固態成像裝置和製造固態成像裝置的方法

2023-06-29 22:53:06 1

專利名稱：固態成像裝置和製造固態成像裝置的方法
技術領域：
本公開涉及固態成像裝置，具體地說，涉及在像素中採用電荷調製器件的固態成像裝置和製造固態成像裝置的方法。
背景技術：
電荷耦合器件(CCD)或者互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器等已實際用作固態成像裝置。在這樣的固態成像裝置中，以矩陣形狀布置多個像素。在對應於單個像素的半導體基底層的一部分中，將使用雜質擴散層的預定數目的部分布置在適當的位置。作為CCD，已知其中將形成垂直傳輸部分的雜質擴散層布置在傳輸電極之下，並將形成光電轉換部分的雜質擴散層布置在傳輸電極之間的結構(例如，參見 JP-A-2006-228762，圖1)。在相關技術中，通過自校準，精確地設置垂直傳輸部分和光電轉換部分對於傳輸電極的相對位置。自校準指的是通過在半導體基底之上預先形成屏蔽離子的層(例如，電極層或者覆蓋層)之後進行離子注入，而關於半導體基底之上所形成的層形成雜質擴散層的處理。 通過自校準，可以關於半導體基底之上所形成的各層的邊緣精確地確定雜質擴散層之間的相對位置。

發明內容
除了 CXD和CMOS之外，還已知電荷調製器件(CMD)作為固態成像裝置。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體層的表面上形成柵極電極。例如，在具有這種結構的CMD中，可以向每一像素提供光電轉換功能和信號放大功能。另外，在CMD中，只要不復位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，可以實現所謂的非破壞性讀取 (nondestructive reading)0CMD的漏極也用作光電轉換部分中所積累的電荷從其釋放的溢出漏極。在漏極和光電轉換部分之間形成溢出屏障(overflow barrier)，當復位CMD的光電轉換部分中所積累的電荷時，通過向漏極施加復位電壓來消除溢出屏障。因此，將電荷從光電轉換部分釋放到溢出漏極。優選地，製造CMD，以使得通過自校準，精確地確定半導體基底中每一部分的相對位置。因此，如果將現有技術的像素結構的製造過程直接應用於CMD的製造，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，由於現有技術的製造過程最初是針對CCD而設計的，所以柵極電極、溢出屏障、漏極等之間的位置關係不適於CMD結構。因此，本發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製度，且必須設置高的復位電壓。因此，希望提供一種CMD型固態成像裝置，其中在假設通過自校準來精確地設置雜質擴散層的相對位置的情況下可以降低復位電壓。本公開的實施例涉及固態成像裝置，包括布置在半導體基底的上表面之上的柵極電極；形成在半導體基底之上以位於柵極電極下的光電轉換部分；形成在半導體基底之上以位於平面方向上除面對柵極電極的位置之外的部分中並鄰接光電轉換部分的側面的溢出屏障；以及形成在半導體基底之上以鄰接溢出屏障與鄰接光電轉換部分的側面相對的側面的漏極。因此，與其中溢出屏障在平面方向上位於面對柵極電極的情況相比，可以降低作為用於確定從漏極到溢出屏障的調製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，可以關於柵極電極的端部限定光電轉換部分和溢出屏障之間的邊界位置。在該實施例中，固態成像裝置還可以包括布置為鄰接漏極側上柵極電極一端的側壁部分。溢出屏障和漏極互相鄰接的邊界位置可以與側壁部分的一端的位置相匹配。因此， 可以關於側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，側壁部分可以是在對其中布置柵極電極的半導體基底的前表面上形成的側壁材料層執行去除過程時沒有去除的剩餘側壁材料層的一部分。因此，可以通過去除側壁材料層的過程來形成側壁部分。在該實施例中，可以在執行去除側壁材料層的過程時設置從鄰接柵極電極的一端到相對端延伸的側壁部分的寬度。因此，可以在去除側壁材料層的過程中調整側壁部分的寬度。本公開的另一實施例涉及製造固態成像裝置的方法，包括通過向半導體基底進行離子注入來形成對應於光電轉換部分的第一雜質擴散層；在其中已經形成了第一雜質擴散層的半導體晶片的上表面上形成柵極電極；通過對其中已經形成了柵極電極的半導體基底進行離子灌輸來形成對應於溢出屏障的第二雜質擴散層；在其中已經形成了第二雜質擴散層的半導體基底的整個上表面上形成側壁材料層；當執行了從半導體基底去除側壁材料層的過程時，形成作為在柵極電極的一端中沒有去除的剩餘側壁材料層的一部分的側壁部分；以及通過對其中已經形成了側壁部分的半導體基底進行離子注入來形成對應於漏極的第三雜質擴散層。於是，可以關於每一柵極電極和側壁部分來通過自校準形成在平面方向上面對柵極電極的溢出屏障。根據本公開的實施例，可以提供CMD型固態成像裝置，可通過自校準來精確地設置雜質擴散層的相對位置，並可以將復位電壓設置為較低的值。


圖1是說明了根據本公開實施例的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是說明了根據本公開實施例的像素的示例性結構的圖。
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是說明了根據本公開實施例的像素製造過程的示例性序列的圖。圖7A和圖7B是說明了根據本公開實施例的像素製造過程的示例性序列的圖。
圖8A和圖8B是說明了根據本公開實施例的像素製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.像素的示例性配置]根據本公開實施例的圖像傳感器在像素中採用電荷調製器件(CMD)。CMD具有形成以使電流與半導體層的表面平行地流動的源極區域和漏極區域。另外，還通過插入絕緣層而在源極和漏極區域之間的半導體層表面上提供柵極。因此，作為靜電感應電晶體 (SIT)，橫向地提供了具有柵極、漏極以及源極區域的所謂的橫向結構。圖1說明了根據本公開實施例的作為用於形成圖像傳感器的像素的具有CMD結構的像素300的等效電路。參考圖1，可以看到單個光電二極體PD依次連接到像素300中的單個電晶體TR。光電二極體PD是用於光電轉換的部分，且對應於所接收的光量的電流流過其。在CMD的光電轉換中，可以考慮在電晶體TR的後側形成光電二極體PD。儘管圖中陽極側接地，然而實際上，其連接到套管區(well region)，這等效於接地。電晶體TR與相應的列信號線的負載電流源一起形成了源極跟隨器，如以下所述。 電晶體TR將從光電二極體PD所獲得的電荷放大，並將放大的電荷輸出到相應的列信號線。圖1中所示的電路，即採用CMD的像素300本身具有光電轉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中不存在浮置擴散。浮置擴散指的是像素電路中積累在光電二極體PD中的電荷發送到的部分。在採用CDM的像素300中，只要不復位像素300，就積累和維持在接收光時在光電二極體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，以及對應於第一列的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定數目的像素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，儘管像素陣列110形成在單個半導體基底(晶片)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相同的半導體
基底上。定時控制電路120基於從圖像傳感器100的外側輸入的主時鐘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中的相應部分，並用於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，且用於逐行地順序掃描像素陣列 110。每一行掃描電路130在對應於每一水平掃描周期的預定定時輸出行選擇信號VGl到 V&i和復位信號VDl到VDi。因此，以從第一行到最後一行(對應於一個幀周期)的預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，並掃描每一相應的列。列掃描電路140響應於定時控制電路120的控制，而以預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於像素信號VSL-IA和IB到VSL_mA和mB中的每一個。基準信號生成器電路150以由定時控制電路120控制的定時生成具有預定斜度的斜坡波形的基準信號VREF，並且將基準信號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中所示的相應行的像素300 中的電晶體TR的柵極。同一列中第一和第二行的像素300的每一電晶體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的電晶體TR的漏極的漏極連接點DCNT1。從行掃描電路130輸出的復位信號VDl的行信號線連接到漏極連接點DCNT1。然後，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的電晶體 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。在根據本公開實施例的圖像傳感器100中，兩條列信號線對應於單個列。即，如圖2所示，在第一列中，相應地提供了用於像素信號VSL-IA和VSL-IB的兩條列信號線。類似地，在第二到第m列中，相應地提供了分別用於像素信號VSL-2A和VSL-2B到VSL_mA和 VSL-mB的兩條列信號線。如圖3中所示，用作恆定電流源的負載電流源(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的電晶體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的電晶體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的電晶體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的電晶體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。 類似地對於第二列到第m列進行與結合圖3所描述的第一列對應的列信號線和像素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於列信號線和像素內的電晶體TR的源極之間的連接。單個像素300的電晶體TR以及連接到電晶體TR的源極的列信號線的負載電流源112構成源極跟隨器。即，通過列信號線所獲得的像素信號VSL對應於在連接到相應列信號線的像素300當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，可以認為對於電荷傳輸功能、放大功能和復位功能共享單個電晶體TR。對於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並且執行相關雙取樣(⑶S) 過程，以使得依據所接收的光量(所接收的光分量)輸出具有對應於信號分量的電平的像素信號。⑶S處理單元200通過⑶S過程輸出作為數位訊號的像素信號。數位訊號的像素信號從⑶S處理單元200作為成像信號數據Vdata輸出。例如，由圖像信號處理系統(未在圖中顯示)接收成像信號數據Vdata，並且用於部件的處理，例如所捕獲的圖像數據的創建。在根據本公開實施例的⑶S處理單元200中，如圖3所示，⑶S電路2IO-A和210_B 分別提供在用於一對兩個像素信號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處理執行A/D轉換、以及以對應於列控制信號HSEL-IA的定時輸出像素信號數據DVSL-1A。類似地，⑶S電路210-B接收像素信號VSL-1B、執行A/D轉換、以及以對應於列控制信號HSEL-IB的定時輸出像素信號數據DVSL-1B。根據本公開的實施例，類似地，對於每一對剩餘列信號線相應地提供⑶S電路 210-A和210-B。類似地，CDS電路210-A和2IO-B以對應於列控制信號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輸出的圖像信號數據Vdata包括相應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轉換操作中，設置包括D-相位周期和接著D-相位周期的 P-相位周期的A/D轉換周期，並且重複該A/D轉換周期。在D-相位周期期間，在光電二極體中積累電荷。在P-相位周期期間，不在光電二極體中積累電荷。首先，在D-相位周期中，在像素信號VSL中展現對應於所接收光量的電平。在 D-相位周期中，在像素信號VSL和參考信號VREF設置為相同的電壓之後，⑶S電路210啟動計數，並且當反轉了像素信號VSL和具有斜坡波形的基準信號VREF之間的量值關係時， 停止計數。以這一方式所獲得的計數值指示D-相位周期中所獲得的像素信號VSL的電平。當終止D-相位周期，並啟動P-相位周期時，復位處理目標像素300。在復位時，作為復位信號VD的脈衝從行掃描電路130輸出到漏極連接點DCNT，即，與處理目標像素300 的行對應的漏極。因此，在處理目標像素300中，光電二極體PD中積累的電荷釋放到電晶體TR的漏極中，並且復位電平輸出到列信號線。CDS電路210從P-相位周期中的預定定時啟動計數，並且當反轉像素信號VSL和具有斜坡波形的基準信號VREF之間的量值關係時停止計數。該計數值對應於復位電平。CDS電路210從D-相位周期中所獲得的計數值減去P-相位周期中所獲得的計數值。儘管D-相位周期中的像素信號VSL是對應於所接收的光的電平，其也包括作為復位電平的偏移分量，而且復位電平包括依賴於每一像素中的偏差的變化分量等。因此，作為減法結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的像素信號電平。得到的值作為像素信號數據DVSL輸出。於是，根據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中所積累的電荷轉換為數字圖像信號，並輸出數字圖像信號。[示例性像素結構]圖4A和圖4B說明了像素300的詳細的結構實例。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，並且示意性地說明了在像素300中形成的雜質擴散層的示例性結構。在圖4A和圖4B的像素300中，從作為圖2的圖像傳感器100 的固態成像裝置的結構中選擇性地說明了對應於單個像素300的結構。在圖4A的平面圖中，為了闡明半導體基底310側的形成部分和柵極電極321之間的位置關係，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的方向對應於電流通過溝道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包括由矽製成的半導體基底310和形成在其上的柵極電極321。在半導體基底310中，在適當的位置形成構成像素300的預定的雜質擴散層等，如以下所描述的。側壁部分322布置在其中布置了漏極312和源極313的一側中柵極電極321的邊緣部分中。提供側壁部分322以在製造以下所述的像素300的過程中通過自校準來設置溢出屏障317和漏極312的側面之間的邊界。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是用於防止溝道314和光電轉換部分316之間電荷洩露的屏障。在源極-漏極方向上在柵極電極321的兩側形成源極313和漏極312。在與漏極 312內側的側壁部分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，且用作用於防止相鄰像素300之間電子的洩露的屏障。光電轉換部分316是用於積累對應於入射光的電荷的部分，並形成於由絕緣屏障 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的等效電路對應的結構。即，源極313、溝道314、漏極312、柵極絕緣薄膜311以及柵極電極321構成對應於圖1的電晶體 TR的部分。在這樣的電晶體TR的結構中，漏極312和源極313之間的電流通過溝道314與半導體基底310的表面平行地流動。光電轉換部分316對應於圖1的光電二極體PD。在圖4A和圖4B的結構中，漏極312也用作溢出漏極。即，光電轉換部分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。 當積累量等於或者大於某個值時，過多的電荷釋放到漏極312側。在圖4A和圖4B的結構中，關於光電轉換部分316和溢出屏障317，在橫向方向上沿源極-漏極方向並排地布置作為溢出漏極的漏極312。在該結構中，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，當啟動P-相位周期時，復位所積累的電荷，並且在復位時，使用具有預定電壓值的脈衝將復位信號VD施加於漏極312。通過施加復位信號VD，消除了溢出屏障317，並且光電轉換部分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所需的電壓值設置為復位信號VD。因此，在現有技術中，必須將復位信號VD的電壓值設置為高於諸如柵極電壓(行選擇信號VG)之類的其它電晶體驅動電壓。然而，考慮能耗，優選地將復位信號VD儘量設置得低。因此，根據本公開的實施例，如圖4A和圖4B所示，在平面方向上除面對柵極電極 321的位置之外的區域中形成溢出屏障317。具體地說，溢出屏障317布置在形成於柵極電極321的一端中的側壁部分322下。儘管以下將描述其原因，然而，以這一方式可以通過設置柵極電極321和溢出屏障317之間的位置關係來降低復位信號VD的電壓值。因此，可以減少能耗。此處，平面方向指的是平行於柵極電極321的表面的平面上的二維位置。因此， 當從垂直於柵極電極321的表面的方向看時，溢出屏障317和柵極電極321布置在不同區域中。在現有技術中諸如柵極電壓之類的較高電壓值設置為復位信號VD的情況下，必須對於復位信號VD單獨地安裝電源電路。相比之下，根據本公開的實施例，由於可以降低復位信號VD的電壓值，所以可以將復位信號VD的電壓值設置為與柵極電壓等相同的值。因此，對於柵極電壓等以及對於復位信號VD可以使用相同的電源電路，並減小電路尺寸。[製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的製造過程。圖6A到圖8B中所示的像素300相應於圖4B中虛線所包圍的部分。此處，在像素300的製造過程當中，將描述與圖4B中虛線所包圍的部分相關的過程。即，將描述設置柵極電極321和溢出屏障317之間的位置關係的過程，以及通過自校準來精確地限定柵極電極321、溢出屏障 317以及漏極312之間的位置關係的過程。首先，如圖6A所示，在半導體基底310的表面上形成了柵極絕緣膜311。因此，通過熱氧化技術形成由氧化矽膜製成的表面氧化膜，並且通過諸如化學蒸汽沉澱(CVD)技術之類的沉澱來順序地堆疊了矽氮化矽膜和氧化矽膜。然後，通過插入柵極絕緣膜311，通過執行向半導體基底310的硼離子(B+)的離子灌輸(Plantation)，從而形成ρ-型層331，並且通過執行砷離子(As+)的離子注入 (implantation)來形成η-型層332。η-型層332是根據本公開實施例的第一雜質擴散層的示例。接下來，如圖6Β所示，例如，通過沉澱，在柵極絕緣膜311的上表面上形成由多晶矽製成的電極材料層333。然後，通過對於電極材料層333執行照相平版印刷來形成柵極電極321，如圖6C所示。然後，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，以使得位於柵極電極321下的η-型層332 保留，並消除不在柵極電極321之下的部分中的η-型層332。位於柵極電極321之下並保留未被消除的一部分η-型層332對應於光電轉換部分316。另外，位於光電轉換部分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對應於根據本公開實施例的第二雜質擴散層的示例。關於柵極電極321的邊緣來通過自校準形成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以及光電轉換部分316的每個側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，關於柵極電極321的位置以高精讀設置邊界位置。接下來，如圖7Β所示，在其中已經通過沉澱形成了柵極電極321的半導體基底310 的整個表面上形成側壁材料層334。然後，通過後蝕刻過程去除側壁材料層334，如圖8Α所示。作為後蝕刻過程的結果，與柵極電極321的側面相接觸的側壁材料層334的一部分保留未被去除。因此，保留未被去除的側壁材料層334的一部分對應於側壁部分332。另外，在後蝕刻過程期間，可以以相對高的精度調整如圖8Α和圖8Β所示的側壁部分322的源極-漏極方向上的寬度W。側壁部分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，根據本公開的實施例，必須設置側壁部分322的寬度W，以使得ρ-型層最有效地用作溢出屏障317。然後，如圖8Β所示，以高濃度執行離子注入。側壁材料層334屏蔽所注入的離子， 而不傳輸它們。於是，在側壁部分322的端部位置的外側形成η+-型層以消除ρ-型層335。 按這一方式形成的η+-型層對應於漏極312。另外，儘管在側壁部分322之下形成了保留未被消除的P-型層335的一部分，然而該部分對應於溢出屏障317。關於虛線Ll所表示的側壁部分322的端部，通過自校準來限定鄰接漏極312的側面和面對漏極312的溢出屏障 317的側面的邊界位置。作為漏極312的η+-型層對應於根據本公開實施例的第三雜質擴散層的示例。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，關於源極側中側壁部分332的端部，通過自校準，由離子灌輸形成圖4Β中的源極313。類似於漏極，源極313由η+-型層製成。從以上的描述中可以明顯看出，關於柵極電極321和側壁部分322，通過自校準來限定溢出屏障317的位置。而且，形成漏極312，以使得如以上所述的，通過自校準來限定與溢出屏障317的邊界。即，根據本公開的實施例，由於通過自校準形成溢出屏障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位值之類的偏差。在以上所提到的過程中，關於柵極電極321，通過自校準來形成用作溢出屏障317 的源極的P-型層335。而且，還關於形成在柵極電極321的端部中的側壁部分322，通過自校準來形成溢出屏障317和漏極312。因此，在平面方向上在側壁部分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的位置通過自校準來形成溢出屏障317。側壁部分322用作用於在以圖8Β所示的自校準形成漏極312和溢出屏障317的基準，且不具有其它功能。於是，在圖8Β的過程之後，可以添加去除側壁部分322的過程。 然而，即使側壁部分322保持其原來的狀態，圖像傳感器的大小或者操作也不會有問題。因此，為了減少根據本公開實施例的過程的數目，假設不執行去除側壁部分322的過程。[復位電壓的描述]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，可以降低要作為復位信號VD輸出的脈衝電壓的值。在這一情況下，將作為復位信號VD的脈衝電壓稱為復位電壓。此處，作為與本公開實施例的比較，假設將根據在JP-A-2006-228762中所公開的現有技術中的製造過程所製造的像素應用於CMD。按該方式製造的CMD的像素具有與JP-A-2006-228762中所公開的C⑶類似的雜質擴散層的布置結構。另外，柵極電極321、柵極絕緣膜311、光電轉換部分316、溢出屏障317以及漏極312如下對應於 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換部分316。在傳輸CCD η-型層的橫向側布置的光傳感器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。在現有技術的製造過程的CMD的像素結構中，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，復位電壓施加於漏極312，這樣的電壓施加消除了溢出屏障 317。可以由調製度指示可依據施加於漏極312的電壓消除多少溢出屏障317。此處，調製度表示目標點取決於施加到特定部分的固定電位的改變程度。根據本公開的實施例，施加到特定部分的固定電位對應於施加到漏極312的復位電壓，且目標點對應於溢出屏障317。可以使用目標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製度。具體地說，從漏極312到溢出屏障317的調製度可以如下方式獲得。圖9說明了類似於圖8B的像素300的結構。在圖9中，在對應於目標點的溢出屏障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。可以基於下列方程獲得從漏極312至溢出屏障317的調製度G。G = C3/(C1+C2+C3)S卩，可以獲得調製度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作為目標點所獲得的總的耦合電容的比率。如果施加到漏極312的復位電壓具有同樣的情況，則當調製度G增加時，溢出屏障 317易於改變。S卩，易於消除。這意味著當調製度G增加時，可以使用低復位電壓消除溢出屏障317。在以上所提到的方程中，當任何一個分母，即耦合電容Cl或者C2減小時，調製度 G增加。因此，與現有技術相比，本公開的實施例注重於柵極電極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來增加調製度G。S卩，在使用現有技術製造過程的CMD的像素中，溢出屏障317面對柵極電極321布置。其原因在於，現有技術的製造過程最初是針對製造CCD而設計的，而且，由於在柵極電極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的面對區域有益地設置得儘可能大。然而，在具有這樣的結構的CMD的情況下，柵極電極321和溢出屏障317之間的面對區域設置得大，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，減小了調製度G。然而，在CMD型像素的情況下，由於電荷讀取部分的區域對應於溢出屏障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。可以建立位置關係，以使得柵極電極321和溢出屏障317之間的面對區域減小到幾乎為0，並且耦合電容Cl設置為顯著小的值。於是，根據本公開實施例的像素300的調製度G大於使用現有技術的過程所製造的 CMD型像素的調製度G。另外，與現有技術相比，還可以將復位電壓設置為較低的值。具體地說，假設使用現有技術過程製造的CMD型像素的耦合電容C1、C2和C3設置如下Cl = 4. OfF,C2 = 0. 5fF,以及C3 = 0. 5fF。在這一情況下，調製度G變為0. 1。相比之下，假設根據本公開實施例的像素300的耦合電容Cl、C2和C3設置如下Cl = 1. OfF,C2 = 0. 5fF，以及C3 = 0. 5fF。S卩，與使用現有技術的過程製造的CMD型像素相比，耦合電容C2和C3相同，然而， 由於柵極電極321和溢出屏障317之間的位置關係的差，耦合電容Cl減少至1. OfF。在這一情況下，調製度G變為0. 2，這是使用現有技術過程所製造的CMD型像素的調製度G的2 倍。例如，在使用現有技術過程所製造的CMD型像素中，需要3V的復位電壓。然而，根據本公開的實施例，可以將復位電壓設置為1. 5V，這是現有技術復位電壓的一半。因此，根據本公開的實施例，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來降低復位電壓。另外，例如，由於通過自校準形成用作溢出屏障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，並且不妨礙最小化。在現有技術的製造過程中，必須在平面方向上在其中布置傳輸電極的範圍內的位置形成電荷讀取部分。因此，與根據本公開實施例的製造過程不同，難以關於傳輸電極通過自校準來形成電荷讀取部分。因此，在使用現有技術的製造過程中，必須在形成傳輸電極之前形成覆蓋層，並且通過關於覆蓋層執行自校準，來設置傳輸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，通過關於柵極電極321的自校準來形成溢出屏障317，並且減少了過程數目。<2.修改〉[應用於除CMD之外的類型]在以上的描述中，假設像素300為CMD型。然而，如果像素構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用於除CMD之外的類型。具體地說，作為對根據本公開實施例的固態成像裝置的修改，可以想像除CMD之外的像素結構，其中在平面方向上不面對柵極電極地形成溢出屏障。可以適當地改變像素300中的結構的細節。本領域技術人員將理解，本公開的實施例僅為實現本公開的示例，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於所附權利要求中的具體要素。類似地，所附權利要求中的具體要素對應於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行限制，而可以在不背離所附權利要求或者其等效物的精神與範圍的情況下對本公開進行多方面的修改、組合、部分組合以及變更。本公開包括與於2010年12月2日向日本專利局提交的日本優先專利申請JP 2010-269176中所公開的主題相關的主題，將其全部內容併入此處以作參考。
權利要求
1.一種固態成像裝置，包括柵極電極，布置在半導體基底的上表面之上； 光電轉換部分，形成在所述半導體基底之上以位於柵極電極下； 溢出屏障，形成在所述半導體基底之上以位於在平面方向上除面對柵極電極的位置之外的部分中，並鄰接所述光電轉換部分的側面；以及漏極，形成在所述半導體基底之上以鄰接所述溢出屏障與鄰接所述光電轉換部分的側面相對的側面。
2.根據權利要求1所述的固態成像裝置，其中，所述光電轉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.根據權利要求1所述的固態成像裝置，還包括布置為鄰接漏極側中所述柵極電極的一端的側壁部分，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壁部分的一端的位置相匹配。
4.根據權利要求3所述的固態成像裝置，其中，所述側壁部分是在執行其中布置所述柵極電極的半導體基底的前表面上形成的側壁材料層的去除過程時保留未被去除的側壁材料層的一部分。
5.根據權利要求4所述的固態成像裝置，其中，在執行去除側壁材料層的過程時設置從鄰接所述柵極電極的一端到相對端延伸的側壁部分的寬度。
6.一種製造固態成像裝置的方法，包括通過對半導體基底執行離子注入，來形成對應於光電轉換部分的第一雜質擴散層； 在其中已經形成了所述第一雜質擴散層的半導體基底的上表面上形成柵極電極； 通過對其中已經形成了所述柵極電極的半導體基底執行離子灌輸，來形成對應於溢出屏障的第二雜質擴散層；在其中已經形成了所述第二雜質擴散層的半導體基底的整個上表面上形成側壁材料層；當執行了從半導體基底去除側壁材料層的過程時，形成作為在所述柵極電極的一端中保留未被去除的側壁材料層的一部分的側壁部分；以及通過對其中已經形成了所述側壁部分的半導體基底執行離子注入來形成對應於漏極的第三雜質擴散層。
全文摘要
提供了固態成像裝置及其製造方法。該固態成像裝置包括布置在半導體基底上表面之上的柵極電極；形成在半導體基底之上以位於柵極電極下的光電轉換部分；形成在半導體基底上以位於在平面方向上除面對柵極電極的位置之外的部分中並鄰接光電轉換部分的側面的溢出屏障；以及形成在半導體基底之上以鄰接溢出屏障與鄰接光電轉換部分的側面相對的側面的漏極。
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 優先權日2010年12月2日
發明者成澤聰介 申請人:索尼公司