專利名稱：內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件。
背景技術(shù)：
以前，具有倍增寄存器的固體攝像元件(例如參照下述專利文獻(xiàn)1)已為人所知。 在這樣的固體攝像元件中，將從攝像區(qū)域所讀取的電荷經(jīng)由水平移位寄存器傳送至倍增寄 存器。倍增寄存器具備有形成于半導(dǎo)體層上的絕緣層、與形成于絕緣層上的傳送電極，在對 于某電極(DC電極)施加直流電位而固定的狀態(tài)下，若使次級傳送電極(倍增電極)的電 位大幅上升，則在這些電極間的電荷傳送時，可進(jìn)行電子倍增。在下述專利文獻(xiàn)1中記載的 倍增寄存器中，為了通過倍增電極抑制發(fā)生于通道兩側(cè)的隔離區(qū)附近的寄生電荷，在隔離 區(qū)與倍增電極之間，配置有屏蔽電極。專利文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)1]日本特表2007-533130號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題然而，上述的構(gòu)造的情況下，倍增電極下的寄生電荷的去除并不充分，會有圖像信 號中含有噪聲的問題。本發(fā)明鑒于上述的問題而完成，其目的在于提供一種可充分去除噪聲的內(nèi)建電子 倍增功能型的固體攝像元件。解決問題的技術(shù)手段為解決上述的問題，本發(fā)明所涉及的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件的特征 在于其具備攝像區(qū)域；傳送來自攝像區(qū)域的電子的水平移位寄存器；及倍增來自水平移 位寄存器的電子的倍增寄存器，且倍增寄存器具備半導(dǎo)體區(qū)域，形成于半導(dǎo)體區(qū)域上的絕 緣層，在絕緣層上以鄰接方式形成的多個傳送電極；及配置于傳送電極間且被施加直流電 位的DC電極；在倍增寄存器的垂直于電子傳送方向的剖面內(nèi)，絕緣層兩側(cè)部的厚度大于中 央?yún)^(qū)域的厚度，在半導(dǎo)體區(qū)域的中央?yún)^(qū)域與兩側(cè)部的邊界上，形成有一對溢出漏極，各溢出 漏極沿著倍增寄存器的電子傳送方向延伸。在倍增寄存器中，從DC電極正下方的半導(dǎo)體區(qū)域，對特定的傳送電極(倍增電極) 施加大的電壓，將電子誘引至該正下方的半導(dǎo)體區(qū)域而倍增。另外，電子行經(jīng)的兩側(cè)部的絕 緣層的厚度大，這樣的絕緣層(局部氧化膜(LOCOS))可有效控制電子的行經(jīng)區(qū)域和雜質(zhì)的 添加區(qū)域。另一方面，根據(jù)由被施加大電壓的倍增電極所形成的電場，可判斷在該絕緣層的 厚度大的部位(兩側(cè)部)與厚度小的部位(中央?yún)^(qū)域)的邊界(鳥嘴)，或其外側(cè)的絕緣層 的正下方的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)生寄生電荷。因此，在本發(fā)明中，在該邊界上形成一對溢出漏極，并使各溢出漏極沿著倍增寄存 器的電子傳送方向延伸。由此，由于溢出漏極可吸收產(chǎn)生的寄生電荷，故可達(dá)成噪聲成份較
3少的電子倍增。另外，本發(fā)明的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件可將位于DC電極的次級的 傳送電極作為倍增電極，且進(jìn)一步具備與倍增電極及溢出漏極相絕緣的、介存于倍增電 極與溢出漏極之間的溢出式柵極電極。倍增寄存器內(nèi)的過剩電子由于會產(chǎn)生類似光暈 (blooming)的現(xiàn)象，故其作為噪聲而產(chǎn)生作用，從而不令人滿意。因此，在本發(fā)明中，通過控制施加于溢出式柵極電極的偏置電位，也可將存在于倍 增寄存器內(nèi)的過剩電子引導(dǎo)至溢出漏極內(nèi)。另外，可抑制在位于溢出漏極的外側(cè)的絕緣層 的較厚部分的正下方的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的噪聲電荷，流入至倍增寄存器的電子行經(jīng)區(qū)域。由此， 可達(dá)成噪聲成份少的電子倍增。當(dāng)然，代替溢出式柵極電極，可在半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成有適當(dāng)?shù)膭輭緟^(qū)域，由此將越 過上述的勢壘區(qū)的過剩電子流入溢出漏極內(nèi)。即，本發(fā)明的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件可在溢出漏極與半導(dǎo)體區(qū)域之 間，具備阻礙電子從半導(dǎo)體區(qū)域向溢出漏極流入的勢壘區(qū)域。該構(gòu)造的情況下，即使在未形 成溢出式柵極的情況下，也可將超出勢壘區(qū)域的過剩電子，從電子行經(jīng)區(qū)域流動至溢出漏 極。由此，可達(dá)成噪聲成份少的電子倍增。另外，勢壘區(qū)域還可抑制在位于溢出漏極外側(cè)的 絕緣層較厚的部分的正下方的區(qū)域所產(chǎn)生的噪聲電荷流入至倍增寄存器的電子行經(jīng)區(qū)域。另外，優(yōu)選為上述半導(dǎo)體區(qū)域由N型半導(dǎo)體構(gòu)成，勢壘區(qū)域由濃度低于半導(dǎo)體區(qū) 域的N型半導(dǎo)體構(gòu)成，溢出漏極優(yōu)選為由濃度高于半導(dǎo)體區(qū)域的N型半導(dǎo)體構(gòu)成。該情況 下，低濃度的N型半導(dǎo)體由于作為上述勢壘區(qū)域而發(fā)揮功能，故可達(dá)成噪聲成份少的電子 倍增。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件，可達(dá)成噪聲成份少的電子倍增。


圖1為固體像素元件的平面圖。 圖2為圖1所示的固體像素元件的II-II箭頭剖面圖。
圖3為圖1所示的固體像素元件的III-III箭頭剖面圖。
圖4為顯示固體像素元件的詳細(xì)的連接關(guān)系的平面圖。圖5為圖4所示的固體像素元件的V-V箭頭剖面圖。圖6為顯示驅(qū)動/讀取電路與固體像素元件的連接關(guān)系的方塊圖。圖7為倍增寄存器的電位圖。圖8為第1實(shí)施方式的倍增寄存器的立體圖。圖9為倍增寄存器的平面圖。圖10為圖8所示的倍增寄存器的X-X箭頭剖面圖。圖11為第2實(shí)施方式的倍增寄存器的立體圖。圖12為倍增寄存器的平面圖。圖13為圖11所示的倍增寄存器的XIII-XIII箭頭剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下，對實(shí)施方式所涉及的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件進(jìn)行說明。再者， 對相同的要素使用相同的符號，而省略重復(fù)的說明。圖1為背面入射型的固體攝像元件100的平面圖。在半導(dǎo)體基板上形成有絕緣層2，在絕緣層2的表面上形成有多個垂直電荷傳送 電極，這些部份構(gòu)成垂直移位寄存器。垂直移位寄存器所形成的區(qū)域?yàn)閿z像區(qū)域VR，本例的 情況為CXD攝像區(qū)域。再者，攝像區(qū)域VR也可由MOS型影像傳感器構(gòu)成。在攝像區(qū)域VR的一邊，鄰接設(shè)置有水平移位寄存器HR，在從水平移位寄存器HR至 倍增寄存器EM的電荷傳送路徑內(nèi)，配置有轉(zhuǎn)角寄存器CR。轉(zhuǎn)角寄存器CR的構(gòu)造雖與水平 移位寄存器HR相同，但電荷傳送方向以描繪圓弧的方式彎曲。在倍增寄存器EM的輸出端， 電連接有放大器AMP，從放大器AMP的輸出端子OS所獲得的圖像信號按逐個像素依次讀取。形成有絕緣層2的半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊闹醒氩勘晃g刻成矩形，并形成有凹部 DP。形成有凹部DP的一側(cè)為基板的背面，且影像入射至固體攝像元件的背面?zhèn)取D2為圖1所示的固體攝像元件的II-II箭頭剖面圖。固體攝像元件100具有P型半導(dǎo)體基板IA ；在半導(dǎo)體基板IA上生長的P型外延 層IB ；形成于外延層IB內(nèi)的攝像區(qū)域VR;及形成于外延層IB內(nèi)的N型半導(dǎo)體區(qū)域1C，并 構(gòu)成埋入通道型(XD。光像hv從基板背面?zhèn)热肷洹０雽?dǎo)體基板IA從背面?zhèn)冉?jīng)蝕刻而構(gòu)成 凹部DP。再者，將包含半導(dǎo)體基板1A、外延層IB及半導(dǎo)體區(qū)域IC的整體設(shè)為半導(dǎo)體基板 1。在半導(dǎo)體基板1上形成有絕緣層2，且在絕緣層2上設(shè)置有傳送電極3。在外延層IB的 一部分形成有P型接觸區(qū)域1G，在接觸區(qū)域IG設(shè)置有電極El。若對電極El施加接地電位 等的基準(zhǔn)電位，則可決定P型半導(dǎo)體基板IA與外延層IB的電位。在攝像區(qū)域VR中，所傳送的電子在垂直于圖2的紙面的方向行進(jìn)。再者，在N型半 導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)，形成有沿著電荷傳送方向延伸的由多個P型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的隔離區(qū)IS(參 照圖4)，而將垂直移位寄存器的各信道區(qū)分間隔，為使說明簡略化，在同圖中未顯示隔離 區(qū)。圖3為圖1所示的固體攝像元件的III-III箭頭剖面圖。設(shè)置于攝像區(qū)域VR的傳送電極3A、3B交替配置，這些電極的一部分區(qū)域重疊，絕 緣層5介于鄰接的傳送電極3A、3B之間，并電氣分離。來自攝像區(qū)域VR的信號由水平移位 寄存器HR經(jīng)由轉(zhuǎn)角寄存器CR，傳送至倍增寄存器EM。另外，倍增寄存器EM(在同圖中僅將 電極組作為EM而模式性顯示)位于水平移位寄存器HR的附近。半導(dǎo)體基板1由形成有凹部DP的薄板部與其周圍的厚板部構(gòu)成。在厚板部中，因 光的入射而在內(nèi)部產(chǎn)生的載流子在到達(dá)表面?zhèn)戎跋АＳ绕涫前雽?dǎo)體基板IA的P型雜質(zhì) 濃度由于較外延層IB為充分高的濃度，故載流子的行經(jīng)距離也縮短。水平移位寄存器HR、 轉(zhuǎn)角寄存器CR(參照圖1)及倍增寄存器EM至少形成于薄板部的外側(cè)的區(qū)域，優(yōu)選為形成 于厚板部的區(qū)域。因此，在厚板部產(chǎn)生的載流子不會混入這些寄存器內(nèi)。圖4為顯示固體攝像元件的詳細(xì)的連接關(guān)系的平面圖。攝像區(qū)域VR具備有沿著垂直方向交替配置的垂直傳送電極3A、3B。各傳送電極 3A、3B在水平方向延伸，鄰接的電極彼此少許重疊。在本例中，對傳送電極3施加3相的驅(qū) 動電壓(P1V、P2V、P3V)。通過該驅(qū)動電壓的施加，存儲于傳送電極正下方的電子在垂直方向傳送。再者，在同圖中，顯示有FFT(full frame transfer)方式的CCD，其也可替換成進(jìn) 一步包含存儲區(qū)域的FT (frame transfer)方式的CCD，或IT (interline transfer)方式的 CCD。在攝像區(qū)域VR，形成有用于分離各垂直電荷傳送信道CHl CHlO的P型隔離區(qū) IS。在構(gòu)成攝像區(qū)域VR的信道CHl CHlO中，對應(yīng)于光的入射而產(chǎn)生的電荷朝垂直方向 傳送，且在每個信道中流入水平移位寄存器HR的各傳送電極6的正下方。再者，在攝像區(qū)域VR與水平移位寄存器HR之間，設(shè)置有被施加?xùn)艠O電壓TG的傳 送電極(轉(zhuǎn)移柵)，通過控制柵極電壓TG，可控制從攝像區(qū)域VR流入至水平移位寄存器HR 的電荷量。構(gòu)成水平移位寄存器HR的傳送電極6A、6B沿著水平方向交替配置，且一部分重 疊。再者，在任一者的寄存器中，在鄰接的傳送電極3A、3B、6A、6B、7A、7B、8A、8B之間，均存 在有形成于絕緣層2上的絕緣層5 (參照圖5)，且這些電極電氣分離。對傳送電極6施加3 相的驅(qū)動電壓(P1HA、P2HA、P3HA)，且傳送電極6正下方的電子在水平方向傳送。在水平移 位寄存器HR上，連接有圓弧狀彎曲的轉(zhuǎn)角寄存器CR。構(gòu)成轉(zhuǎn)角寄存器CR的傳送電極7A、 7B沿著圓弧交替配置，且一部分重疊。對傳送電極7施加與在水平移位寄存器上施加的相 同的3相的驅(qū)動電壓(P1HA、P2HA、P3HA)，且傳送電極7的正下方的電子沿著圓弧傳送至倍 增寄存器EM。在倍增寄存器EM中，將傳送電極8A、8B沿著水平方向交替配置，且一部分重疊。對 傳送電極8施加3相的驅(qū)動電壓(P1HB、P2HB、P3HB)，且傳送電極8的正下方的電子在水平 方向傳送。在4個成組的傳送電極8中，對3個傳送電極8施加驅(qū)動電壓，對其余的1個傳 送電極8施加作為DC電極的直流電位DCB。在本例中，具有在水平方向依次鄰接的4個成 組的傳送電極8，即第1、第2、第3、第4傳送電極8的情況時，將位于第2者設(shè)為DC電極， 對其施加直流電位DCB。對傳送電極8所施加的電位為正電位，對第1傳送電極8施加適當(dāng)?shù)恼娢?(P1HB)，并加深勢阱(提高電位參照圖7)，在該阱內(nèi)預(yù)先存儲電子。對第3傳送電極8也 施加大的正電位(P2HB的最大值> P2HA的最大值)，加深勢阱，且施加于第2傳送電極8的 一定的電位(DCB)低于這些電位(P1HB、P2HB)，而于第1與第3阱之間形成勢壘。在此狀 態(tài)下，若使第1勢阱變淺(降低電位參照圖7)，則從勢阱溢出的電子會越過勢壘，而落入 第3傳送電極的勢阱(電位深度ΦΑ)內(nèi)。該電子落下時進(jìn)行電子倍增。將第1勢阱的電 位進(jìn)一步下降(上方向)，而使所存儲的電子完全傳送至第3勢阱。再者，電位Φ的朝向?yàn)?朝下為正。該經(jīng)倍增的電子一邊加深第4傳送電極8的正下方的勢阱，一邊使第3傳送電極 8的正下方的勢阱變淺，由此可移動至第4勢阱。同樣地，存儲于第4勢阱的電子使用與從 第3至第4的電荷傳送相同的方法，移動至下一組的第1勢阱并存儲。以下，使用與上述相 同的手法，在下一組中也重復(fù)倍增 傳送步驟。再者，在本例中，電荷傳送使用3相驅(qū)動，但 也可設(shè)定成4相驅(qū)動，或2相驅(qū)動。經(jīng)倍增的電子最終流入至高濃度的N型半導(dǎo)體區(qū)域FD。半導(dǎo)體區(qū)域FD連接于放 大器AMP。該放大器AMP為內(nèi)建于半導(dǎo)體基板1內(nèi)的浮動·擴(kuò)散·放大器。圖5為圖4所示的固體攝像元件的V-V箭頭剖面圖。再者，圖6為顯示驅(qū)動/讀取電路200與固體攝像元件100的連接關(guān)系的方塊圖。從驅(qū)動/讀取電路200將各種的信 號給予至固體攝像元件100。再者，為方便電荷讀取部的說明，使各要素及信號使用相同的 符號。即，被施加直流電位DCB的DC電極8，與被施加電位P2HB的次級的傳送電極(倍增 電極)8之間的N型半導(dǎo)體區(qū)域IC內(nèi)的電位變化變得急劇，電子倍增顯著地進(jìn)行。越過被施加直流電位DCB的第2電位，電子從第1勢阱(電位P1HB)流入第3勢 阱(電位P2HB)時，電子倍增進(jìn)行。圖8為第1實(shí)施方式的倍增寄存器EM的立體圖，圖9為倍增寄存器的平面圖，圖 10為圖8所示的倍增寄存器EM的X-X箭頭剖面圖。如上所述，該內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件具備有攝像區(qū)域VR;傳送來自 攝像區(qū)域VR的電子的水平移位寄存器HR ；及倍增來自水平移位寄存器HR的電子的倍增寄 存器EM。倍增寄存器EM具備有N型半導(dǎo)體區(qū)域IC ；形成于半導(dǎo)體區(qū)域IC上的絕緣層2 ； 在絕緣層2上以鄰接方式形成的多個傳送電極8 ；及配置于傳送電極8之間且被施加直流 電位的DC電極8(被施加DCB的電極)。再者，將位于DC電極S(DCB)的次級的傳送電極設(shè) 為倍增電極8(P2HB)。鄰接的電極8 一部分重疊，絕緣層存在于這些電極之間且電氣分離。此處，在倍增寄存器EM的垂直于電子傳送方向的剖面(圖10)內(nèi)，絕緣層2兩側(cè) 部的厚度大于中央?yún)^(qū)域的厚度，在半導(dǎo)體區(qū)域IC的上述中央?yún)^(qū)域與上述兩側(cè)部的邊界上， 形成有一對溢出漏極1N。兩側(cè)部的絕緣層2為局部氧化膜(L0C0S)。且，各溢出漏極IN沿 著倍增寄存器EM的電子傳送方向(垂直于各傳送電極8的長邊方向與厚度方向兩者的方 向)延伸。由于絕緣層2的中央?yún)^(qū)域較薄，故也可經(jīng)由該絕緣層2進(jìn)行雜質(zhì)的離子注入或 擴(kuò)散，而形成半導(dǎo)體區(qū)域1C，當(dāng)然，也可在中央?yún)^(qū)域的絕緣層2形成前添加雜質(zhì)。各個溢出漏極IN分別與絕緣層2的一對上述邊界接觸。在絕緣層2的較厚部分 的正下方，形成有由高濃度的P型半導(dǎo)體構(gòu)成的隔離區(qū)(通道阻絕)CS。隔離區(qū)CS沿著電 子傳送方向延伸，其雜質(zhì)濃度高于外延層IB的雜質(zhì)濃度。另外，各個溢出漏極IN形成于P 型隔離區(qū)CS與N型半導(dǎo)體區(qū)域IC之間。分別被施加驅(qū)動信號P1HB、DCB、P2HB、P3HB的電極8 (8A、8B)分別經(jīng)由接觸電極 HU HD, H2、H3，電連接于配線Li、LD、L2、L3。因此，若對配線Li、LD、L2、L3分別施加驅(qū)動 信號 PIHB、DCB、首先，對信號讀取部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在信號讀取部的半導(dǎo)體區(qū)域FD連接有放大 器AMP。對應(yīng)于半導(dǎo)體區(qū)域FD內(nèi)的電荷量，晶體管QB的柵極電位變動，對應(yīng)于此，從輸出 漏極OD經(jīng)由晶體管QB流過電阻R的電流量變動。即，對應(yīng)于存儲于半導(dǎo)體區(qū)域FD的電荷 量，電阻R的兩端值的電壓(輸出電壓)OS變化，并將其讀取。來自1個像素的電荷經(jīng)讀取后，在重置柵極RG輸入重置電壓RG，經(jīng)由重置漏極RD 重置半導(dǎo)體區(qū)域FD的電位。此處，由于重置漏極RD的電位為正，故重置時，可存儲電子的 勢阱形成于半導(dǎo)體區(qū)域FD內(nèi)。重置后，控制重置柵極RG的電位，將晶體管QA斷開，并將半 導(dǎo)體區(qū)域FD的電位設(shè)成浮動電平。再者，在使電荷流入半導(dǎo)體區(qū)域FD內(nèi)之前，升高近處的信號柵SG的電位，在此存 儲電荷，且輸出柵OG的電位固定，而形成阻擋，以使電荷不從信號柵SG的正下方區(qū)域流入 半導(dǎo)體區(qū)域FD內(nèi)。其后，若在輸出柵OG的電位固定的狀態(tài)下，降低信號柵SG的電位，則存 儲于信號柵SG的正下方的電荷將流入半導(dǎo)體區(qū)域FD內(nèi)。
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其次，對倍增寄存器EM進(jìn)行說明。倍增寄存器EM倍增來自水平移位寄存器HR的 電子。外延層已知其結(jié)晶性優(yōu)良。因此，在P型外延層IB形成N型半導(dǎo)體區(qū)域IC的情 況時，垂直移位寄存器、水平移位寄存器HR、及轉(zhuǎn)角寄存器CR的電子在結(jié)晶性優(yōu)良的半導(dǎo) 體內(nèi)傳送，噪聲變少，從而電子傳送可高精度地進(jìn)行。如此傳送的電子流入至倍增寄存器EM 的半導(dǎo)體區(qū)域IC內(nèi)。倍增寄存器EM具備有N型半導(dǎo)體區(qū)域IC ；形成于半導(dǎo)體區(qū)域IC上的絕緣層2;在 絕緣層2上以鄰接方式形成的多個傳送電極8 ；及配置于傳送電極8之間且被施加直流電 位DCB(參照圖4及圖7)的DC電極8。再者，外延層IB形成于基板整個面，但N型半導(dǎo)體 區(qū)域IC僅選擇性形成于形成有攝像區(qū)域VR、水平移位寄存器HR、轉(zhuǎn)角寄存器CR、倍增寄存 器EM的區(qū)域。圖7為倍增寄存器EM的電位圖。上述構(gòu)造的情況，如同圖所示，倍增寄存器EM的傳送電極8的正下方的半導(dǎo)體區(qū) 域內(nèi)的電位變化變得急劇，電子倍增率顯著提高。P2HB、P3HB，則可對各電極8施加期望的 偏置電位。配線Li、LD、L2、L3分別沿著電子傳送方向延伸，位于絕緣層2的較厚部分上， 且位于配線L1、LD、L2、L3上。在倍增寄存器EM中，相對于DC電極8 (被施加DCB的電極)正下方的半導(dǎo)體區(qū)域 2的電位，對特定的傳送電極(倍增電極)8(被施加P2HB的電極)施加大的電壓，將該正下 方的半導(dǎo)體區(qū)域2的電位加深，從而倍增電子。另外，由于電子行經(jīng)的兩側(cè)部的絕緣層2的厚度較大而使半導(dǎo)體表面下壓至內(nèi)部 形成，故絕緣層2的較厚部分與隔離區(qū)CS協(xié)同動作，而發(fā)揮將電子的行經(jīng)區(qū)域限制于絕緣 層2的中央?yún)^(qū)域(較薄區(qū)域)的正下方的功能。另外，絕緣層2的較厚部分在添加N型雜 質(zhì)時，作為掩膜發(fā)揮功能，并有效控制雜質(zhì)的添加區(qū)域。根據(jù)由被施加大的電壓的倍增電極8而形成的電場，在絕緣層2的厚度大的部位 (兩側(cè)部)與厚度小的部位(中央?yún)^(qū)域)的邊界(鳥嘴)，或其外側(cè)的絕緣層2的正下方的 半導(dǎo)體區(qū)域1C、CS內(nèi)，產(chǎn)生寄生電荷。在該邊界上，形成有一對溢出漏極1N。由于各溢出漏 極IN沿著倍增寄存器EM的電子傳送方向延伸，故溢出漏極IN可將產(chǎn)生的寄生電荷吸收。 因此，在該倍增寄存器EM中，可達(dá)成噪聲成份少的電子倍增。另外，本例的倍增寄存器EM進(jìn)一步具備有溢出式柵極電極G。溢出式柵極電極G 與倍增電極8及溢出漏極IN相絕緣，且存在于倍增電極8與溢出漏極IN之間。詳細(xì)而言， 溢出式柵極電極G從絕緣層2的較薄部分至較厚部分延伸，且，存在于各傳送電極8 (8A、8B) 的長邊方向的兩端部與絕緣層2之間，并也作為對于各電極8(8A、8B)的屏蔽電極發(fā)揮功 能。在溢出式柵極電極G與全部的電極8(8A、8B)之間存在有未圖示的絕緣層。再者，一對 溢出式柵極電極G沿著電子傳送方向延伸。倍增寄存器8內(nèi)的過剩電子由于會產(chǎn)生類似光 暈的現(xiàn)象，故其作為噪聲產(chǎn)生作用，從而不令人滿意。在本例中，通過控制施加于溢出式柵極電極G的偏置電位，也可將存在于倍增寄 存器EM內(nèi)的過剩電子引導(dǎo)至溢出漏極IN內(nèi)。若對溢出式柵極電極G施加相對于溢出漏極 呈正的電位，則溢出式柵極電極G下的勢壘降低，而使過剩電子容易流入溢出漏極IN內(nèi)。 另外，在位于溢出漏極IN的外側(cè)的絕緣層2的較厚部分的正下方的區(qū)域產(chǎn)生的噪聲電荷將會容易地越過因施加于溢出式柵極電極G的正電位而降低的勢壘，若其排出至溢出漏極IN 內(nèi)，則也可抑制電荷流入至倍增寄存器EM的電子行經(jīng)區(qū)域(中央?yún)^(qū)域)。由此，可達(dá)成噪聲 成份少的電子倍增。再者，在電子傳送時，若對溢出式柵極電極G施加相對于溢出漏極呈負(fù)的電位，則 其勢壘增高，電子行經(jīng)區(qū)域內(nèi)的電子將不會流入至溢出漏極IN內(nèi)。也可抑制來自隔離區(qū)CS 的無用電荷朝電子行經(jīng)區(qū)域內(nèi)的流入。進(jìn)行小于閾值的電荷量的傳送的情況時，這樣的使 用方式也可。即，僅在必要時對溢出式柵極電極G施加相對于溢出漏極呈正的電位，由此可 在溢出漏極IN將過剩電子或噪聲電荷排出。圖11為第2實(shí)施方式的倍增寄存器EM的立體圖，圖12為倍增寄存器EM的平面 圖，圖13為圖11所示的倍增寄存器EM的XIII-XIII箭頭剖面圖。第2實(shí)施方式的倍增寄 存器EM與第1實(shí)施方式相比較，不同的是沒有溢出式柵極電極G，與以圍繞溢出漏極IN的 外側(cè)的方式形成勢壘區(qū)域In兩點(diǎn)。至于其它的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。勢壘區(qū)域In設(shè)置于溢出漏極IN與半導(dǎo)體區(qū)域1C、1B、CS之間，阻礙電子從半導(dǎo)體 區(qū)域1C、1B、CS向溢出漏極IN流入。半導(dǎo)體區(qū)域IC由N型半導(dǎo)體IC構(gòu)成，勢壘區(qū)域In由 濃度低于半導(dǎo)體區(qū)域IC的N型半導(dǎo)體構(gòu)成，溢出漏極IN由濃度高于半導(dǎo)體區(qū)域IC的N型 半導(dǎo)體構(gòu)成。此情況下，低濃度的N型半導(dǎo)體若從濃度高于其的半導(dǎo)體區(qū)域IC觀察，則相 對于電子作為勢壘發(fā)揮功能。即通過該勢壘，在電子行經(jīng)區(qū)域內(nèi)，電子不會流入至溢出漏極 IN內(nèi)。該構(gòu)造的情況下，即使在未形成溢出式柵極的情況下，也可將越過勢壘區(qū)域In的 過剩電子從電子行經(jīng)區(qū)域流入至溢出漏極1N。由于沒有溢出式柵極，故其制造可簡單化。 另外，通過該阻擋使在上述邊界產(chǎn)生的電荷不易流入電子行經(jīng)區(qū)域內(nèi)。由此，可達(dá)成噪聲成 份少的電子倍增。另外，勢壘區(qū)域也可抑制在位于溢出漏極IN外側(cè)的絕緣層2的較厚部分 的正下方的區(qū)域產(chǎn)生的噪聲電荷流入至倍增寄存器EM的電子行經(jīng)區(qū)域。再者，雖由上述的 N型半導(dǎo)體區(qū)域IC的存在而構(gòu)成埋入通道型(XD，但若將其省略，則可形成表面通道型(XD。再者，上述的半導(dǎo)體的材料為Si，各實(shí)施方式的半導(dǎo)體層內(nèi)的P型雜質(zhì)濃度Cp及 N型雜質(zhì)濃度Cn的范圍優(yōu)選為以下的情況。再者，P型外延層IB的表面電阻設(shè)定成使攝像 區(qū)域VR的光感度增高?！?P型半導(dǎo)體基板IA的雜質(zhì)濃度Cp(IA) = 1 X IO17 1 X IO1Vcm3· P 型外延層 IB 的雜質(zhì)濃度 Cp(IB) = 1 X IO11 1 X 1016/cm3· N型半導(dǎo)體區(qū)域IC的雜質(zhì)濃度Cn(IC) = 1 X IO12 1 X IO1Vcm3·溢出漏極 IN 的雜質(zhì)濃度 Cn(IN) = 1 X IO17 1 X IO2Vcm3·勢壘 In 的雜質(zhì)濃度 Cn (In) = IXlO11 1 X IO1Vcm3此處，雜質(zhì)濃度C滿足以下的關(guān)系?！?Cp(IA) > CN(IC) > Cp(IB)此處，P型半導(dǎo)體基板IA的厚度t (IA)、P型外延層IB的厚度t (IB)、及N型半導(dǎo) 體區(qū)域IC的厚度t (IC)滿足以下的關(guān)系?！?t (IA) > t (IB) > t (IC)再者，上述實(shí)施方式也可適用于不蝕刻半導(dǎo)體基板的表面入射型的固體攝像元 件。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明通過進(jìn)行高性能的電子倍增，可適用于能夠拍攝微弱的光像的內(nèi)建電子倍 增功能型的固體攝像元件。符號說明
IA半導(dǎo)體基板
IB外延層
VR攝像區(qū)域
ICN型半導(dǎo)體區(qū)域
HR水平移位寄存器
EM倍增寄存器
權(quán)利要求
一種內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件，其特征在于所述固體攝像元件具備攝像區(qū)域；水平移位寄存器，傳送來自所述攝像區(qū)域的電子；以及倍增寄存器，倍增來自所述水平移位寄存器的電子，所述倍增寄存器具備半導(dǎo)體區(qū)域；形成于所述半導(dǎo)體區(qū)域上的絕緣層；在所述絕緣層上以鄰接方式形成的多個傳送電極；以及配置于所述傳送電極之間且被施加直流電位的DC電極，在所述倍增寄存器的垂直于電子傳送方向的剖面內(nèi)，所述絕緣層兩側(cè)部的厚度大于中央?yún)^(qū)域的厚度，且在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述中央?yún)^(qū)域與所述兩側(cè)部的邊界上，形成有一對溢出漏極；各個所述溢出漏極沿著所述倍增寄存器的電子傳送方向延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件，其特征在于 將位于所述DC電極的次級的所述傳送電極設(shè)為倍增電極，進(jìn)一步具備與所述倍增電極和所述溢出漏極相絕緣、且介于所述倍增電極與所述溢出 漏極之間的溢出式柵極電極。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件，其特征在于在所述溢出漏極與所述半導(dǎo)體區(qū)域之間，具備阻礙電子從所述半導(dǎo)體區(qū)域向所述溢出 漏極流入的勢壘區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件，其特征在于 所述半導(dǎo)體區(qū)域由N型半導(dǎo)體構(gòu)成，所述勢壘區(qū)域由濃度低于所述半導(dǎo)體區(qū)域的N型半導(dǎo)體構(gòu)成， 所述溢出漏極由濃度高于所述半導(dǎo)體區(qū)域的N型半導(dǎo)體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)建電子倍增功能型的固體攝像元件中，在倍增寄存器(EM)的垂直于電子傳送方向的剖面內(nèi)，絕緣層(2)兩側(cè)部的厚度大于中央?yún)^(qū)域的厚度，在N型半導(dǎo)體區(qū)域(1C)的中央?yún)^(qū)域與兩側(cè)部的邊界上，形成有一對溢出漏極(1N)，各溢出漏極(1N)沿著倍增寄存器(EM)的電子傳送方向延伸。溢出式柵極電極(G)從絕緣層(2)的較薄部分至較厚部分延伸，另外，其介于各傳送電極(8(8A、8B))的長邊方向的兩端部與絕緣層(2)之間，且作為對各電極(8(8A、8B))的屏蔽電極也發(fā)揮功能。
文檔編號H04N5/335GK101960599SQ201080001169
公開日2011年1月26日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者前田堅(jiān)太郎, 村松雅治, 米田康人, 鈴木久則, 高木慎一郎 申請人:浜松光子學(xué)株式會社