[发明专利]固体成像器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体成像器件(SOLID STATE IMAGING DEVICE)，且涉及一种可达成低混色、高灵敏度、低残影、低暗电流、低噪声(noise)、高像素密度化的固体成像器件。

背景技术

目前，CCD(Charge-Coupled Device，电荷耦合元件)及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补式金属氧化物半导体)固体成像器件已广泛应用于摄像机(video camera)、静物照相机(still camera)等。再者，也经常要求提升固体成像器件的高分辨率(resolution)及高灵敏度化等的性能。针对此点，为了实现固体成像器件的高分辨率化，已进行运用像素高密度化的技术革新。此外，为了实现固体成像器件的高灵敏度化，则已进行提高聚光效率、低噪声化、低暗电流(dark current)、再加上降低残影所进行的技术革新。

以下说明现有技术的固体成像器件的动作(参照例如Sunetra K.Mendis，Sabrina E.Kemeny and Eric R.Fossum：“A 128×128CMOS Active Pixel Image Sensor for Highly Integrated Imaging Systems”(一种用于高度集成成像系统的128×128CMO有源像素传感器)，IEDM93，论文集，22.6.1.第583-586页(1993))。图18A为显示该CMOS固体成像器件的1像素构成图，图18B为显示沿着图18A中的A-A’线的信号电荷50蓄积时的电位分布。另外，在第18B中，为了区别，以阴影显示已蓄积的电荷。此1像素由下述构件所构成：信号电荷蓄积部，由用以蓄积通过照射光52所产生的信号电荷50的P型半导体衬底53、氧化硅膜(SiO₂膜)54a、及光栅极(photo gate)PG导体层所构成；与该信号电荷蓄积部相连的传送栅极TG；与传送栅极TG电极下沟道55相连的浮置二极管(Floating Diode)FD；具有与浮置二极管FD连接的栅极AG的放大MOS(metal oxide semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管56；与放大MOS晶体管56相连的选择栅极(SG)MOS晶体管57；设于连接于浮置二极管FD的SiO₂膜54b上的复位(reset)栅极RG；及具有复位漏极二极管RD的复位MOS晶体管58。复位MOS晶体管58的复位漏极二极管RD与放大MOS晶体管56的漏极连接于电压V_dd的电源线。再者，选择栅极(SG)MOS晶体管57的源极连接于信号线59。

所照射的光(照射光)52通过光栅极PG而射入于P型半导体衬底53。借此所产生的信号电荷50(此时为电子)，通过施加既定电压于光栅极PG而蓄积在形成于P型半导体衬底53表面的电位阱51。所蓄积的信号电荷50通过施加导通(on)电压于传送栅极TG电极而传送于浮置二极管FD。借此，浮置二极管FD的电位即依据信号电荷50的量而变化。同时与浮置二极管FD相连的放大MOS晶体管56的栅极电压也依信号电荷50的量而变化。当施加导通电压于选择栅极(SG)MOS晶体管57的选择栅极SG时，与放大MOS晶体管56的栅极AG电压对应的信号电流则流通于信号线59，且被读取作为输出。

以其他固体成像器件而言，与所述图18A及图18B所示使用光栅极PG的信号电荷蓄积构造不同，具有通过光电二极管(Photo Diode)PD来进行信号电荷蓄积的光电二极管构造(参照例如日本专利申请公开第2000-244818号说明书、及R.M.Guidash，T.H.Lee，P.P.K.Lee，D.H.Sackett，C.I.Drowley，M.S.Swenson，L.Arbaugh，R.Hollstein，F.Shapiro，and S.Domer：”A 0.6um CMOS Pinned Photodiode Color Imager Technology”(一种0.6um CMOS铰接光电二极管彩色成像技术)，IEDM论文集，第927-929页(1997))。以此种光电二极管构造而言，例如有设于光电二极管PD表面的P⁺层、及与P⁺层连接而且为了使像素间电性分离而铰接(pinning)于接地(ground)电位的沟道阻挡层(stopper)P⁺层的构造(pinned photodiode)。