动扩散区域121的放大器晶体管(未不出)放大并且被输出作为信号输出S2。与下光电二极管PDb相邻的浮动扩散区域121的电压变化被连接到该浮动扩散区域121的放大器晶体管(未示出)放大并且被输出作为信号输出S3。蓝光B和红光R入射在光接收单元120上。因此，可以基于信号输出S2和S3通
34过计算来确定蓝信号输出Bs和红信号输出Rs。这种计算方法与第三实施例中的计算方法相似。因此，根据本实施例，可以通过一个像素同时检测蓝光B、绿光G和红光R。因此， 能够减小入射光量的损失。此外，由于通过一个像素可以同时检测蓝光B、绿光G和红光R， 所以能够增加有效像素数。绿光G由有机光电转换膜148进行检测，并且光吸收系数彼此明显不同的蓝光B 和红光R由在基板126的深度方向上布置的上光电二极管PDa和下光电二极管PDb进行检测。因此，仅仅红光由下光电二极管PDb进行光电转换，并且能够改善基板126的谱特性。在本实施例中，有机光电转换膜148由吸收绿光G的材料制成。然而，有机光电转换膜148也可以由吸收蓝光B的材料制成。在这种情况下，使用黄色滤色器替代品红色滤色器149，并且基板126中的每个光接收单元120对绿光G和红光R进行光电转换。此外， 有机光电转换膜148也可以由吸收红光R的材料制成。在这种情况下，使用青色滤色器替代品红色滤色器149，并且基板126中的每个光接收单元120对蓝光B和绿光G进行光电转换。在第三到第七实施例中，作为示例说明了光入射在基板的前表面上的前照式固态成像装置。然而，固态成像装置也可以是背照式(光入射在基板的背面上)。在这种情况下，在基板的背面设置单色滤色器、补色滤色器和有机光电转换膜，并且颠倒基板中的光电
二极管的结构。根据第三到第七实施例，固态成像装置应用于这样的图像传感器，在该图像传感器中以矩阵模式布置了多个单位像素并且这些单位像素检测与可见光的量对应的信号电荷作为物理量。然而，本发明的应用不限于用作图像传感器的固态成像装置，并且本发明可以应用于针对像素阵列中的各个像素列设置列电路的各种列型固态成像装置。此外，本发明的应用不限于获取与入射可见光的量的分布对应的图像的固态成像装置。本发明还可以应用于获取与红外线、X射线或粒子射线的分布对应的图像的固态成像装置。此外，在广义上，本发明还可以应用于获取与诸如压力和电容的其它物理量的分布对应的图像的、诸如指纹检测传感器的固态成像装置(物理量分布检测装置)。本发明不限于通过顺次扫描像素阵列中的多行单位像素从每个单位像素读出像素信号的固态成像装置。本发明例如还可以应用于可以任意选择每个像素并且能够从选择的像素读取信号的X-Y地址型固态成像装置。固态成像装置可以形成为单片结构或者可以形成为具有图像拾取功能的模块，在该模块中，图像拾取单元与信号处理单元和光学系统中的至少一个装配在一个封装结构中。本发明的应用不限于固态成像装置，并且本发明还可以应用于任何类型的图像拾取装置。这里，图像拾取装置是指诸如相机系统(数字相机、摄像机等)、移动电话等的具有图像拾取功能的电子设备。图像拾取装置还可以是诸如相机模块的安装在电子设备中的模块的形式。电子设备现在将描述包括上述的固态成像装置的电子设备。在下面的说明中，将描述将根据第三到第七实施例的任何一个的固态成像装置I用于相机中的示例。
图10是根据本发明的实施例的相机的示意性截面图。根据本实施例的相机是能够获取静止图像或运动图像的摄像机的示例。本实施例的相机包括固态成像装置I、光学透镜110、快门装置111、驱动电路112 和信号处理电路113。根据第三到第七实施例的任何一个的固态成像装置可以用作固态成像装置I。光学透镜110将来自物体的像光(入射光)聚焦在固态成像装置I中的图像拾取平面上。因此，在一定时间段内，在固态成像装置I中累积信号电荷。光学透镜110还可以形成为包括多个光学透镜的光学透镜系统。快门装置111控制固态成像装置I的光接收时间和光阻挡时间。驱动电路112提供用于控制固态成像装置I的转移操作和快门装置111的快门操作的驱动信号。固态成像装置I响应于从驱动电路112提供的驱动信号(定时信号)执行信号转移操作。信号处理电路113执行各种信号处理操作。通过信号处理操作获得图像信号，并且这些图像信号存储在诸如存储器的存储介质中或者输出到监视器。在包括在根据本实施例的相机中的固态成像装置I中，利用在深度方向上布置在基板中的光电二极管，能够从一个像素获得多个彩色信号。因此，能够增加有效像素数。此外，还能够增加饱和电荷量(Qs)和灵敏度。因此，根据本实施例，能够减小相机的尺寸并且能够提高图像质量。因此，能够减小电子设备的尺寸，能够增加其分辨率，并且能够提高图像质量。第八实施例固态成像装置的制造方法的实施例将参照图25到图32描述根据本发明的第八实施例的固态成像装置的制造方法。首先，如图25所示，在像素部分3中，通过离子注入在半导体基板20中形成构成第二光电二极管TO2的一部分的η型半导体区域25和η+型半导体区域24。区域25和24 被形成为使区域25和24在每个单位像素中在像素晶体管下方延伸。在周边电路部分61 中，在要形成P沟道MOS晶体管的区域中形成η型晶体管阱区域62。然后，例如，在基板20的上方形成具有预定厚度的、用作第一抛光阻挡层的氮化硅膜64，并且二氧化硅膜63设置在它们之间。氮化硅膜64的厚度例如大约是lOOnm。在像素部分3中，在第一氮化硅膜64中在与像素分离区域和每个像素中的元件分离区域的每个对应的位置形成开口 65。然后，通过离子注入经由开口 65注入ρ型杂质，从而形成ρ型沟道阻止区域66。然后，对开口 65填入二氧化硅膜67，并且使得二氧化硅膜67平坦化。例如通过化学机械抛光(CMP)方法执行平坦化过程。二氧化硅膜67和ρ型沟道阻止区域66形成像素分离区域35(或者元件分离区域35a)。根据要形成的元件的类型，还可以通过形成沟部从而使该沟部延伸到硅基板中并且对沟部填入二氧化硅膜67，来形成像素分离区域35和元件分离区域中的每个。在周边电路部分61中，在第一氮化硅膜64中在与元件分离区域对应的位置形成开口 71，并且在半导体基板20中在开口 71的底部形成具有预定深度的沟部72。对沟部72 和第一氮化硅膜64中的开口 71填入二氧化硅膜73，从而能够获得具有浅沟部隔离(STI) 结构的元件分离区域74。
接下来，如图26所示，在用作第一抛光阻挡层的氮化硅膜64上形成具有预定厚度的用作第二抛光阻挡层的氮化硅膜75。在平坦化处理中第一氮化硅膜64的厚度例如减小为80nm，并且氮化硅膜75的厚度设置为lOOnm，从而总厚度设置为大约180nm，这对应于平面型栅电极的厚度。然后，在像素部分3和周边电路部分61的每个中，在要形成平面型栅电极的位置形成沟部77。通过经由光刻胶掩模76选择性蚀刻第一和第二氮化硅膜64和75以及二氧化硅膜63形成沟部77。形成的沟部77的宽度对应于平面型栅电极的宽度。形成η沟道和 P沟道晶体管的预定沟道区域，从而使得能够经由沟部77调整阈值电压。尽管附图中没有示出，但是当形成沟部77时可以形成用于形成栅电极布线的槽。例如，可将用于形成平面型栅电极的栅电极布线的槽形成为使槽连接到沟部77。在与平面型栅电极对应的区域中选择性形成沟道区域。接下来，如图27所示，对沟部77填入未掺杂非晶硅或多晶硅层(在本实施例中为未掺杂多晶硅层79)，并且栅极绝缘膜27插入在未掺杂多晶硅层79与沟部77的内表面之间。在本实施例中，形成未掺杂多晶娃层79。未掺杂多晶娃层79对应于平面型栅电极和栅电极布线。多晶娃层79还形成在氮化娃膜75上。接下来，如图28所示，在未掺杂多晶硅层79上形成二氧化硅膜81。然后，在二氧化硅膜81上形成光刻胶掩模82。然后，在要形成垂直读出栅电极的区域中形成开口 84。经由形成在光刻胶掩模82中的开口 83选择性蚀刻二氧化娃膜63、第一和第二氮化娃膜64和 75、未掺杂多晶硅层79和二氧化硅膜81来形成开口 84。然后，经由开口 84对基板掺入诸如硼的P型杂质来形成延伸至η+型半导体区域 24的ρ型半导体区域29。仅仅在与垂直读出栅电极对应的区域中选择性形成ρ型半导体区域29。ρ型半导体区域29用作暗电流抑制区域。接下来，如图29所示，在形成在包括从二氧化硅膜63到二氧化硅膜81的多层结构中的开口 84的侧壁上形成例如由二氧化硅膜制成的侧壁85。通过在包括内壁表面的开口 84的整个内表面上形成厚度大约为50nm的二氧化硅膜并且然后将二氧化硅膜干蚀刻 (凹蚀)至硅表面，可以形成侧壁85。接下来，如图30所示，通过利用侧壁作为掩模选择性蚀刻P型半导体区域29使得 P型半导体区域29的底部和周壁部分不被蚀刻而形成垂直沟部50。垂直沟部50的深度例如设置为大约I μ m。然后，执行热氧化处理以消除蚀刻损坏，并且通过氟化酸去除由热氧化处理形成的热氧化膜、侧壁氧化膜85和二氧化硅膜81。在利用氟化酸的去除处理后，在垂直沟部50的顶部出现具有较大宽度的开口 84。该开口 84用作形成读出栅电极的提取电极部分的开口。然后，如图31所示，开口 84和垂直沟部50被填入诸如掺磷非晶硅或多晶硅的栅电极材料86，并且例如由二氧化硅膜形成的栅极绝缘膜27插入在栅电极材料86与开口 84 和垂直沟部50的内表面之间。通过CVD方法利用通过将包含磷(P)的掺杂气体与硅烷源气体进行混合而获得的混合气体，形成栅电极材料86。然后，通过CMP方法执行利用氮化硅膜75的平坦化处理。更具体地讲，对未掺杂多晶硅层79和由掺磷硅形成的栅电极材料86 —起进行平坦化处理。因此，通过对垂直沟部和开口填入掺磷硅，形成垂直读出栅电极26和设置在读出栅电极26的顶部的提取电极部分26a。此外，获得了形成嵌入在沟部77中的平面型栅电极和栅电极布线的未掺杂多晶娃层79。图33是沿垂直于图31的线剖开的图31所示的包括未掺杂层79的区域XXXIII的截面图。在图26所示的步骤中，在光刻胶掩模76中形成开口，使得该开口在元件分离区域 35a之间延伸，并且利用光刻胶掩模76对氮化硅膜75和64进行蚀刻。在该蚀刻步骤中，还部分地去除包括在元件分离区域35a中的二氧化硅膜67的部分。因此，形成未掺杂多晶硅层79，使得在包括在元件分离区域35a中的二氧化硅膜67的部分中形成的台阶被填入未掺杂多晶硅层79，并且以T形状形成多晶硅层79的整体。结果，以T形状形成平面型栅电极的整体，使得二氧化硅膜67的部分中的台阶被填入平面型栅电极。图34是沿垂直于图31的线剖开的图31所示的包括垂直读出栅电极26的区域 XXXIV的截面图。接下来，如图32所示，通过热磷酸去除第一氮化硅膜64和第二氮化硅膜75。然后，将诸如磷(P)的η型杂质注入到与其它像素晶体管的栅电极(即复位栅电极、放大器栅电极和本实施例中的周边电路部分61中的η沟道MOS晶体管的栅电极)对应的区域中的未掺杂多晶硅层79。此外，将诸如硼(B)的ρ型杂质注入到与周边电路部分61中的ρ沟道 MOS晶体管的栅电极对应的区域中的未掺杂多晶硅层79。因此，形成了像素晶体管的平面型栅电极31和33和栅电极布线以及CMOS晶体管的平面型栅电极87和88和栅电极布线。还可以在图31所示的步骤后通过选择性地对未掺杂多晶硅层79掺入η型和ρ型杂质来执行对未掺杂多晶娃层79掺入杂质的离子注入。接下来，通过离子注入形成用于形成第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2 的η+型半导体区域24、ρ+型半导体区域23、η+型半导体区域22和ρ+型半导体区域21。 此外，形成了像素晶体管中的由η型半导体区域形成的浮动扩散区域FD和源极-漏极区域 32和34，并且还形成了周边电路部分61中的η沟道MOS晶体管中由η型半导体区域形成的源极-漏极区域91和92。此外，形成了周边电路部分61中的ρ沟道MOS晶体管中由ρ 型半导体区域形成的源极-漏极区域93和94。因此，形成了平面型栅电极31、33、87和88以及在顶部具有提取电极部分26a的垂直读出栅电极26。此外，同时形成了栅电极布线。因此，还形成了像素晶体管以及CMOS 晶体管中的η沟道和ρ沟道MOS晶体管Trn和Trp。通过采用离子注入向基板掺入具有相同导电类型的杂质，可以同时形成平面型栅电极和源极-漏极区域。尽管没有示出下面的步骤，但是可以通过形成多个布线层、滤色器和片上微透镜来获得期望的固态成像装置。尽管没有示出，但是可以利用掺硼非晶硅或多晶硅形成垂直读出栅电极26，并且可以通过形成未掺杂非晶硅或多晶硅层并且通过离子注入对该层掺入杂质来形成平面型栅电极。此外，在形成具有平面型栅电极的晶体管的过程中，栅极绝缘膜可以由上述的高介电常数栅极绝缘膜形成，并且可以利用诸如金属的具有能够抵消栅电极与高介电常数栅极绝缘膜之间的工作函数差别的工作函数的电极材料，在栅极绝缘膜上形成平面型栅电极。在上述示例中，形成除垂直读出栅电极26以外的元件的沟部一起被填入未掺杂多晶硅层。然而，还可以根据用途形成金属电极或掺硼多晶硅层。此外，还可以颠倒形成形成垂直读出栅电极的处理和形成平面型栅电极的处理的顺序。换言之，还可以在形成垂直读出栅电极26的步骤(图28和图29)之后执行形成未掺杂多晶硅层79的步骤(图26和图 27)。在根据第八实施例的固态成像装置101中，在基板20的深度方向上布置第一光电二极管PDl和第二光电二极管TO2。如果在累积信号电荷的过程中光电二极管之一饱和，则过剩信号电荷溢出并且累积在另一光电二极管中。因此，即使当像素尺寸减小时，仍能够增加光电二极管ro的总饱和电荷量(Qs)以及能够提高固态成像装置的灵敏度。此外，由于垂直读出栅电极26布置在光电二极管(PDl和TO2)的端部，所以即使当减小像素尺寸时仍能够增加光电二极管ro的面积。因此，能够增加光电二极管ro的饱和电荷量(Qs)并且能够提高固态成像装置的灵敏度。此外，在固态成像装置101中，电荷读出晶体管Trl形成为包括在光电二极管H) 的深度方向上延伸的垂直读出栅电极26的垂直晶体管。因此，累积在布置在基板20的深度方向上的第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2中的信号电荷能够被完全转移到浮动扩散区域FD。此外，在根据本实施例的固态成像装置101中，垂直读出栅电极26以及平面型栅电极31、33、87和88由具有不同特性的电极材料形成。因此，能够使每个栅电极之下的沟道区域的电势控制容易。例如，垂直读出栅电极26由在原处掺磷的非单晶硅层形成。因此， 杂质浓度在深度方向上是均匀的。结果，在读出栅电极26的较深区域中没有出现耗尽并且能够将沟道区域28的电势调整到期望电势。通过形成未掺杂非单晶硅层并且然后通过离子注入对该层掺入期望的导电杂质，来形成平面型栅电极31、33、87和88。因此，在η沟道和ρ沟道MOS晶体管中，能够将沟道区域的电势调整到期望电势并且η沟道和ρ沟道MOS 晶体管可以以最佳阈值电压进行操作。在具有平面型栅电极的MOS晶体管中，栅极绝缘膜可以由高介电常数栅极绝缘膜形成，并且可以利用诸如金属材料的具有能够抵消栅电极与高介电常数栅极绝缘膜之间的工作函数差别的工作函数的电极材料，在栅极绝缘膜上形成平面型栅电极。因此，能够将沟道区域的阈值电压调整到期望值并且能够执行高速操作。在垂直读出栅电极26由诸如掺硼材料的P型材料形成的情况下，该材料用作受体并且带负电。因此，可以在沟道区域28的边界引起沟部，并且能够获得沟部钉扎状态。在这种情况下，可以省去暗电流抑制区域39和30。在本实施例中，垂直读出栅电极26和平面型栅电极31、33、87和88由具有不同工作函数的电极材料形成。因此，可以对每个栅电极执行最佳阈值控制。优选对用于传输每个像素中的电荷的电荷读出晶体管Trl的栅极处的沟道区域和包括在优选执行高速操作的逻辑电路中的每个CMOS晶体管的栅极处的沟道区域进行独立阈值控制。然而，当读出栅极具有垂直结构时，难以在深度方向上进行均匀电势控制。因此，利用合适的电极材料从而可以在垂直读出栅电极的深度方向上执行均匀电势控制。因此，能够执行最佳阈值控制。此外，垂直读出栅电极26的顶部的提取电极部分、其它平面型栅电极31、33、87和 88、以及栅电极布线被形成为使其顶表面在同一平面上。因此，易于形成精细图案。更具体地讲，在形成垂直读出栅电极26以及平面型栅电极31、33、87和88的过程中，对沟部填入相应材料，并且每当填充沟部时执行平坦化处理以使得它们的顶部处于同一平面上。因此，在由不同栅电极材料制成的栅电极(栅电极26以及栅电极31、33、87和88)不影响形成处理的情况下，可以容易地形成精细图案。此外，在本实施例中，平面型栅电极被形成为，对包括在元件分离区域中的绝缘膜的台阶部分填入平面型栅电极的部分。作为元件分离处理的一部分执行平坦化处理。在这种情况下，能够简化该处理并且能够抑制元件分离区域中的台阶部分对形成栅电极的处理的影响。此外，能够获得更精细的结构。在根据第八实施例的固态成像装置101中，在包括在电荷读出晶体管Trl中的垂直读出栅电极的较深位置不会出现耗尽。此外，在包括平面型栅电极的MOS晶体管中，能够执行最佳阈值控制。在根据本实施例的固态成像装置的制造方法中，垂直读出栅电极26以及平面型栅电极31、33、87和88被布置在形成在第一和第二氮化硅膜64和75中的沟部中，直到去除了第一和第二氮化硅膜64和75。因此，可以可靠地形成垂直读出栅电极26以及平面型栅电极31、33、87和88，而不会影响彼此。参照图35，在根据现有技术的制造方法中，首先，形成垂直的第一栅电极95。然后，通过在整个区域上施加第二栅电极的材料并且对该材料进行构案来形成平面型的第二栅电极96。在该过程中，由第二栅电极的材料形成的部分96a保持在第一栅电极95的侧面。然而，在根据本实施例的制造方法中不会出现此问题。在根据本实施例的固态成像装置中，设置了两个光电二极管，即第一光电二极管 PDl和第二光电二极管TO2。然而，还可以在深度方向上布置多于两个的光电二极管。即使减小了像素尺寸，通过在深度方向上布置多个光电二极管仍可以增加饱和电荷量(Qs)。因此，能够在增加饱和电荷量和灵敏度的同时减小像素尺寸。因此，本实施例的结构在减小像素尺寸方面是有效的。此外，由于能够增加饱和电荷量，所以能够增加动态范围并且能够提高对比度。在本实施例的固态成像装置101中，第一导电型设置为P型，第二导电型设置为η 型。然而，第一和第二导电型还可以分别设置为η型和ρ型。在这种情况下，在上述操作中， 施加给每个像素晶体管的电压的符号从正变成负以及从负变成正。此外，根据本实施例，固态成像装置101被描述为前照式固态成像装置。然而，固态成像装置101还可以是背照式固态成像装置。在根据本实施例的固态成像装置101被构造为背照式的情况下(光入射在基板的背面上)，将多个布线层设置在形成有像素部分3和周边电路部分的半导体基板的前表面的上方，其中层间绝缘膜插入在它们之间。半导体基板的背面用作光入射表面(光接收表面)。片上滤色器形成在像素部分3中的像素2的背表面的下方，平坦化层插入在片上滤色器和像素2的背表面之间，并且在片上滤色器上形成片上微透镜。电子设备现在将描述包括上述的固态成像装置的电子设备。在下面的说明中，将描述根据上述实施例的固态成像装置被用于相机中的示例。图10是根据本发明的实施例的相机的示意性截面图。根据本实施例的相机是能够获取静止图像或运动图像的摄像机的示例。本实施例的相机包括固态成像装置101、光学系统110、快门装置111、驱动电路112以及信号处理电路113。
光学透镜110将来自物体的像光(入射光)聚焦在固态成像装置101中的图像拾取平面上。因此，在一定时间段内，在固态成像装置101中累积信号电荷。光学透镜110还可以形成为包括多个光学透镜的光学透镜系统。快门装置111控制固态成像装置101的光接收时间和光阻挡时间。驱动电路112提供用于控制固态成像装置101的转移操作以及快门装置111的快门操作的驱动信号。固态成像装置101响应于从驱动电路112提供的驱动信号(定时信号)执行信号转移操作。信号处理电路113执行各种信号处理操作。通过信号处理操作获得图像信号，并且这些图像信号存储在诸如存储器的存储介质中或者输出到监视器。在用于根据本实施例的相机中的固态成像装置中，电荷读出晶体管的栅电极具有垂直结构从而能够减小像素尺寸，并且能够在每个晶体管中可靠地控制沟道区域的电势。 因此，能够增加饱和电荷量(Qs)和灵敏度。此外，能够提高垂直电荷读出晶体管的操作并且能够可靠地控制包括平面型栅电极的MOS晶体管的阈值电压。此外，能够减小电子设备的尺寸并且能够提高图像质量。本申请包含与在2008年11月7日提交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2008-287010、在2008年11月7日提交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2008-287011 以及在2008年11月7日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2008-287012中公开的主题相关的主题，通过引用将这些专利申请的全部内容纳入于此。本领域技术人员应该明白，可以根据设计需要以及其它因素想到各种变型、组合、 子组合和替代，只要它们在权利要求及其等同物的范围内即可。
权利要求
1.一种固态成像装置，包括基板；像素；以及光电二极管分离区域，其将多个光电二极管彼此分离，其中，所述像素包括在基板的深度方向上布置在基板中的多个光电二极管，平面型栅电极，用于读取所述光电二极管之中靠近基板的表面的一个光电二极管中的信号电荷，所述平面型栅电极设置在基板的表面上，以及垂直栅电极，用于读取所述光电二极管之中布置在相对于基板的表面较深位置处的一个光电二极管中的信号电荷，所述垂直栅电极嵌入基板中使得所述垂直栅电极在基板的深度方向上延伸。
2.根据权利要求I的固态成像装置，还包括与所述平面型栅电极相邻而置的浮动扩散区域，用于累积由所述平面型栅电极读取的信号电荷；以及与所述垂直栅电极相邻而置的浮动扩散区域，用于累积由所述垂直栅电极读取的信号电荷，其中，设置有多个所述像素，彼此相邻而置的像素共用所述浮动扩散区域。
3.—种电子设备,包括光学透镜；固态成像装置；以及信号处理电路，其对由所述固态成像装置获得的输出信号进行处理，其中，所述固态成像装置包括基板，像素，以及光电二极管分离区域，其将多个光电二极管彼此分离，其中，所述像素包括在基板的深度方向上布置在基板中的多个光电二极管，平面型栅电极，用于读取所述光电二极管之中靠近基板的表面的一个光电二极管中的信号电荷，所述平面型栅电极设置在基板的表面上，以及垂直栅电极，用于读取所述光电二极管之中布置在相对于基板的表面较深位置处的一个光电二极管中的信号电荷，所述垂直栅电极嵌入基板中使得所述垂直栅电极在基板的深度方向上延伸。
4.一种固态成像装置，包括基板；嵌入在基板中的光电二极管；电荷读出晶体管的垂直栅电极，用于读取所述光电二极管中的信号电荷，所述垂直栅电极嵌入在基板中使得所述垂直栅电极在基板的深度方向上延伸；以及另一个晶体管的平面型栅电极，所述平面型栅电极由与所述垂直栅电极的电极材料不同的电极材料制成。
5.根据权利要求4的固态成像装置，其中，所述垂直栅电极由利用杂质混合气体形成的掺杂硅制成，并且其中，所述平面型栅电极由通过离子注入对未掺杂硅掺入杂质而形成的掺杂硅制成。
6.根据权利要求5的固态成像装置，其中，所述垂直栅电极由掺入第一导电型杂质或第二导电型杂质的掺杂娃制成。
7.根据权利要求4的固态成像装置，其中，所述垂直栅电极由利用杂质混合气体掺入第一导电型杂质或第二导电型杂质的掺杂娃制成，并且其中，所述平面型栅电极由具有由高介电常数栅极绝缘膜构成的下层的金属材料制成。
8.一种固态成像装置的制造方法，包括如下步骤通过在设置在基板的表面上的第一抛光阻挡层中形成沟部来形成元件分离区域； 在第一抛光阻挡层上形成第二抛光阻挡层；在第一和第二抛光阻挡层中形成沟部并且对所述沟部填入与包括垂直栅极的晶体管不同的晶体管的平面型栅电极材料，使得栅极绝缘膜插入在所述平面型栅电极材料与所述沟部的内表面之间；经由在第一和第二抛光阻挡层中形成的沟部，在与在第一和第二抛光阻挡层中形成其它沟部的位置不同的位置处在基板中形成垂直沟部，并且对所述垂直沟部填入电荷读出晶体管的垂直栅电极材料，使得栅极绝缘膜插入在所述垂直栅电极材料与所述垂直沟部的内表面之间，所述垂直栅电极材料与所述平面型栅电极材料具有不同的特性；沿着第二抛光阻挡层将所述平面型栅电极材料与所述垂直栅电极材料一起进行平坦化；通过去除第一和第二抛光阻挡层，形成垂直栅电极和平面型栅电极；以及通过离子注入形成光电二极管从而使该光电二极管嵌入在基板中。
9.根据权利要求8的固态成像装置的制造方法，其中，在与在第一和第二抛光阻挡层中形成其它沟部的位置不同的位置处在第一和第二抛光阻挡层中形成所述沟部后，利用第一和第二抛光阻挡层作为掩模在基板中形成用于抑制暗电流的杂质区域，然后在第一和第二抛光阻挡层中的沟部的内表面上形成侧壁，当在基板中形成所述垂直沟部时该侧壁被用作掩模。
10.一种电子设备，包括光学透镜；固态成像装置；以及信号处理电路，其对由所述固态成像装置获得的输出信号进行处理，其中，所述固态成像装置包括基板，嵌入在基板中的光电二极管，电荷读出晶体管的垂直栅电极，用于读取所述光电二极管中的信号电荷，所述垂直栅电极嵌入在基板中使得所述垂直栅电极在基板的深度方向上延伸；以及另一个晶体管的平面型栅电极，所述平面型栅电极由与所述垂直栅电极的电极材料不同的电极材料制成。
全文摘要
固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备。该固态成像装置，包括基板；在基板的深度方向上布置在基板中的多个光电二极管；垂直的读出栅电极，用于读取所述光电二极管中的信号电荷，所述垂直的读出栅电极嵌入在基板中使得该读出栅电极在基板的深度方向上延伸；暗电流抑制区域，其覆盖所述读出栅电极的底部和侧表面，所述暗电流抑制区域包括在所述读出栅电极的侧表面上具有均匀厚度的第一导电型半导体区域；以及读沟道区域，其布置在第一导电型半导体区域与所述光电二极管之间，所述读沟道区域包括第二导电型半导体区域。
文档编号H01L27/146GK102610622SQ20121002361
公开日2012年7月25日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月7日
发明者高桥洋 申请人:索尼株式会社