專利名稱：固態(tài)成像裝置和制造固態(tài)成像裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及固態(tài)成像裝置，具體地說，涉及在像素中采用電荷調(diào)制器件的固態(tài)成像裝置和制造固態(tài)成像裝置的方法。
背景技術(shù)：
電荷耦合器件(CCD)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器等已實際用作固態(tài)成像裝置。在這樣的固態(tài)成像裝置中，以矩陣形狀布置多個像素。在對應(yīng)于單個像素的半導(dǎo)體基底層的一部分中，將使用雜質(zhì)擴(kuò)散層的預(yù)定數(shù)目的部分布置在適當(dāng)?shù)奈恢?。作為CCD，已知其中將形成垂直傳輸部分的雜質(zhì)擴(kuò)散層布置在傳輸電極之下，并將形成光電轉(zhuǎn)換部分的雜質(zhì)擴(kuò)散層布置在傳輸電極之間的結(jié)構(gòu)(例如，參見 JP-A-2006-228762，圖1)。在相關(guān)技術(shù)中，通過自校準(zhǔn)，精確地設(shè)置垂直傳輸部分和光電轉(zhuǎn)換部分對于傳輸電極的相對位置。自校準(zhǔn)指的是通過在半導(dǎo)體基底之上預(yù)先形成屏蔽離子的層(例如，電極層或者覆蓋層)之后進(jìn)行離子注入，而關(guān)于半導(dǎo)體基底之上所形成的層形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的處理。 通過自校準(zhǔn)，可以關(guān)于半導(dǎo)體基底之上所形成的各層的邊緣精確地確定雜質(zhì)擴(kuò)散層之間的相對位置。

發(fā)明內(nèi)容
除了 CXD和CMOS之外，還已知電荷調(diào)制器件(CMD)作為固態(tài)成像裝置。在CMD中， 形成源極和漏極，以使得電流在源極和漏極之間與半導(dǎo)體層的表面平行地流動。另外，通過插入絕緣層來在源極和漏極之間的半導(dǎo)體層的表面上形成柵極電極。例如，在具有這種結(jié)構(gòu)的CMD中，可以向每一像素提供光電轉(zhuǎn)換功能和信號放大功能。另外，在CMD中，只要不復(fù)位CMD，就維持通過接收光所生成的電荷。不消除電荷，而是在其積累時維持，即使是在作為信號讀取其的時候。因此，可以實現(xiàn)所謂的非破壞性讀取 (nondestructive reading)0CMD的漏極也用作光電轉(zhuǎn)換部分中所積累的電荷從其釋放的溢出漏極。在漏極和光電轉(zhuǎn)換部分之間形成溢出屏障(overflow barrier)，當(dāng)復(fù)位CMD的光電轉(zhuǎn)換部分中所積累的電荷時，通過向漏極施加復(fù)位電壓來消除溢出屏障。因此，將電荷從光電轉(zhuǎn)換部分釋放到溢出漏極。優(yōu)選地，制造CMD，以使得通過自校準(zhǔn)，精確地確定半導(dǎo)體基底中每一部分的相對位置。因此，如果將現(xiàn)有技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)的制造過程直接應(yīng)用于CMD的制造，則可以以其間精確的相對位置形成柵極電極、溢出屏障、漏極等。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)的制造過程最初是針對CCD而設(shè)計的，所以柵極電極、溢出屏障、漏極等之間的位置關(guān)系不適于CMD結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明者意識到這樣一些困難與問題難以充分提高從漏極到溢出屏障的調(diào)制度，且必須設(shè)置高的復(fù)位電壓。因此，希望提供一種CMD型固態(tài)成像裝置，其中在假設(shè)通過自校準(zhǔn)來精確地設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散層的相對位置的情況下可以降低復(fù)位電壓。本公開的實施例涉及固態(tài)成像裝置，包括布置在半導(dǎo)體基底的上表面之上的柵極電極；形成在半導(dǎo)體基底之上以位于柵極電極下的光電轉(zhuǎn)換部分；形成在半導(dǎo)體基底之上以位于平面方向上除面對柵極電極的位置之外的部分中并鄰接光電轉(zhuǎn)換部分的側(cè)面的溢出屏障；以及形成在半導(dǎo)體基底之上以鄰接溢出屏障與鄰接光電轉(zhuǎn)換部分的側(cè)面相對的側(cè)面的漏極。因此，與其中溢出屏障在平面方向上位于面對柵極電極的情況相比，可以降低作為用于確定從漏極到溢出屏障的調(diào)制度的因素的柵極電極和溢出屏障之間的耦合電容。在該實施例中，光電轉(zhuǎn)換部分和溢出屏障互相鄰接的邊界位置可以與柵極電極的一端的位置相匹配。因此，可以關(guān)于柵極電極的端部限定光電轉(zhuǎn)換部分和溢出屏障之間的邊界位置。在該實施例中，固態(tài)成像裝置還可以包括布置為鄰接漏極側(cè)上柵極電極一端的側(cè)壁部分。溢出屏障和漏極互相鄰接的邊界位置可以與側(cè)壁部分的一端的位置相匹配。因此， 可以關(guān)于側(cè)壁部分的端部限定溢出屏障和漏極之間的邊界位置。在該實施例中，側(cè)壁部分可以是在對其中布置柵極電極的半導(dǎo)體基底的前表面上形成的側(cè)壁材料層執(zhí)行去除過程時沒有去除的剩余側(cè)壁材料層的一部分。因此，可以通過去除側(cè)壁材料層的過程來形成側(cè)壁部分。在該實施例中，可以在執(zhí)行去除側(cè)壁材料層的過程時設(shè)置從鄰接?xùn)艠O電極的一端到相對端延伸的側(cè)壁部分的寬度。因此，可以在去除側(cè)壁材料層的過程中調(diào)整側(cè)壁部分的寬度。本公開的另一實施例涉及制造固態(tài)成像裝置的方法，包括通過向半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入來形成對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換部分的第一雜質(zhì)擴(kuò)散層；在其中已經(jīng)形成了第一雜質(zhì)擴(kuò)散層的半導(dǎo)體芯片的上表面上形成柵極電極；通過對其中已經(jīng)形成了柵極電極的半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子灌輸來形成對應(yīng)于溢出屏障的第二雜質(zhì)擴(kuò)散層；在其中已經(jīng)形成了第二雜質(zhì)擴(kuò)散層的半導(dǎo)體基底的整個上表面上形成側(cè)壁材料層；當(dāng)執(zhí)行了從半導(dǎo)體基底去除側(cè)壁材料層的過程時，形成作為在柵極電極的一端中沒有去除的剩余側(cè)壁材料層的一部分的側(cè)壁部分；以及通過對其中已經(jīng)形成了側(cè)壁部分的半導(dǎo)體基底進(jìn)行離子注入來形成對應(yīng)于漏極的第三雜質(zhì)擴(kuò)散層。于是，可以關(guān)于每一柵極電極和側(cè)壁部分來通過自校準(zhǔn)形成在平面方向上面對柵極電極的溢出屏障。根據(jù)本公開的實施例，可以提供CMD型固態(tài)成像裝置，可通過自校準(zhǔn)來精確地設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散層的相對位置，并可以將復(fù)位電壓設(shè)置為較低的值。


圖1是說明了根據(jù)本公開實施例的CMD型像素的等效電路的圖。圖2是說明了根據(jù)本公開實施例的圖像傳感器的示例性電路配置的圖。圖3是選擇性地說明了根據(jù)本公開實施例的單列像素陣列的配置的圖。圖4A和圖4B是說明了根據(jù)本公開實施例的像素的示例性結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是說明了像素中的屏障部分中的電位的圖。圖6A到圖6C是說明了根據(jù)本公開實施例的像素制造過程的示例性序列的圖。圖7A和圖7B是說明了根據(jù)本公開實施例的像素制造過程的示例性序列的圖。
圖8A和圖8B是說明了根據(jù)本公開實施例的像素制造過程的示例性序列的圖。圖9是示意性地說明了溢出屏障、柵極電極、光電轉(zhuǎn)換部分和漏極之間生成的耦合電容的圖。
具體實施例方式以下，將按下列順序描述本公開的實施例。1.第一實施例具有在不面對柵極電極的位置形成的溢出屏障的示例性CMD像素2.修改<1.第一實施例>[1.像素的示例性配置]根據(jù)本公開實施例的圖像傳感器在像素中采用電荷調(diào)制器件(CMD)。CMD具有形成以使電流與半導(dǎo)體層的表面平行地流動的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。另外，還通過插入絕緣層而在源極和漏極區(qū)域之間的半導(dǎo)體層表面上提供柵極。因此，作為靜電感應(yīng)晶體管 (SIT)，橫向地提供了具有柵極、漏極以及源極區(qū)域的所謂的橫向結(jié)構(gòu)。圖1說明了根據(jù)本公開實施例的作為用于形成圖像傳感器的像素的具有CMD結(jié)構(gòu)的像素300的等效電路。參考圖1，可以看到單個光電二極管PD依次連接到像素300中的單個晶體管TR。光電二極管PD是用于光電轉(zhuǎn)換的部分，且對應(yīng)于所接收的光量的電流流過其。在CMD的光電轉(zhuǎn)換中，可以考慮在晶體管TR的后側(cè)形成光電二極管PD。盡管圖中陽極側(cè)接地，然而實際上，其連接到套管區(qū)(well region)，這等效于接地。晶體管TR與相應(yīng)的列信號線的負(fù)載電流源一起形成了源極跟隨器，如以下所述。 晶體管TR將從光電二極管PD所獲得的電荷放大，并將放大的電荷輸出到相應(yīng)的列信號線。圖1中所示的電路，即采用CMD的像素300本身具有光電轉(zhuǎn)換功能和信號放大功能。另外，在圖1中所示的配置的像素300中不存在浮置擴(kuò)散。浮置擴(kuò)散指的是像素電路中積累在光電二極管PD中的電荷發(fā)送到的部分。在采用CDM的像素300中，只要不復(fù)位像素300，就積累和維持在接收光時在光電二極管PD中所生成的電荷，而不消除電荷，即使將其作為信號讀取時。因此，可以實現(xiàn)所謂的非破壞性讀取。[圖像傳感器的配置]以下，將參考圖2和圖3描述根據(jù)本公開實施例的圖像傳感器100的示例性配置。 圖2說明了整個圖像傳感器100的配置，且圖3部分地說明了圖像傳感器100的像素陣列 110的第一列中第一到第六行的像素300，以及對應(yīng)于第一列的⑶S處理單元200的配置。首先，如圖2所示，圖像傳感器100通常包括像素陣列110、定時控制電路120、行掃描電路130、列掃描電路140、基準(zhǔn)信號生成器電路150和⑶S處理單元200。例如，像素陣列110包括幾百萬或者更多的以η行和m列的矩陣形狀布置的預(yù)定數(shù)目的像素300。如圖3所示，每一像素300還具有與圖1的等效電路的CMS配置相同的 CMS配置。另外，例如，盡管像素陣列110形成在單個半導(dǎo)體基底(芯片)上，然而，圖2中所示的像素陣列110之外的每一部分、電路等也整體地形成在與像素陣列110相同的半導(dǎo)體
基底上。定時控制電路120基于從圖像傳感器100的外側(cè)輸入的主時鐘MCK來生成所希望的時鐘/定時信號。將以此方式生成的時鐘/定時信號輸出到圖像傳感器100中的相應(yīng)部分，并用于確定每一部分的操作定時。行掃描電路130包括移位寄存器、解碼器等，且用于逐行地順序掃描像素陣列 110。每一行掃描電路130在對應(yīng)于每一水平掃描周期的預(yù)定定時輸出行選擇信號VGl到 V&i和復(fù)位信號VDl到VDi。因此，以從第一行到最后一行(對應(yīng)于一個幀周期)的預(yù)定次序順序地掃描每一行。以從定時控制電路120輸出的定時信號設(shè)置以上所提到的從行掃描電路130輸出信號的定時。與行掃描電路130類似，列掃描電路140包括移位寄存器、解碼器等，并掃描每一相應(yīng)的列。列掃描電路140響應(yīng)于定時控制電路120的控制，而以預(yù)定定時輸出列控制信號 HSEL-IA 和 HSEL-IB 到 HSELm-A 和 HSELm-B。例如，列控制信號 HSEL-1A 和 HSEL-1B 到 HSELm-A和HSELm-B中的每一個分別對應(yīng)于像素信號VSL-IA和IB到VSL_mA和mB中的每一個。基準(zhǔn)信號生成器電路150以由定時控制電路120控制的定時生成具有預(yù)定斜度的斜坡波形的基準(zhǔn)信號VREF，并且將基準(zhǔn)信號VREF輸出到⑶S處理單元200。以下，將描述行和列方向中像素陣列110和信號線之間的連接的實施例。如圖2所示，從行掃描電路130輸出的行選擇信號VGl的行信號線共同地連接到像素陣列110中第一行的像素300。類似地，從行掃描電路130輸出的行選擇信號VG2到VGn的行信號線依次共同地連接到第二行到第η行中每一行的像素300。另外，例如，行選擇信號VGl到VGn的行信號線連接到如圖3中第一列中第一行到第六行的像素300中所示的相應(yīng)行的像素300 中的晶體管TR的柵極。同一列中第一和第二行的像素300的每一晶體管TR具有公共連接點。該連接點用作其中共同地連接第一和第二行的像素300的晶體管TR的漏極的漏極連接點DCNT1。從行掃描電路130輸出的復(fù)位信號VDl的行信號線連接到漏極連接點DCNT1。然后，類似地， 在從第三和第四行對開始至第η-1行和第η行對的每一行中，提供每一像素300的晶體管 TR的漏極共同地連接到的漏極連接點DCNT2到DCNTn/2。從行掃描電路130輸出的復(fù)位信號VD2到VD(η/2)的行信號線分別連接到漏極連接點DCNT2到DCNTn/2。在根據(jù)本公開實施例的圖像傳感器100中，兩條列信號線對應(yīng)于單個列。即，如圖2所示，在第一列中，相應(yīng)地提供了用于像素信號VSL-IA和VSL-IB的兩條列信號線。類似地，在第二到第m列中，相應(yīng)地提供了分別用于像素信號VSL-2A和VSL-2B到VSL_mA和 VSL-mB的兩條列信號線。如圖3中所示，用作恒定電流源的負(fù)載電流源(IS) 112連接到每一列信號線。更具體地說，以下列方式連接列信號線和像素300。即，如圖3所示，首先，在第一行的像素300的晶體管TR中，僅其源極連接到像素信號VSL-IA的列信號線。接下來，通過共同地連接第二和第三行的像素300的晶體管TR的源極來提供源極連接點SCNT1，且像素信號VSL-IB的列信號線連接到源極連接點SCNT1。類似地，通過共同地連接第四和第五行的像素300的晶體管TR的源極來提供源極連接點SCNT2，且像素信號VSL-IA的列信號線連接到源極連接點SCNT2。另外，還通過共同地連接第六和第七行(未在圖中顯示)的像素300的源極來提供源極連接點SCNT3，且像素信號VSL-IB的列信號線連接到源極連接點SCNT3。類似地，依次通過連接相鄰兩行的像素300的晶體管TR的源極來提供源極連接點 SCNT4、SCNT5、SCNT6、...等。在源極連接點 SCNT4、SCNT5、SCNT6、...等中，像素信號 VSL-IA的列信號線連接到源極連接點SCNT4、SCNT6、SCNT8、...等，且像素信號VSL-IB的列信號線連接到源極連接點30附5、30附7、30附9...等。即，在列方向上沿著相應(yīng)的布置順序，源極連接點SCNT交替地連接到像素信號VSL-IA和像素信號VSL-IB的每一列信號線。 類似地對于第二列到第m列進(jìn)行與結(jié)合圖3所描述的第一列對應(yīng)的列信號線和像素300之間的連接。如以上所述的，每一像素300和列信號線之間的連接對應(yīng)于列信號線和像素內(nèi)的晶體管TR的源極之間的連接。單個像素300的晶體管TR以及連接到晶體管TR的源極的列信號線的負(fù)載電流源112構(gòu)成源極跟隨器。即，通過列信號線所獲得的像素信號VSL對應(yīng)于在連接到相應(yīng)列信號線的像素300當(dāng)中以行方向選擇的單個像素300的源極跟隨器的輸出。在該配置中，可以認(rèn)為對于電荷傳輸功能、放大功能和復(fù)位功能共享單個晶體管TR。對于每一列信號線所獲得的像素信號VSL-IA和VSL-IB到VSL_mA和VSL_mB分別輸入到⑶S處理單元200。⑶S處理單元200接收像素信號VSL并且執(zhí)行相關(guān)雙取樣(⑶S) 過程，以使得依據(jù)所接收的光量(所接收的光分量)輸出具有對應(yīng)于信號分量的電平的像素信號。⑶S處理單元200通過⑶S過程輸出作為數(shù)字信號的像素信號。數(shù)字信號的像素信號從⑶S處理單元200作為成像信號數(shù)據(jù)Vdata輸出。例如，由圖像信號處理系統(tǒng)(未在圖中顯示)接收成像信號數(shù)據(jù)Vdata，并且用于部件的處理，例如所捕獲的圖像數(shù)據(jù)的創(chuàng)建。在根據(jù)本公開實施例的⑶S處理單元200中，如圖3所示，⑶S電路2IO-A和210_B 分別提供在用于一對兩個像素信號VSL-IA和VSL-IB對的兩條列信號線中。⑶S電路210-A 接收像素信號VSL-1A、通過⑶S處理執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換、以及以對應(yīng)于列控制信號HSEL-IA的定時輸出像素信號數(shù)據(jù)DVSL-1A。類似地，⑶S電路210-B接收像素信號VSL-1B、執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換、以及以對應(yīng)于列控制信號HSEL-IB的定時輸出像素信號數(shù)據(jù)DVSL-1B。根據(jù)本公開的實施例，類似地，對于每一對剩余列信號線相應(yīng)地提供⑶S電路 210-A和210-B。類似地，CDS電路210-A和2IO-B以對應(yīng)于列控制信號HSEL2-A和HSEL2-B 到HSELm-A和HSELm-B的輸出的定時來順序地輸出相應(yīng)的像素信號VSL-2A和VSL-2B到 VSL-mA和VSL-mB。從⑶S處理單元200輸出的圖像信號數(shù)據(jù)Vdata包括相應(yīng)地輸出到每一列信號線的像素信號VSL-IA和VSL-IB到VSL-mA和VSL_mB。在通過⑶S處理的A/D轉(zhuǎn)換操作中，設(shè)置包括D-相位周期和接著D-相位周期的 P-相位周期的A/D轉(zhuǎn)換周期，并且重復(fù)該A/D轉(zhuǎn)換周期。在D-相位周期期間，在光電二極管中積累電荷。在P-相位周期期間，不在光電二極管中積累電荷。首先，在D-相位周期中，在像素信號VSL中展現(xiàn)對應(yīng)于所接收光量的電平。在 D-相位周期中，在像素信號VSL和參考信號VREF設(shè)置為相同的電壓之后，⑶S電路210啟動計數(shù)，并且當(dāng)反轉(zhuǎn)了像素信號VSL和具有斜坡波形的基準(zhǔn)信號VREF之間的量值關(guān)系時， 停止計數(shù)。以這一方式所獲得的計數(shù)值指示D-相位周期中所獲得的像素信號VSL的電平。當(dāng)終止D-相位周期，并啟動P-相位周期時，復(fù)位處理目標(biāo)像素300。在復(fù)位時，作為復(fù)位信號VD的脈沖從行掃描電路130輸出到漏極連接點DCNT，即，與處理目標(biāo)像素300 的行對應(yīng)的漏極。因此，在處理目標(biāo)像素300中，光電二極管PD中積累的電荷釋放到晶體管TR的漏極中，并且復(fù)位電平輸出到列信號線。CDS電路210從P-相位周期中的預(yù)定定時啟動計數(shù)，并且當(dāng)反轉(zhuǎn)像素信號VSL和具有斜坡波形的基準(zhǔn)信號VREF之間的量值關(guān)系時停止計數(shù)。該計數(shù)值對應(yīng)于復(fù)位電平。CDS電路210從D-相位周期中所獲得的計數(shù)值減去P-相位周期中所獲得的計數(shù)值。盡管D-相位周期中的像素信號VSL是對應(yīng)于所接收的光的電平，其也包括作為復(fù)位電平的偏移分量，而且復(fù)位電平包括依賴于每一像素中的偏差的變化分量等。因此，作為減法結(jié)果所獲得的值指示與從其去除了偏移分量的精確接收的光量對應(yīng)的像素信號電平。得到的值作為像素信號數(shù)據(jù)DVSL輸出。于是，根據(jù)本公開實施例的圖像傳感器100配置為將在接收光時在像素300中所積累的電荷轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，并輸出數(shù)字圖像信號。[示例性像素結(jié)構(gòu)]圖4A和圖4B說明了像素300的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)實例。圖4A為說明像素300的平面圖。圖4B為沿圖4A的線al-a2所取的截面圖，并且示意性地說明了在像素300中形成的雜質(zhì)擴(kuò)散層的示例性結(jié)構(gòu)。在圖4A和圖4B的像素300中，從作為圖2的圖像傳感器100 的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)中選擇性地說明了對應(yīng)于單個像素300的結(jié)構(gòu)。在圖4A的平面圖中，為了闡明半導(dǎo)體基底310側(cè)的形成部分和柵極電極321之間的位置關(guān)系，透明地畫出柵極絕緣膜311以示出其下部。從以下的描述中可以明顯看出，線al_a2的方向?qū)?yīng)于電流通過溝道314在源極313和漏極312之間流到的方向。因此，線al_a2的方向被稱為源極-漏極方向。圖4A和圖4B中所示的像素300包括由硅制成的半導(dǎo)體基底310和形成在其上的柵極電極321。在半導(dǎo)體基底310中，在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬蓸?gòu)成像素300的預(yù)定的雜質(zhì)擴(kuò)散層等，如以下所描述的。側(cè)壁部分322布置在其中布置了漏極312和源極313的一側(cè)中柵極電極321的邊緣部分中。提供側(cè)壁部分322以在制造以下所述的像素300的過程中通過自校準(zhǔn)來設(shè)置溢出屏障317和漏極312的側(cè)面之間的邊界。在柵極絕緣膜311下形成溝道314的層。在溝道314的層下形成溝道傳感器間屏障315。溝道傳感器間屏障315是用于防止溝道314和光電轉(zhuǎn)換部分316之間電荷泄露的屏障。在源極-漏極方向上在柵極電極321的兩側(cè)形成源極313和漏極312。在與漏極 312內(nèi)側(cè)的側(cè)壁部分322的平面位置相同的平面位置形成溢出屏障317。在像素300的外邊緣中形成絕緣屏障318，如圖中所示。絕緣屏障318也稱為套管，且用作用于防止相鄰像素300之間電子的泄露的屏障。光電轉(zhuǎn)換部分316是用于積累對應(yīng)于入射光的電荷的部分，并形成于由絕緣屏障 318、溢出屏障317以及溝道傳感器間屏障315所包圍的部分中。因此，圖4A和圖4B的像素300具有與圖1的CMD的等效電路對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。即，源極313、溝道314、漏極312、柵極絕緣薄膜311以及柵極電極321構(gòu)成對應(yīng)于圖1的晶體管 TR的部分。在這樣的晶體管TR的結(jié)構(gòu)中，漏極312和源極313之間的電流通過溝道314與半導(dǎo)體基底310的表面平行地流動。光電轉(zhuǎn)換部分316對應(yīng)于圖1的光電二極管PD。在圖4A和圖4B的結(jié)構(gòu)中，漏極312也用作溢出漏極。即，光電轉(zhuǎn)換部分316中所積累的過多的電荷釋放到溢出屏障317之上的漏極312。圖5說明了由圖4B的虛線bl_b2 指示的每一屏障部分中的電位。如圖5所示，在絕緣屏障318、溝道傳感器間屏障315以及溢出屏障317當(dāng)中，溢出屏障317具有最深的電位，且因此，電荷積累在溢出屏障317中。 當(dāng)積累量等于或者大于某個值時，過多的電荷釋放到漏極312側(cè)。在圖4A和圖4B的結(jié)構(gòu)中，關(guān)于光電轉(zhuǎn)換部分316和溢出屏障317，在橫向方向上沿源極-漏極方向并排地布置作為溢出漏極的漏極312。在該結(jié)構(gòu)中，也可以將溢出漏極稱為橫向溢出漏極。在作為CMD的像素300中，如以上所描述的，當(dāng)啟動P-相位周期時，復(fù)位所積累的電荷，并且在復(fù)位時，使用具有預(yù)定電壓值的脈沖將復(fù)位信號VD施加于漏極312。通過施加復(fù)位信號VD，消除了溢出屏障317，并且光電轉(zhuǎn)換部分316中所積累的電荷釋放到漏極312。 溢出屏障317還隨復(fù)位信號VD的電壓值的增加而減少。因此，消除溢出屏障317所需的電壓值設(shè)置為復(fù)位信號VD。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，必須將復(fù)位信號VD的電壓值設(shè)置為高于諸如柵極電壓(行選擇信號VG)之類的其它晶體管驅(qū)動電壓。然而，考慮能耗，優(yōu)選地將復(fù)位信號VD盡量設(shè)置得低。因此，根據(jù)本公開的實施例，如圖4A和圖4B所示，在平面方向上除面對柵極電極 321的位置之外的區(qū)域中形成溢出屏障317。具體地說，溢出屏障317布置在形成于柵極電極321的一端中的側(cè)壁部分322下。盡管以下將描述其原因，然而，以這一方式可以通過設(shè)置柵極電極321和溢出屏障317之間的位置關(guān)系來降低復(fù)位信號VD的電壓值。因此，可以減少能耗。此處，平面方向指的是平行于柵極電極321的表面的平面上的二維位置。因此， 當(dāng)從垂直于柵極電極321的表面的方向看時，溢出屏障317和柵極電極321布置在不同區(qū)域中。在現(xiàn)有技術(shù)中諸如柵極電壓之類的較高電壓值設(shè)置為復(fù)位信號VD的情況下，必須對于復(fù)位信號VD單獨地安裝電源電路。相比之下，根據(jù)本公開的實施例，由于可以降低復(fù)位信號VD的電壓值，所以可以將復(fù)位信號VD的電壓值設(shè)置為與柵極電壓等相同的值。因此，對于柵極電壓等以及對于復(fù)位信號VD可以使用相同的電源電路，并減小電路尺寸。[制造像素的示例性過程]以下，將參考圖6A到圖8B描述圖4A和圖4B的像素300的制造過程。圖6A到圖8B中所示的像素300相應(yīng)于圖4B中虛線所包圍的部分。此處，在像素300的制造過程當(dāng)中，將描述與圖4B中虛線所包圍的部分相關(guān)的過程。即，將描述設(shè)置柵極電極321和溢出屏障317之間的位置關(guān)系的過程，以及通過自校準(zhǔn)來精確地限定柵極電極321、溢出屏障 317以及漏極312之間的位置關(guān)系的過程。首先，如圖6A所示，在半導(dǎo)體基底310的表面上形成了柵極絕緣膜311。因此，通過熱氧化技術(shù)形成由氧化硅膜制成的表面氧化膜，并且通過諸如化學(xué)蒸汽沉淀(CVD)技術(shù)之類的沉淀來順序地堆疊了硅氮化硅膜和氧化硅膜。然后，通過插入柵極絕緣膜311，通過執(zhí)行向半導(dǎo)體基底310的硼離子(B+)的離子灌輸(Plantation)，從而形成ρ-型層331，并且通過執(zhí)行砷離子(As+)的離子注入 (implantation)來形成η-型層332。η-型層332是根據(jù)本公開實施例的第一雜質(zhì)擴(kuò)散層的示例。接下來，如圖6Β所示，例如，通過沉淀，在柵極絕緣膜311的上表面上形成由多晶硅制成的電極材料層333。然后，通過對于電極材料層333執(zhí)行照相平版印刷來形成柵極電極321，如圖6C所示。然后，如圖7Α所示，通過離子灌輸形成ρ-型層335。在該情況下所注入的離子不通過柵極電極321傳輸。因此，形成ρ-型層335，以使得位于柵極電極321下的η-型層332 保留，并消除不在柵極電極321之下的部分中的η-型層332。位于柵極電極321之下并保留未被消除的一部分η-型層332對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換部分316。另外，位于光電轉(zhuǎn)換部分316 之下的P-型層331用作溝道傳感器間屏障315，如圖4Β所示。而且，ρ-型層335對應(yīng)于根據(jù)本公開實施例的第二雜質(zhì)擴(kuò)散層的示例。關(guān)于柵極電極321的邊緣來通過自校準(zhǔn)形成P-型層335。因此，如圖7Α中的虛線所表示的，其中P-型層335、P-型層331以及光電轉(zhuǎn)換部分316的每個側(cè)面互相鄰接的邊界位置與柵極電極321的端部的位置相匹配。即，關(guān)于柵極電極321的位置以高精讀設(shè)置邊界位置。接下來，如圖7Β所示，在其中已經(jīng)通過沉淀形成了柵極電極321的半導(dǎo)體基底310 的整個表面上形成側(cè)壁材料層334。然后，通過后蝕刻過程去除側(cè)壁材料層334，如圖8Α所示。作為后蝕刻過程的結(jié)果，與柵極電極321的側(cè)面相接觸的側(cè)壁材料層334的一部分保留未被去除。因此，保留未被去除的側(cè)壁材料層334的一部分對應(yīng)于側(cè)壁部分332。另外，在后蝕刻過程期間，可以以相對高的精度調(diào)整如圖8Α和圖8Β所示的側(cè)壁部分322的源極-漏極方向上的寬度W。側(cè)壁部分322的寬度W限定源極-漏極方向上溢出屏障317的寬度，如以下所描述的。因此，根據(jù)本公開的實施例，必須設(shè)置側(cè)壁部分322的寬度W，以使得ρ-型層最有效地用作溢出屏障317。然后，如圖8Β所示，以高濃度執(zhí)行離子注入。側(cè)壁材料層334屏蔽所注入的離子， 而不傳輸它們。于是，在側(cè)壁部分322的端部位置的外側(cè)形成η+-型層以消除ρ-型層335。 按這一方式形成的η+-型層對應(yīng)于漏極312。另外，盡管在側(cè)壁部分322之下形成了保留未被消除的P-型層335的一部分，然而該部分對應(yīng)于溢出屏障317。關(guān)于虛線Ll所表示的側(cè)壁部分322的端部，通過自校準(zhǔn)來限定鄰接漏極312的側(cè)面和面對漏極312的溢出屏障 317的側(cè)面的邊界位置。作為漏極312的η+-型層對應(yīng)于根據(jù)本公開實施例的第三雜質(zhì)擴(kuò)散層的示例。與圖8Β相比，在鄰接ρ-型層331中的柵極絕緣膜311的邊界中形成圖4Β的溝道 314。與漏極312類似，關(guān)于源極側(cè)中側(cè)壁部分332的端部，通過自校準(zhǔn)，由離子灌輸形成圖4Β中的源極313。類似于漏極，源極313由η+-型層制成。從以上的描述中可以明顯看出，關(guān)于柵極電極321和側(cè)壁部分322，通過自校準(zhǔn)來限定溢出屏障317的位置。而且，形成漏極312，以使得如以上所述的，通過自校準(zhǔn)來限定與溢出屏障317的邊界。即，根據(jù)本公開的實施例，由于通過自校準(zhǔn)形成溢出屏障317和漏極312，所以可以在其形成位置中無偏差地獲得高精度。因此，例如，可以在形成圖像傳感器 100的每一像素300中減小諸如飽和電荷量或者復(fù)位值之類的偏差。在以上所提到的過程中，關(guān)于柵極電極321，通過自校準(zhǔn)來形成用作溢出屏障317 的源極的P-型層335。而且，還關(guān)于形成在柵極電極321的端部中的側(cè)壁部分322，通過自校準(zhǔn)來形成溢出屏障317和漏極312。因此，在平面方向上在側(cè)壁部分322下形成溢出屏障 317。通過圖6Α到圖8Β中所示的根據(jù)本公開實施例的過程，可以在平面方向上在不面對柵極電極321的位置通過自校準(zhǔn)來形成溢出屏障317。側(cè)壁部分322用作用于在以圖8Β所示的自校準(zhǔn)形成漏極312和溢出屏障317的基準(zhǔn)，且不具有其它功能。于是，在圖8Β的過程之后，可以添加去除側(cè)壁部分322的過程。 然而，即使側(cè)壁部分322保持其原來的狀態(tài)，圖像傳感器的大小或者操作也不會有問題。因此，為了減少根據(jù)本公開實施例的過程的數(shù)目，假設(shè)不執(zhí)行去除側(cè)壁部分322的過程。[復(fù)位電壓的描述]如以上所述的，柵極電極321和溢出屏障317定位為不互相面對。因此，如以上所描述的，可以降低要作為復(fù)位信號VD輸出的脈沖電壓的值。在這一情況下，將作為復(fù)位信號VD的脈沖電壓稱為復(fù)位電壓。此處，作為與本公開實施例的比較，假設(shè)將根據(jù)在JP-A-2006-228762中所公開的現(xiàn)有技術(shù)中的制造過程所制造的像素應(yīng)用于CMD。按該方式制造的CMD的像素具有與JP-A-2006-228762中所公開的C⑶類似的雜質(zhì)擴(kuò)散層的布置結(jié)構(gòu)。另外，柵極電極321、柵極絕緣膜311、光電轉(zhuǎn)換部分316、溢出屏障317以及漏極312如下對應(yīng)于 JP-A-2006-228762中所公開的CXD的部分。具體地說，在傳輸電極的位置形成柵極電極 321。在傳輸電極下形成柵極絕緣膜311作為絕緣膜。在傳輸電極下形成的傳輸CCD η-型層的位置形成光電轉(zhuǎn)換部分316。在傳輸CCD η-型層的橫向側(cè)布置的光傳感器η-型層的位置形成漏極312。溢出屏障317形成在傳輸CCD n_型層和光傳感器n_型層之間的電荷讀取部分的位置。在現(xiàn)有技術(shù)的制造過程的CMD的像素結(jié)構(gòu)中，在平面方向上在面對柵極電極321的位置布置溢出屏障317。如以上所描述的，復(fù)位電壓施加于漏極312，這樣的電壓施加消除了溢出屏障 317。可以由調(diào)制度指示可依據(jù)施加于漏極312的電壓消除多少溢出屏障317。此處，調(diào)制度表示目標(biāo)點取決于施加到特定部分的固定電位的改變程度。根據(jù)本公開的實施例，施加到特定部分的固定電位對應(yīng)于施加到漏極312的復(fù)位電壓，且目標(biāo)點對應(yīng)于溢出屏障317?？梢允褂媚繕?biāo)點和在周圍將固定電位施加到的部分之間的耦合電容來獲得調(diào)制度。具體地說，從漏極312到溢出屏障317的調(diào)制度可以如下方式獲得。圖9說明了類似于圖8B的像素300的結(jié)構(gòu)。在圖9中，在對應(yīng)于目標(biāo)點的溢出屏障317的周圍將固定電壓施加到的部分包括柵極電極321、光電轉(zhuǎn)換部分316以及漏極 312。此處，Cl表示柵極電極321和溢出屏障317之間的耦合電容。此外，C2表示光電轉(zhuǎn)換部分316和溢出屏障317之間的耦合電容。此外，C3表示漏極312和溢出屏障317之間的耦合電容?？梢曰谙铝蟹匠太@得從漏極312至溢出屏障317的調(diào)制度G。G = C3/(C1+C2+C3)S卩，可以獲得調(diào)制度G，作為通過平行連接漏極312和溢出屏障317之間的耦合電容所獲得的電容與通過使用溢出屏障317作為目標(biāo)點所獲得的總的耦合電容的比率。如果施加到漏極312的復(fù)位電壓具有同樣的情況，則當(dāng)調(diào)制度G增加時，溢出屏障 317易于改變。S卩，易于消除。這意味著當(dāng)調(diào)制度G增加時，可以使用低復(fù)位電壓消除溢出屏障317。在以上所提到的方程中，當(dāng)任何一個分母，即耦合電容Cl或者C2減小時，調(diào)制度 G增加。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的實施例注重于柵極電極321和溢出屏障317之間的耦合電容Cl，使得通過減小耦合電容Cl來增加調(diào)制度G。S卩，在使用現(xiàn)有技術(shù)制造過程的CMD的像素中，溢出屏障317面對柵極電極321布置。其原因在于，現(xiàn)有技術(shù)的制造過程最初是針對制造CCD而設(shè)計的，而且，由于在柵極電極321的位置形成的傳輸電極，所以必須將電壓施加到在溢出屏障317的位置形成的電荷讀取部分。在這一情況下，布置在傳輸電極下的電荷讀取部分和兩側(cè)的面對區(qū)域有益地設(shè)置得盡可能大。然而，在具有這樣的結(jié)構(gòu)的CMD的情況下，柵極電極321和溢出屏障317之間的面對區(qū)域設(shè)置得大，而且柵極電極321和溢出屏障317之間的耦合電容Cl也增加。因此，減小了調(diào)制度G。然而，在CMD型像素的情況下，由于電荷讀取部分的區(qū)域?qū)?yīng)于溢出屏障317，所以不必從柵極電極321向溢出屏障317施加電壓。因此，根據(jù)本公開的實施例，在平面方向上在其中未布置柵極電極321的位置形成溢出屏障317?？梢越⑽恢藐P(guān)系，以使得柵極電極321和溢出屏障317之間的面對區(qū)域減小到幾乎為0，并且耦合電容Cl設(shè)置為顯著小的值。于是，根據(jù)本公開實施例的像素300的調(diào)制度G大于使用現(xiàn)有技術(shù)的過程所制造的 CMD型像素的調(diào)制度G。另外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，還可以將復(fù)位電壓設(shè)置為較低的值。具體地說，假設(shè)使用現(xiàn)有技術(shù)過程制造的CMD型像素的耦合電容C1、C2和C3設(shè)置如下Cl = 4. OfF,C2 = 0. 5fF,以及C3 = 0. 5fF。在這一情況下，調(diào)制度G變?yōu)?. 1。相比之下，假設(shè)根據(jù)本公開實施例的像素300的耦合電容Cl、C2和C3設(shè)置如下Cl = 1. OfF,C2 = 0. 5fF，以及C3 = 0. 5fF。S卩，與使用現(xiàn)有技術(shù)的過程制造的CMD型像素相比，耦合電容C2和C3相同，然而， 由于柵極電極321和溢出屏障317之間的位置關(guān)系的差，耦合電容Cl減少至1. OfF。在這一情況下，調(diào)制度G變?yōu)?. 2，這是使用現(xiàn)有技術(shù)過程所制造的CMD型像素的調(diào)制度G的2 倍。例如，在使用現(xiàn)有技術(shù)過程所制造的CMD型像素中，需要3V的復(fù)位電壓。然而，根據(jù)本公開的實施例，可以將復(fù)位電壓設(shè)置為1. 5V，這是現(xiàn)有技術(shù)復(fù)位電壓的一半。因此，根據(jù)本公開的實施例，可以通過在漏極312下形成不面對柵極電極321的溢出屏障317來降低復(fù)位電壓。另外，例如，由于通過自校準(zhǔn)形成用作溢出屏障317和溢出漏極的漏極312，所以降低了圖像傳感器的每一像素300的特性的變化，并且不妨礙最小化。在現(xiàn)有技術(shù)的制造過程中，必須在平面方向上在其中布置傳輸電極的范圍內(nèi)的位置形成電荷讀取部分。因此，與根據(jù)本公開實施例的制造過程不同，難以關(guān)于傳輸電極通過自校準(zhǔn)來形成電荷讀取部分。因此，在使用現(xiàn)有技術(shù)的制造過程中，必須在形成傳輸電極之前形成覆蓋層，并且通過關(guān)于覆蓋層執(zhí)行自校準(zhǔn)，來設(shè)置傳輸CCD η-型層和電荷讀取部分之間的邊界。相比之下，在平面方向上在偏離柵極電極321的位置布置根據(jù)本公開實施例的溢出屏障317。因此，可以在不形成覆蓋層的情況下，通過關(guān)于柵極電極321的自校準(zhǔn)來形成溢出屏障317，并且減少了過程數(shù)目。<2.修改〉[應(yīng)用于除CMD之外的類型]在以上的描述中，假設(shè)像素300為CMD型。然而，如果像素構(gòu)造為使得橫向形成溢出屏障和漏極(溢出漏極)，則也可以將本公開的實施例應(yīng)用于除CMD之外的類型。具體地說，作為對根據(jù)本公開實施例的固態(tài)成像裝置的修改，可以想象除CMD之外的像素結(jié)構(gòu)，其中在平面方向上不面對柵極電極地形成溢出屏障。可以適當(dāng)?shù)馗淖兿袼?00中的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本公開的實施例僅為實現(xiàn)本公開的示例，從說明書中可以明顯看出，本公開實施例中所描述的要素對應(yīng)于所附權(quán)利要求中的具體要素。類似地，所附權(quán)利要求中的具體要素對應(yīng)于本公開實施例中類似命名的要素。所述實施例不意在對本公開進(jìn)行限制，而可以在不背離所附權(quán)利要求或者其等效物的精神與范圍的情況下對本公開進(jìn)行多方面的修改、組合、部分組合以及變更。本公開包括與于2010年12月2日向日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請JP 2010-269176中所公開的主題相關(guān)的主題，將其全部內(nèi)容并入此處以作參考。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括柵極電極，布置在半導(dǎo)體基底的上表面之上； 光電轉(zhuǎn)換部分，形成在所述半導(dǎo)體基底之上以位于柵極電極下； 溢出屏障，形成在所述半導(dǎo)體基底之上以位于在平面方向上除面對柵極電極的位置之外的部分中，并鄰接所述光電轉(zhuǎn)換部分的側(cè)面；以及漏極，形成在所述半導(dǎo)體基底之上以鄰接所述溢出屏障與鄰接所述光電轉(zhuǎn)換部分的側(cè)面相對的側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述溢出屏障互相鄰接的邊界位置與所述柵極電極的一端的位置相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，還包括布置為鄰接漏極側(cè)中所述柵極電極的一端的側(cè)壁部分，其中，所述溢出屏障和所述漏極互相鄰接的邊界位置與所述側(cè)壁部分的一端的位置相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述側(cè)壁部分是在執(zhí)行其中布置所述柵極電極的半導(dǎo)體基底的前表面上形成的側(cè)壁材料層的去除過程時保留未被去除的側(cè)壁材料層的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中，在執(zhí)行去除側(cè)壁材料層的過程時設(shè)置從鄰接所述柵極電極的一端到相對端延伸的側(cè)壁部分的寬度。
6.一種制造固態(tài)成像裝置的方法，包括通過對半導(dǎo)體基底執(zhí)行離子注入，來形成對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換部分的第一雜質(zhì)擴(kuò)散層； 在其中已經(jīng)形成了所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散層的半導(dǎo)體基底的上表面上形成柵極電極； 通過對其中已經(jīng)形成了所述柵極電極的半導(dǎo)體基底執(zhí)行離子灌輸，來形成對應(yīng)于溢出屏障的第二雜質(zhì)擴(kuò)散層；在其中已經(jīng)形成了所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散層的半導(dǎo)體基底的整個上表面上形成側(cè)壁材料層；當(dāng)執(zhí)行了從半導(dǎo)體基底去除側(cè)壁材料層的過程時，形成作為在所述柵極電極的一端中保留未被去除的側(cè)壁材料層的一部分的側(cè)壁部分；以及通過對其中已經(jīng)形成了所述側(cè)壁部分的半導(dǎo)體基底執(zhí)行離子注入來形成對應(yīng)于漏極的第三雜質(zhì)擴(kuò)散層。
全文摘要
提供了固態(tài)成像裝置及其制造方法。該固態(tài)成像裝置包括布置在半導(dǎo)體基底上表面之上的柵極電極；形成在半導(dǎo)體基底之上以位于柵極電極下的光電轉(zhuǎn)換部分；形成在半導(dǎo)體基底上以位于在平面方向上除面對柵極電極的位置之外的部分中并鄰接光電轉(zhuǎn)換部分的側(cè)面的溢出屏障；以及形成在半導(dǎo)體基底之上以鄰接溢出屏障與鄰接光電轉(zhuǎn)換部分的側(cè)面相對的側(cè)面的漏極。
文檔編號H01L27/148GK102487067SQ201110379599
公開日2012年6月6日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者成澤聰介 申請人:索尼公司