固態成像器件及其驅動方法
2023-10-09 01:29:49
專利名稱：固態成像器件及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種固態成像器件及其驅動方法。
背景技術：
日本未決專利公開No.H2-50480公開了一種固態成像器件，該器件包括形成在半導體襯底中並且產生對應於入射光的信號電荷的光電轉換單元；與光電轉換單元相鄰地位於半導體襯底中、並且臨時積累信號電荷的電荷積累單元；接收來自電荷積累單元的信號電荷並且轉移該信號電荷的轉移柵單元；以及CCD。
圖6示出了日本未決專利公開No.H2-50480中公開的固態成像器件的剖面圖。在這種構造中，通常在範圍從光電轉換單元、電荷積累單元17、轉移柵單元18以及CCD的區域上形成N型區12。在襯底中的電荷積累單元17的表面部分中，形成P+型區14使其連接到光電轉換單元的表面P+型區4，從而在比P+型區4形成的水平淺的水平處形成p-n結。同時，P-型區15形成在轉移柵8下的襯底的表面部分中。因為形成在電荷積累單元17中的N型區比光電轉換單元中的N型區厚，如圖所示，所以電荷積累單元17具有比較深的勢阱。
圖7示出了日本未決專利公開No.H6-236987中公開的固態成像器件的剖面圖。
該固態成像器件包括將入射光轉換成信號電荷並積累該信號電荷的雜質擴散區1002(光電轉換單元)；將在雜質擴散區1002中積累的信號電荷讀出到其中的讀出區1007；以及控制將雜質擴散區1002中積累的信號電荷讀出到讀出區1007中的電荷讀出柵1008。在雜質擴散區1002和電荷讀出柵1008之間，形成高濃度雜質擴散區1009，該高濃度雜質擴散區1009具有設置得比雜質擴散區1002的電勢淺的電勢，並且在積累周期中，允許信號電荷從雜質擴散區1002流入到其中並且積累在其中。積累柵電極1011形成在高濃度雜質擴散區1009上。高濃度雜質擴散區1009具有與電荷讀出柵1008的導電類型不同的導電類型。
在這種構造的固態成像器件中，如下所述讀出信號電荷。首先，在信號電荷的積累周期中，使積累柵電極1011和讀出柵電極1003降到低電平。在此信號電荷積累在高濃度雜質擴散區1009中。當只有讀出柵電極1003升到高電平時，積累在高濃度雜質擴散區1009中的信號電荷能夠流入到電荷讀出柵1008中。如果然後對積累柵電極1011施加負電壓，則積累在高濃度雜質擴散區1009中的信號電荷能夠快速流入到電荷讀出柵1008中。
然而，上述現有技術在以下方面存在問題。
日本未決專利公開No.H6-236987中描述的固態成像器件具有電荷讀出柵1008，該電荷讀出柵1008由落在高濃度雜質擴散區1009和讀出區1007之間的半導體襯底1001的表面部分構成。在這種構造中，由於通過形成在半導體襯底的表面部分中的溝道進行轉移，在高濃度雜質擴散區1009中積累的電荷被讀出到讀出區1007。因此，在將高濃度雜質擴散區1009中積累的電荷讀出到讀出區1007的過程中，除非對讀出柵電極1003施加高電壓，電荷讀出柵1008決不會具有深的電勢。特別地，在高濃度雜質擴散區1009和電荷讀出柵1008之間的界面處的電勢將保持在高電平，並且這將降低轉移效率。
相似地，在日本未決專利公開No.H2-50480中描述的固態成像器件具有轉移柵單元18，該轉移柵單元18由具有與光電轉換單元和電荷積累單元的導電類型(N型)不同導電類型的P-型區15構成。因此，同樣在此構造中，在從電荷積累單元17讀出電荷時，需要對轉移柵8施加高電壓。
發明內容
根據本發明，提供一種固態成像器件(或者固態圖像拾取器件)，包括半導體襯底；位於半導體襯底的表面部分中的第一導電類型的雜質區；形成在雜質區中的光電轉換單元；與光電轉換單元接觸地形成在雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在光電轉換單元中產生的電荷，電荷積累單元具有第一導電性；與電荷積累單元接觸地形成在雜質區中的阻擋單元，其使電荷積累單元積累電荷，阻擋單元具有第一導電性；以及提供給電荷積累單元的第一電極。
這裡，半導體襯底的表面部分在具有形成在其中的電荷積累單元和阻擋單元的區域上可以具有第一導電類型。
在此構造中，在光電轉換單元中產生的電荷通過掩埋溝道轉移，該掩埋溝道是相同導電類型的區域，所以電荷的積累和轉移能夠只用低電壓控制。
固態成像器件可以還包括與阻擋單元接觸地形成在雜質區中的電荷讀出單元，其具有第一導電類型；與電荷讀出單元接觸地形成在雜質區中的電荷轉移單元，其具有第一導電類型；以及提供給電荷讀出單元的讀出電極，其中阻擋單元可以是電荷保持單元，其被構造成能夠根據輸入到讀出電極的信號的電平來臨時保持從電荷積累單元轉移的電荷。這裡，半導體襯底的表面部分在具有形成在其中的電荷積累單元、阻擋單元、電荷讀出單元和電荷轉移單元的區域上可以具有第一導電類型。
根據本發明，還提供了一種用於驅動固態成像器件的方法，所述固態成像器件包括半導體襯底；位於半導體襯底的表面部分中的第一導電類型的雜質區；形成在雜質區中的光電轉換單元；與光電轉換單元接觸地形成在雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在光電轉換單元中產生的電荷，電荷積累單元具有第一導電性；與電荷積累單元接觸地形成在雜質區中的阻擋單元，其使電荷積累單元積累電荷，阻擋單元具有第一導電性；以及提供給電荷積累單元的第一電極，所述方法包括當高電平信號輸入到第一電極時，在電荷積累單元中積累電荷；以及當低電平信號輸入到第一電極時，將在電荷積累單元中積累的電荷轉移到阻擋單元。
在這種構造中，當電荷積累單元的電勢相對於光電轉換單元的電勢加深時，電荷被積累在電荷積累單元中，所以光電轉換單元中產生的電荷能夠被有效地轉移到電荷積累單元。這種構造能夠成功地減少光電轉換單元的殘餘圖像。
根據本發明，還提供了一種用於驅動固態成像器件的方法，所述固態成像器件包括半導體襯底；位於半導體襯底的表面部分中的第一導電類型的雜質區；形成在雜質區中的光電轉換單元；與光電轉換單元接觸地形成在雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在光電轉換單元中產生的電荷，電荷積累單元具有第一導電性；與電荷積累單元接觸地形成在雜質區中的阻擋單元，其使電荷積累單元積累電荷，阻擋單元具有第一導電性；提供給電荷積累單元的第一電極；以及提供給阻擋單元的第二電極，所述方法包括當高電平信號輸入到第一電極，並且低電平信號輸入到第二電極時，在電荷積累單元中積累電荷；以及當低電平信號輸入到第一電極，並且高電平信號輸入到第二電極時，將在電荷積累單元中積累的電荷轉移到阻擋單元。
應該理解，上述組成部分的任意組合、以及在「方法」和「器件」之間交換的本發明的專利說明書中的任何表述作為本發明的實施例也是有效的。
本發明能夠成功地在低電壓下控制電荷的積累和轉移。
本發明的上述和其他目的，優點和特徵通過結合附圖的如下描述將變得更清楚，其中圖1是剖面圖，示出了根據本發明的實施例的固態成像器件的構造；圖2是根據本發明的實施例的固態成像器件的電勢圖；圖3A和3B分別是根據本發明的實施例的另一個固態成像器件的剖面圖和電勢圖；圖4是剖面圖，示出了根據本發明的實施例的再一個固態成像器件的構造；圖5A和5B分別是根據本發明的另一實施例的固態成像器件的剖面圖和電勢圖；圖6是剖面圖，示出了傳統固態成像器件的構造；以及圖7是剖面圖，示出了另一傳統固態成像器件的構造。
具體實施例方式
現在，將參考示意性的實施例來在此描述本發明。本領域技術人員將認識到，使用本發明的講解，能夠完成多種可選擇的實施例，並且本發明並不局限於以說明為目的而示出的實施例。
下面的段落將參考附圖描述本發明的實施例。注意，相似的標號被賦予任何相似的元件，並且將不重複說明。下面的實施例處理的是第一導電類型為N型的情況。
(第一實施例)本實施例的固態成像器件100適用於接觸傳感器，諸如典型應用在掃描器和MFP(多功能外圍設備)的CIS(接觸圖像傳感器)。
固態成像器件100包括光電轉換單元150；電荷積累單元152，其臨時積累光電轉換單元150中產生的電荷；電荷保持區154(阻擋單元)，其臨時保持從電荷積累單元152轉移的電荷；電荷讀出單元156；以及電荷轉移單元158。
固態成像器件100還包括N型半導體襯底102；形成在N型半導體襯底102中的P阱104；以及形成在P阱104的表面部分中的N型雜質區106。在本實施例中，光電轉換單元150、電荷積累單元152、電荷保持區154、電荷讀出單元156以及電荷轉移單元158都形成在N型雜質區106中。電荷積累單元152、電荷保持區154、電荷讀出單元156以及電荷轉移單元158均由N型雜質層構成。另外，電荷積累單元152、電荷保持區154、電荷讀出單元156以及電荷轉移單元158的表面部分均由N型雜質層構成。
光電轉換單元150包括第一N型雜質層112和形成在其上的第二P型雜質層114，二者都形成在N型雜質區106中。第一N型雜質層112是具有比N型雜質區106的載流子濃度高的載流子濃度的N+型雜質擴散區。第一P型雜質層110是具有比P阱104的載流子濃度高的載流子濃度的P+型雜質擴散區。如上所示，通過在第一N型雜質層112上形成第二P型雜質層114，能夠防止漏電流流入第一N型雜質層112，其中該漏電流是由於光電轉換單元150中的氧化矽膜界面處的能級引起的。
固態成像器件100包括與光電轉換單元150接觸地形成在N型雜質區106中的第二N型雜質層116。在本實施例中，電荷積累單元152由第二N型雜質層116的一部分構成。第二N型雜質層116是具有比N型雜質區106的載流子濃度低的載流子濃度的N-型雜質擴散區。
在本實施例中，光電轉換單元150和電荷積累單元152形成在N型雜質區106中。與光電轉換單元150相接觸地形成了第二N型雜質層116，其中第二N型雜質層116具有與第一N型雜質層112相同的導電類型。因而，在光電轉換單元150中產生的電荷在低電壓下能通過掩埋溝道轉移到電荷積累單元152。因此，使得能夠減小或者幾乎完全消除在低電壓下在光電轉換單元150中的殘留圖像(after-image)。
固態成像器件100包括遠離第二N型雜質層116地形成在N型雜質區106中的第三N型雜質層118。在本實施例中，電荷保持區154由第二N型雜質層116的剩餘部分和落在第二N型雜質層116和第三N型雜質層118之間的區域(N型雜質區106)構成。換言之，電荷保持區154由第一區154a(第二N型雜質層116)以及第二區154b(N型雜質區106)構成，其中第一區154a與電荷積累單元152接觸，第二區154b具有比第二N型雜質層116的電勢深的電勢。這種構造能夠將已經被轉移到電荷保持區154中的電荷向電荷轉移單元158的方向轉移。
形成第三N型雜質層118，以便構造電荷讀出單元156的一部分。在本實施例中，電荷讀出單元156由第三N型雜質層118和一部分N型雜質區106構成。第三N型雜質層118是具有比N型雜質區106的載流子濃度低的載流子濃度的N-型雜質擴散區。電荷讀出單元156的第三N型雜質層118具有比電荷保持區154的第二區154b淺的電勢。因此，通過調節輸入到電荷讀出電極126的信號電平，電荷能夠被保持在電荷保持區154中，或者被從電荷保持區154中讀出，下面將對其進行說明。
電荷轉移單元158由N型雜質區106的一部分構成。
固態成像器件100包括與光電轉換單元150接觸地形成在P阱104中的第一P型雜質層110；以及形成在其上的電極130。P型雜質層110起到了溝道停止區的作用。
固態成像器件100還包括提供給電荷積累單元152的電荷積累電極120(第一電極)，提供給電荷保持區154的第一電荷保持電極122(第二電極)和第二電荷保持電極124(第二電極)，提供給電荷讀出單元156的電荷讀出電極126(第三電極)，以及提供給電荷轉移單元158的電荷轉移電極128。儘管這裡，電荷積累電極120和第一電荷保持電極122被構造成彼此分離，但是他們能夠以一體的方式形成。儘管未示出，柵絕緣膜形成在每個單獨的電極和半導體襯底的表面之間。
在本實施例中，給電荷積累電極120提供第一時鐘信號TG1。第一時鐘信號TG1具有3.3V的高電平和0V的低電平。給電荷讀出電極126提供第二時鐘信號TG2。第二時鐘信號TG2具有3.3V的高電平和0V的低電平。給電荷轉移電極128提供第三時鐘信號1。第三時鐘信號1具有3.3V的高電平和0V的低電平。
在本實施例中，電荷積累單元152被構造成在第一狀態和第二狀態之間是可切換的，其中第一狀態為當向電荷積累電極120輸入具有比輸入到第一電荷保持電極122(以及第二電荷保持電極124)的信號的電平高的電平的信號時，允許電荷積累；第二狀態為當向電荷積累電極120輸入具有比輸入到第一電荷保持電極122(以及第二電荷保持電極124)的信號的電平低的電平的信號時，允許積累的電荷轉移。在本實施例中，通過如下所述來驅動固態成像器件100當高電平的第一時鐘信號TG1輸入到電荷積累電極120時，在電荷積累單元152中積累電荷；當低電平的第一時鐘信號TG1輸入到電荷積累電極120時，在電荷積累單元152中積累的電荷被轉移到電荷保持區154。在積累和轉移電荷的處理步驟中，可以將輸入到電荷積累電極120的高電平信號和低電平信號的信號值之間的恆定電勢提供給第一電荷保持電極122和第二電荷保持電極124。第一電荷保持電極122和第二電荷保持電極124電氣地連接，這允許輸入恆定電勢信號MEM1。恆定電勢信號MEM1可以是1V。
在本實施例中，電荷保持區154的第一區154a和電荷積累單元152由第二N型雜質層116構成，並且具有基本相同的雜質濃度(載流子濃度)。這種構造使得在沒有信號輸入的狀態下電荷積累電極120和第一電荷保持電極122的電勢基本相等。因此，在電荷積累單元152和電荷保持區154之間的相對電勢深度是可切換的，而不用顯著擴大輸入到電荷積累電極120的信號的電平差。現在假定輸入到電荷積累電極120的第一時鐘信號TG1的高電平和的電平之間的電勢差只有大約3V那樣大，這種構造允許以容易控制的方式將電荷積累到電荷積累單元152中並且從電荷積累單元152中讀出電荷。
圖2是如此構造的固態成像器件100的電勢圖。在此圖中，向下的方向表示較低(較深)的電勢。電荷向較低電勢側遷移。在本實施例中，電荷積累單元152被構造成基於輸入到電荷積累電極120的信號，其電勢的深度(高度)相對於電荷保持區154的電勢的深度(高度)是可切換的。
為將電荷積累到電荷積累單元152中，輸入到電荷積累電極120的第一時鐘信號TG1被升高到高電平(3.3V)。恆定電勢信號MEM1(1V)被輸入到第一電荷保持電極122和第二電荷保持電極124。因此，在此種情況下的電荷積累電極120被施加了比施加到第一電荷保持電極122的電壓高的電壓，所以電荷積累單元152的電勢變得比電荷保持區154的電勢深。結果，電荷被積累在電荷積累單元152中。
接下來，輸入到電荷積累電極120的第一時鐘信號TG1被降低到低電平(0V)，並且輸入到電荷讀出電極126的第二時鐘信號TG2也被降低到低電平(0V)。第一電荷保持電極122和第二電荷保持電極124保持被施加1V恆定電勢信號MEM1。因此，在此種情況下的電荷積累電極120被施加了比施加到第一電荷保持電極122的電壓低的電壓，所以電荷積累單元152的電勢變得比電荷保持區154的電勢淺。此外，電荷讀出單元156的電勢變得比電荷保持區154的電勢淺。結果，在電荷積累單元152中積累的電荷被轉移到電荷保持區154並且被保持在其中。
然後，輸入到電荷讀出電極126的第二時鐘信號TG2以及輸入到電荷轉移電極128的第三時鐘信號1都被升高到高電平(3.3V)，通過該操作，在電荷保持區154中保持的電荷被轉移到電荷讀出單元156，然後當使第二時鐘信號TG2降低到低電平(0V)時，將電荷轉移到電荷轉移單元158。
如此構造本實施例的固態成像器件100，使得當電荷積累到電荷積累單元152中時，電荷積累單元152的電勢加深。因此，該器件能夠有效地將光電轉換單元150中產生的電荷轉移到電荷積累單元152，並且積累在其中。結果，能夠減小或者幾乎完全消除光電轉換單元150的殘留圖像。
下面段落將說明製備如圖1所示的固態成像器件100的工序。
首先，將硼注入到N型半導體襯底102的表面部分中(例如，以1.0×1012到5.0×1012cm-2的劑量)，由此選擇性地形成P阱104。然後將磷注入到預定用於光電轉換單元150、電荷積累單元152、電荷保持區154、電荷讀出單元156和電荷轉移單元158的區域中(例如，以1.0×1012到5.0×1012cm-2的劑量)，由此形成N型雜質區106。然後，將硼注入到N型雜質區106中(例如，以1.0×1013到5.0×1013cm-2的劑量)，由此與預定用於光電轉換單元150的區域相鄰地形成第一P型雜質層110。
然後，將硼注入到預定用於光電轉換單元150和電荷積累單元152的區域中，並且注入到預定用於電荷保持區154的區域的一部分中(例如，以1.0×1011到1.0×1012cm-2的劑量)，由此形成N-型雜質層。第二N型雜質層116同樣方式形成。
接下來，柵絕緣膜(未示出)形成在N型半導體襯底102的整個表面上。然後，典型地通過CVD工藝，在柵絕緣膜的整個表面上形成第一電極層。此後，在光電轉換單元150上選擇地刻蝕第一電極層。接下來，使用第一電極層作為掩模，將磷(例如，以1.0×1012到5.0×1012cm-2的劑量)和硼(例如，以1.0×1013到5.0×1013cm-2的劑量)注入到光電轉換單元150中，由此分別形成第一N型雜質層112以及第二P型雜質層114。在這裡，第二N型雜質層116能夠被構造成當不論向電荷積累電極120輸入第一時鐘信號TG1的高電平和低電平的哪一個時，都實現比光電轉換單元150的電勢深的電勢。
接下來，通過刻蝕來構圖第一電極層9，以獲得預定幾何形狀。由此形成電極120、124、128以及130。然後使用在電荷讀出單元156的一部分上開口的掩模，將硼注入到電荷讀出單元156中(例如，以1.0×1011到1.0×1012cm-2的劑量)，由此形成第三N型雜質層118。
然後，柵絕緣膜的暴露部分被去除，由此形成第二柵絕緣膜。接下來，典型地通過CVD工藝形成第二電極層。然後通過刻蝕來構圖第二電極層，以獲得預定幾何形狀。此後，層間絕緣膜被形成在N型半導體襯底102的整個表面上。接下來，在層間絕緣膜中形成用於通過其與各電極接觸的接觸孔，並且通過用金屬互連(未示出)填充接觸孔來完成固態成像器件100。另外，除了固態成像器件100的光電轉換單元150之外的區域被未示出的屏蔽膜覆蓋。
如上所述，在本實施例的固態成像器件100中，在光電轉換單元150中產生的電荷通過形成在N型雜質區106中的掩埋溝道被轉移。因而，不需要形成表面通道就能在低電壓下控制電荷的積累、保持和轉移。
圖3A和3B示出了本實施例的固態成像器件100的另一個例子。圖3A是固態成像器件100的剖面圖，圖3B示出了圖3A所示的固態成像器件100的電勢圖。
本例子與圖1所示的固態成像器件100的差別在於電荷積累單元152的構造。如圖3A所示，這裡，電荷積累單元152還包括與光電轉換單元150接觸的第四N型雜質層117。在電荷積累單元152中，第一電荷積累電極120a位於第四N型雜質層117上，第二電荷積累電極120b位於另一區域上。第一電荷積累電極120a和第二電荷積累電極120b彼此電氣地連接，第一時鐘信號TG1輸入到第一電荷積累電極120a和第二電荷積累電極120b。在此被構造為分離的第一電荷積累電極120a和第二電荷積累電極120b可以以一體的方式形成。第四N型雜質層117是具有比N型雜質區106和第二N型雜質層116的載流子濃度低的載流子濃度的N-型雜質層。
如圖3B所示，第四N型雜質層117具有比第二N型雜質層116的電勢淺的電勢。因而，電荷積累單元152能夠具有電勢差。這有助於電荷向電荷轉移單元158順利遷移。而且在此情況下，與圖1示出的構造相似，能夠在低電壓下控制電荷的積累、保持以及轉移。
圖4是剖面圖，示出了本實施例的固態成像器件100的再一個例子。
本例子與圖1所示的固態成像器件100的差別是光電轉換單元150的構造。這裡，如此構造光電轉換單元150，使得第一N型雜質層112在與電荷積累單元152接觸的區域中暴露於N型半導體襯底102的表面。這有助於在光電轉換單元150中積累的電荷的順利轉移。而且在此情況下，與圖1示出的構造相似，能夠在低電壓下控制電荷的積累、保持以及轉移。
(第二實施例)圖5A和5B分別是本實施例的固態成像器件100的剖面圖和電勢圖。
本實施例的固態成像器件100與第一實施例的固態成像器件100的差別在於不具有電荷保持區154和不具有電荷讀出單元156。
圖5A示出了本實施例的固態成像器件100的剖面圖。固態成像器件100包括光電轉換單元150；與光電轉換單元150相鄰的電荷積累單元162；以及與電荷積累單元162相鄰的電荷轉移單元168(阻擋單元)。電荷積累單元162具有電荷積累電極140，電荷轉移單元168具有電荷轉移電極142。
而且，在本實施例中，固態成像器件100包括N型半導體襯底102、形成在N型半導體襯底102中的P阱104、以及形成在P阱104的表面部分中的N型雜質區106。在本實施例中，光電轉換單元150、電荷積累單元162以及電荷轉移單元168都形成在N型雜質區106中。電荷積累單元162和電荷轉移單元168均由N型雜質層構成。另外，電荷積累單元162和電荷轉移單元168的表面部分均由N型雜質層構成。
電荷轉移單元168由形成在N型雜質區106中的第三N型雜質層118和一部分N型雜質區106構成。第三N型雜質層118是具有比N型雜質區106的載流子濃度低的載流子濃度的N-型雜質擴散區。電荷積累單元162由落在光電轉換單元150和第三N型雜質層118之間的一部分N型雜質區106構成。
在本實施例中，第一時鐘信號TG1被提供給電荷積累電極140。第一時鐘信號TG1具有3.3V的高電平和0V的低電平。第三時鐘信號1被提供給電荷轉移電極142。第三時鐘信號1具有3.3V的高電平和0V的低電平。
在本實施例中，固態成像器件100能夠通過以下來驅動當高電平信號輸入到電荷積累電極140時，並且當低電平信號輸入到電荷轉移電極142時，在電荷積累單元162中積累電荷；當低電平信號輸入到電荷積累電極140時，並且當高電平信號輸入到電荷轉移電極142時，將在電荷積累單元162中積累的電荷轉移到電荷轉移單元168。
圖5B是圖5A示出的固態成像器件100的電勢圖。
在本實施例中，電荷積累單元162以及電荷轉移單元168被構造為基於分別輸入到電荷積累電極140和電荷轉移電極142的信號，其相對電勢深度是可切換的。
為將電荷積累到電荷積累單元162中，輸入到電荷積累電極140的第一時鐘信號TG1被升高到高電平(3.3V)。結果，電荷積累在電荷積累單元162中。這裡，具有高電平和低電平交替重複的脈衝的第三時鐘信號1被提供給電荷轉移電極142。在本實施例中，電荷轉移單元168具有第三N型雜質層118，其中甚至當高電平信號被輸入到電荷轉移電極142時，電荷轉移單元168的第三N型雜質層118的電勢也保持比電荷積累單元162的電勢淺。因而，只要向電荷積累電極140輸入的高電平第一時鐘信號TG1繼續，則電荷就會在電荷積累單元162中積累。
然後，輸入到積累電極140的第一時鐘信號TG1被降低到低電平(0V)。然後，電荷積累單元162的電勢變淺。當電荷轉移電極142在此被施加高電平的第三信號1時，電荷轉移單元168的電勢變得比電荷積累單元162的電勢深。結果，電荷積累單元162中積累的電荷被轉移到電荷轉移單元168。
而且，本實施例的固態成像器件100中，能夠在低電壓下控制電荷的積累和轉移，而無需形成表面溝道。
已經參照實施例和例子在前面的段落中描述了本發明。這些實施例和例子只用於解釋的目的，所以對於本領域技術人員容易理解允許任何修改並且這樣的修改也在本發明的範圍內。
第一實施例中說明的被輸入到第一電荷保持電極122以及第二電荷保持電極124的恆定電勢能夠被控制。
上述實施例已經示出了具有提供給N型半導體襯底102的P阱104的構造，然而也允許使用P型半導體襯底，並且在其中提供N型雜質區。在上述實施例中被說明為N型的第一導電類型可以是相反的。
顯然，本發明不局限於以上實施例，可以在不偏離本發明的範圍和精神的情況下進行修改和變化。
權利要求
1.一種固態成像器件，包括半導體襯底；位於所述半導體襯底的表面部分中的第一導電類型的雜質區；形成在所述雜質區中的光電轉換單元；與所述光電轉換單元接觸地形成在所述雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在所述光電轉換單元中產生的電荷，所述電荷積累單元具有所述第一導電性；與所述電荷積累單元接觸地形成在所述雜質區中的阻擋單元，其使所述電荷積累單元積累所述電荷，所述阻擋單元具有所述第一導電性；以及提供給所述電荷積累單元的第一電極。
2.根據權利要求1所述的固態成像器件，其中所述電荷積累單元被構造成無論高電平信號和低電平信號中的哪一個被輸入到所述第一電極，其都具有比所述光電轉換單元的電勢深的電勢。
3.根據權利要求1所述的固態成像器件，其中所述電荷積累單元被構造成基於輸入到所述第一電極的信號，其相對於所述阻擋單元的電勢的電勢深度是可切換的。
4.根據權利要求2所述的固態成像器件，其中所述電荷積累單元被構造成基於輸入到所述第一電極的信號，其相對於所述阻擋單元的電勢的電勢深度是可切換的。
5.根據權利要求1所述的固態成像器件，其中所述阻擋單元包括與所述電荷積累單元接觸的第一區，以及具有比所述第一區的電勢深的電勢的第二區。
6.根據權利要求5所述的固態成像器件，其中所述阻擋單元的所述第一區具有與所述電荷積累單元的雜質濃度基本相等的雜質濃度。
7.根據權利要求3所述的固態成像器件，其中所述阻擋單元包括與所述電荷積累單元接觸的第一區，以及具有比所述第一區的電勢深的電勢的第二區。
8.根據權利要求6所述的固態成像器件，其中所述阻擋單元的所述第一區具有與所述電荷積累單元的雜質濃度基本相等的雜質濃度。
9.根據權利要求1所述的固態成像器件，還包括與所述阻擋單元接觸地形成在所述雜質區中的電荷讀出單元，其具有所述第一導電類型；與所述電荷讀出單元接觸地形成在所述雜質區中的電荷轉移單元，其具有所述第一導電類型；以及提供給所述電荷讀出單元的讀出電極，其中所述阻擋單元是電荷保持單元，其被構造成能夠根據輸入到所述讀出電極的信號的電平來臨時保持從所述電荷積累單元轉移的電荷。
10.根據權利要求1所述的固態成像器件，其中所述光電轉換單元包括第一導電類型的第一雜質層；以及與所述第一導電類型不同的第二導電類型的第二雜質層，其形成在所述第一雜質層上和所述半導體器件的表面部分中。
11.根據權利要求1所述的固態成像器件，還包括提供給所述阻擋單元的第二電極。
12.根據權利要求11所述的固態成像器件，其中所述電荷積累單元以及所述阻擋單元被構造成基於分別輸入到所述第一電極和所述第二電極的信號，它們的相對電勢深度是可切換的。
13.根據權利要求11所述的固態成像器件，其中所述電荷積累單元被構造成在第一狀態和第二狀態之間是可切換的，其中第一狀態是當把具有比輸入到所述第二電極的信號的電平高的電平的信號輸入到所述第一電極時，允許所述電荷的積累，第二狀態是當把具有比輸入到所述第二電極的信號的電平低的電平的信號輸入到所述第一電極時，允許所述積累的電荷的轉移。
14.根據權利要求12所述的固態成像器件，其中所述電荷積累單元被構造成在第一狀態和第二狀態之間是可切換的，其中第一狀態是當把具有比輸入到所述第二電極的信號的電平高的電平的信號輸入到所述第一電極時，允許所述電荷的積累，第二狀態是當把具有比輸入到所述第二電極的信號的電平低的電平的信號輸入到所述第一電極時，允許所述積累的電荷的轉移。
15.一種用於驅動固態成像器件的方法，所述固態成像器件包括半導體襯底；位於所述半導體襯底的表面部分中的第一導電類型的雜質區；形成在所述雜質區中的光電轉換單元；與所述光電轉換單元接觸地形成在所述雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在所述光電轉換單元中產生的電荷，所述電荷積累單元具有所述第一導電性；與所述電荷積累單元接觸地形成在所述雜質區中的阻擋單元，其使所述電荷積累單元積累所述電荷，所述阻擋單元具有所述第一導電性；以及提供給所述電荷積累單元的第一電極，所述方法包括當高電平信號輸入到所述第一電極時，在所述電荷積累單元中積累電荷；以及當低電平信號輸入到所述第一電極時，將在所述電荷積累單元中積累的所述電荷轉移到所述阻擋單元。
16.根據權利要求15所述的用於驅動固態成像器件的方法，其中所述固態成像器件還包括提供給所述阻擋單元的第二電極，並且在所述積累所述電荷中和在所述轉移所述電荷中，所述高電平信號和所述低電平信號的信號電平之間的恆定電勢被施加到所述第二電極。
17.一種用於驅動固態成像器件的方法，所述固態成像器件包括半導體襯底；位於所述半導體襯底的表面部分中的第一導電類型的雜質區；形成在所述雜質區中的光電轉換單元；與所述光電轉換單元接觸地形成在所述雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在所述光電轉換單元中產生的電荷，所述電荷積累單元具有所述第一導電性；與所述電荷積累單元接觸地形成在所述雜質區中的阻擋單元，其使所述電荷積累單元積累所述電荷，所述阻擋單元具有所述第一導電性；提供給所述電荷積累單元的第一電極；以及提供給所述阻擋單元的第二電極，所述方法包括當高電平信號輸入到所述第一電極，並且低電平信號輸入到所述第二電極時，在所述電荷積累單元中積累電荷；以及當低電平信號輸入到所述第一電極，並且高電平信號輸入到所述第二電極時，將在所述電荷積累單元中積累的所述電荷轉移到所述阻擋單元。
全文摘要
一種固態成像器件，包括N型半導體襯底；位於N型半導體襯底的表面部分中的N型雜質區；形成在N型雜質區中的光電轉換單元；與光電轉換單元接觸地形成在N型雜質區中的電荷積累單元，用於臨時積累在光電轉換單元產生的電荷；與電荷積累單元接觸地形成在N型雜質區中的電荷保持區，即阻擋單元，其允許電荷積累單元積累電荷；以及提供給電荷積累單元的電荷積累電極。電荷積累單元和電荷保持區形成為N
文檔編號H04N5/341GK1941397SQ20061015927
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月26日 優先權日2005年9月29日
發明者工藤弘儀, 打矢聰, 山本淳一, 二村文章 申請人:恩益禧電子股份有限公司