固態(tài)攝像元件和攝像設(shè)備的制造方法
【專利說明】固態(tài)攝像兀件和攝像設(shè)備
[0001]本申請是申請日為2011年3月22日、申請?zhí)枮?01110068094.2、發(fā)明名稱為“固態(tài)攝像元件和攝像設(shè)備”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及固態(tài)攝像元件以及包括該固態(tài)攝像元件的攝像設(shè)備，例如照相機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]對于采用半導(dǎo)體的固態(tài)攝像元件(成像傳感器)，已經(jīng)知曉包括采用半導(dǎo)體pn結(jié)的光電二極管的構(gòu)造，該利用半導(dǎo)體pn結(jié)的光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換元件。
[0004]這樣的固態(tài)攝像元件被安裝到很多設(shè)備，例如數(shù)字照相機(jī)、視頻照相機(jī)、監(jiān)測照相機(jī)、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)。
[0005]此外，在很多情況下，以CMOS工藝制造的包括周邊電路的所謂的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型固態(tài)攝像元件被用作這樣的固態(tài)攝像元件。
[0006]圖20是示出CMOS型固態(tài)攝像元件的構(gòu)造示例的示意性框圖。
[0007]由圖20可知，CMOS型固態(tài)攝像元件在同一半導(dǎo)體基板上包括:多個像素51，設(shè)置成矩陣并且其每一個均進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；垂直信號線52，通過該垂直信號線52信號分別從各像素51取出；垂直選擇電路53 ;水平選擇/信號處理電路54 ;以及輸出電路55。在圖20中，附圖標(biāo)記56表示攝像區(qū)域。
[0008]圖21是示出圖20所示的CMOS型固態(tài)攝像元件的單元像素的構(gòu)造的電路圖。
[0009]如圖21所示，單元像素包括:用作光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管HX傳輸晶體管61、復(fù)位晶體管62、放大晶體管63、選擇晶體管64、垂直信號線65和浮置擴(kuò)散區(qū)域CFD。
[0010]復(fù)位晶體管62、傳輸晶體管61和選擇晶體管64分別連接到復(fù)位線RST、傳輸線TX和水平選擇線SEL，并且根據(jù)來自圖20所示的垂直選擇電路53的脈沖信號而被驅(qū)動。
[0011]光電二極管ro以其一端接地，并通過光電轉(zhuǎn)換將入射其上的光轉(zhuǎn)換成電子(或空穴)，從而將所產(chǎn)生的電荷(電子或空穴)累積在其中。光電二極管ro的另一端通過傳輸晶體管61連接到浮置擴(kuò)散區(qū)域cFD。因此，通過導(dǎo)通傳輸線TX，電荷從光電二極管ro轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)域cFD。
[0012]浮置擴(kuò)散區(qū)域CFD的一端連接到放大晶體管63的柵極電極，并且還通過選擇晶體管64連接到垂直信號線65。多個單元像素連接到垂直信號線65。因此，將連接到某給定垂直信號線65的選擇晶體管64導(dǎo)通，從而使來自所期望的光電二極管的信號輸出。垂直信號線65連接到由恒定電壓偏置的晶體管(恒流源)66，并且與放大晶體管63組合構(gòu)成所謂的源極跟隨器電路。
[0013]另外，圖22示出了 CMOS型固態(tài)攝像元件的單元像素的平面布局的示例。
[0014]對于光電二極管ro和晶體管的隔離，ρ型阱區(qū)域(未示出)提供在光電二極管ro及晶體管的周圍。
[0015]盡管此前阱接觸(well contact)僅提供在像素區(qū)域的周圍，但是在該示例中，接觸隨著多像素改進(jìn)而提供在每一個像素中。就是說，處于使金屬配線69和P型阱區(qū)域彼此連接的目的，阱接觸68提供在包括光電二極管的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域67的左上角。
[0016]這里，圖23是在元件間的隔離由絕緣體和P型區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的情況下沿著圖22的X-X’剖取的截面圖。圖23的圖示中省略了上金屬配線層。
[0017]盡管元件間的隔離通常主要由絕緣體76來實(shí)現(xiàn)，但是P型區(qū)域77形成在絕緣體76下面。P型區(qū)域77與光電二極管的表面上的P+型區(qū)域74 —起連接到阱接觸68。
[0018]盡管在圖23中元件間的隔離由隔離76和P型區(qū)域77 二者實(shí)現(xiàn)，但是如與圖23類似的圖24的截面圖所示，元件間的隔離區(qū)域可以僅由P型區(qū)域77形成。
[0019]還是在此情況下，與圖23的情況類似，用于元件間隔離的P型區(qū)域77和光電二極管的P+型區(qū)域74 二者連接到阱接觸68。
[0020]如圖23和24所示，用于元件間隔離的P型區(qū)域77連接到阱接觸68。然而，在該結(jié)構(gòu)中，存在作為少數(shù)載流子的電子e被從阱接觸68注入到P型區(qū)域77的問題。該問題記載在日本專利特開第2006-32385號公報中。
[0021]就是說，該問題分別如圖23和24中的箭頭所示，注入的電子e在P型區(qū)域77內(nèi)擴(kuò)散，從而流入到η型區(qū)域73中(在該η型區(qū)域73中累積有光電二極管中通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電子)并成為暗電流，由此劣化了圖像質(zhì)量。
[0022]現(xiàn)在如圖25的電路圖所示，通常存在所謂的共享像素構(gòu)造，其中在多個光電二極管之間共享浮置擴(kuò)散區(qū)域Cfd、放大晶體管63和選擇晶體管64。
[0023]在圖21所示的電路構(gòu)造中，采用一個光電二極管H)連接到一個放大晶體管63的構(gòu)造。另一方面，在圖25所示的電路構(gòu)造中，采用四個光電二極管HH、H)2、PD3和PD4連接到一個放大晶體管63的構(gòu)造。就是說，放大晶體管63等在四個像素間共享。應(yīng)當(dāng)注意的是，為每個像素提供傳輸晶體管61。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]圖26示出了在采用放大晶體管等在兩個像素間共享的構(gòu)造的情況下平面布局的示例。
[0025]在圖26中的虛線80所表示的區(qū)域中，兩個像素的光電二極管轉(zhuǎn)換區(qū)域67共同連接到浮置擴(kuò)散區(qū)域FD和放大晶體管63。
[0026]即使在圖26所示的放大晶體管等在兩個像素間共享的結(jié)構(gòu)中，也類似地存在圖23和24所示的電子流入光電二極管的問題。
[0027]這里，圖27示出了在像素隔離區(qū)域由絕緣體和P型區(qū)域形成的情況下沿著圖26的Y-Y’剖取的截面圖。另外，圖28示出了在像素隔離區(qū)域僅由P型區(qū)域形成的情況下沿著圖26的Y-Y’剖取的截面圖。
[0028]參考圖27和28，阱接觸68形成于在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域67的表面上與P+型區(qū)域74分開形成的P+型區(qū)域78中。在圖27和圖28的每一個的左側(cè)，輸出接觸70連接到選擇晶體管64的n+型區(qū)域79。
[0029]還是在此情況下，從阱接觸68注入的電子e通過P型區(qū)域77，流入到光電二極管的η型區(qū)域73中。
[0030]圖29是示出由阱接觸68注入的電子e流入到光電二極管中的狀態(tài)的能帶示意圖。
[0031]盡管連接到阱接觸68的部分通常形成為p+型區(qū)域78，但是ρ +型區(qū)域78周圍的Ρ型區(qū)域77中的ρ型雜質(zhì)濃度稍低。因此，如圖29的箭頭所示，從阱接觸68注入的電子e流入到了光電二極管的η型區(qū)域73中而沒有受到阻擋。
[0032]本發(fā)明旨在解決上述問題，因此所希望的是提供一種固態(tài)攝像元件以及包括該固態(tài)攝像元件的攝像設(shè)備，在該固態(tài)攝像元件中阱接觸注入的電子到光電二極管的流動被抑制以減少暗電流的產(chǎn)生，由此獲得了滿意的圖像質(zhì)量。
[0033]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所提供的固態(tài)攝像元件包括:
[0034]光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，提供在每個像素中；
[0035]晶體管，為每個像素的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域而提供；
[0036]第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域，構(gòu)造為使光電轉(zhuǎn)換區(qū)域和晶體管彼此隔離；
[0037]第一導(dǎo)電類型的阱區(qū)域，在其中形成有光電轉(zhuǎn)換區(qū)域、晶體管以及第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域；
[0038]接觸部分，形成在第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域上，構(gòu)造為提供用于將第一導(dǎo)電類型的阱區(qū)域固定到給定電勢的電勢；以及
[0039]第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)域，形成為在接觸部分和光電轉(zhuǎn)換區(qū)域之間的第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域中自第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域的表面沿深度方向延伸，并且第一導(dǎo)電類型的該雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度比第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃度足夠地高。
[0040]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)攝像元件，雜質(zhì)濃度比第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域足夠地高的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)域形成在接觸部分和光電轉(zhuǎn)換區(qū)域之間的第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域中。
[0041]結(jié)果，第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)域用作阻擋從接觸部分注入的少數(shù)載流子(電子或空穴)的勢皇。因此，能夠抑制或者防止少數(shù)載流子流入到光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中。
[0042]因此，能夠抑制或者防止因少數(shù)載流子流入到光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中而產(chǎn)生的暗電流。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，所提供的固態(tài)攝像元件包括:
[0044]光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，提供在每個像素中；
[0045]晶體管，為每個像素的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域而提供，并且至少包括傳輸晶體管和放大晶體管，除傳輸晶體管之外的晶體管形成為被多個像素的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域所共用；
[0046]第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域，構(gòu)造為使光電轉(zhuǎn)換區(qū)域和晶體管彼此隔離；
[0047]第一導(dǎo)電類型的阱區(qū)域，在其中形成有光電轉(zhuǎn)換區(qū)域、晶體管和第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域；
[0048]接觸部分，形成在第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域上，構(gòu)造為提供用于將第一導(dǎo)電類型的阱區(qū)域固定到給定電勢的電勢；以及
[0049]勢皇，形成在接觸部分和光電轉(zhuǎn)換區(qū)域之間的第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域中，并且提供為阻擋從接觸部分注入的少數(shù)載流子。
[0050]根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的固態(tài)攝像元件，勢皇形成在接觸部分和光電轉(zhuǎn)換區(qū)域之間的第一導(dǎo)電類型的隔離區(qū)域中，并且提供為阻擋從接觸部分注入的少數(shù)載流子。
[0051]勢皇的提供使得能夠抑制或者防止少數(shù)載流子流入到光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中。
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