[发明专利]固态成像装置和相机

说明书

相关申请的交叉参考

本发明包含于2007年12月18日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-326175的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种具有光电转换元件的固态成像装置和相机。

背景技术

众所周知，在诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器的固态成像装置中，作为感光部的光电转换元件的光电二极管中的晶体缺陷以及感光部和其上的绝缘膜之间界面中的深度缺陷会引起暗电流。

作为抑制由于界面状态密度而产生暗电流的方法，嵌入(embedded)光电二极管的结构是有效的。例如，为了抑制n型半导体区域表面(即，n型半导体区域和绝缘膜之间的界面)附近的暗电流，通过形成n型半导体区域以及以高杂质密度形成浅的p型半导体区域(孔累积区域)，来构成嵌入光电二极管。

作为嵌入光电二极管的制造方法，通常是离子注入用作p型杂质的B或BF₂并对其进行退火，然后在形成光电二极管的n型半导体区域和绝缘膜之间的界面附件形成p型半导体区域。

在CMOS图像传感器中，每个像素均包括光电二极管以及诸如读出、复位和放大晶体管的各种晶体管。通过这些晶体管来处理经过光电二极管光电转换的信号。在每个像素上形成包括多层金属配线的配线层。在配线层上形成指定入射到光电二极管上的光的波长的滤色片和使光会聚在光电二极管上的微型镜头(on-chip lens)。

作为这种CMOS图像传感器，提出了具有各种特性的装置结构。

具体地，提出了各种装置，例如，在光电转换元件结构中采用CCD类特性的电荷调制装置(CMD，参见日本专利第1938092号，JP-A-6-120473和JP-A-60-140752)、体充电调制装置(BCMD，参见JP-A-64-14959)、浮阱放大器(FWA，参见日本专利第2692218号和日本专利第3752773号)(其中，根据累积至最高点的光电空穴(photo-hole)的电荷量，在其表面上形成沟道，根据表面上的电荷量改变源极到漏极的电流，结果，可以对应于信号电荷进行读出)以及Vth调制图像传感器(VMIS，参见JP-A-2-304973、JP-A-2005-244434、日本专利第2935492号和JP-A-2005-85999)(其中，感光部和信号检测部被分开并配置为彼此邻近)。

还提出了以下固态成像装置：具有使用入射光执行光电转换、累积通过光电转换获得的信号电荷以及根据所累积的信号电荷的电荷量输出信号电压的所有功能的感光元件具有利于在根据平面的相同位置累积信号电荷并利于表面沟道电流流动的电位分布(参见JP-A-2003-31785)。

这些CMOS图像传感器基本上是从装置前侧照射光的前照式固态成像装置。

另一方面，提出了背(后)照式固态成像装置，其具有其上形成有光电二极管和各种晶体管、接地而变薄的硅基板的后侧，并使从基板的后侧入射的光执行光电转换(参见，JP-A-10-65138)。

发明内容

在前照式CMD、BCMD、FWA、VMIS等中，由于基板被用作溢流(overflow)，所以背(后)照式比较困难且复位电压较高。

在前照式CMD、BCMD、FWA、VMIS等中，由于感光部被配置在拾取晶体管旁边，所以存在孔径比降低的缺点。

在现有的光栅结构中，由于通过薄膜栅极接收光，所以存在蓝色灵敏度降低的缺点。

当在如BCMD的前照型中的n^-层上形成光栅型MOS晶体管时，在半导体表面附近执行由光照射生成载流子(carrier)。因此，存在以下缺点，通过在半导体和绝缘膜之间的界面中存在的陷阱(trap)来捕获载流子，即使施加了复位电压也不能立即释放所累积的载流子，并且影响了装置的性能。

当在如VMIS的前照型中彼此邻近地配置感光光电二极管区域和信号检测晶体管时，用于通过接收光生成的电荷的累积和调制操作并不是动态行为而是按时间分别执行。这不利于高速信号处理。

类似地，当在前照型中彼此邻近地配置感光光电二极管区域和信号检测晶体管时，诸如在信号检测部上设置遮光膜的发明是很必要的。因此，存在元件制造处理复杂的缺点。

在前照式BCMD图像传感器中，由于光栅电极下的整个沟道区域是电荷累积层，所以电流-电压特性(ID-VDD)不是饱和特性而是三极管特性。因此，存在当在源极跟随型中使用图像传感器时，难以使用图像传感器的缺点。