專利名稱：固體攝像裝置、固體攝像裝置的制造方法及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置、固體攝像裝置的制造方法和電子裝置。具體地，本發(fā)明涉及能夠獲得高質(zhì)量圖像的固體攝像裝置、該固體攝像裝置的制造方法和使用該固體攝像裝置的電子裝置。
背景技術(shù)：
用于多種用途的固體攝像裝置已成為各種電子裝置的一部分，例如，諸如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等攝像裝置、具有攝像功能的移動(dòng)終端等。固體攝像裝置包括基于像素的具有放大元件的APS (有源像素傳感器)，而且，CMOS (互補(bǔ)MOQ圖像傳感器被廣泛使用，在CMOS 圖像傳感器中，設(shè)置成光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管中累積的信號(hào)電荷通過(guò)MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管被讀出。通常，在CMOS圖像傳感器中，在像素陣列中逐行進(jìn)行讀出每個(gè)光電二極管中所累積的信號(hào)電荷的讀出操作，完成讀出操作的像素在完成讀出操作時(shí)重新開(kāi)始電荷的累積。 由于在像素陣列中逐行進(jìn)行讀出操作，所以，在CMOS圖像傳感器中，不能使所有像素的信號(hào)電荷累積時(shí)段一致。因此，在被攝像的物體正在移動(dòng)或處于其它相似情形的情況下，所獲得的圖像將失真。例如，當(dāng)對(duì)在垂直方向上為直線形且水平移動(dòng)的物體進(jìn)行拍攝時(shí)，結(jié)果物體的圖像好像是傾斜的一樣。為了消除圖像的這類失真的產(chǎn)生，開(kāi)發(fā)出一種用于CMOS圖像傳感器的全像素同步電子快門以實(shí)現(xiàn)所有像素的相同曝光時(shí)段。全像素同步電子快門是一種確保同時(shí)啟動(dòng)并同時(shí)結(jié)束所有有效攝像像素的曝光的快門，這種系統(tǒng)也稱為全局快門(全局曝光)。用于實(shí)現(xiàn)全局曝光的系統(tǒng)包括機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。例如，在用于全局曝光的機(jī)械系統(tǒng)中，使用能夠打開(kāi)和關(guān)閉用于阻擋CMOS圖像傳感器前側(cè)上的光的機(jī)械快門(光阻擋部)。具體地，打開(kāi)機(jī)械快門以同時(shí)啟動(dòng)所有像素的曝光。在曝光時(shí)段結(jié)束時(shí)，關(guān)閉機(jī)械快門以同時(shí)對(duì)所有像素遮光。因此，所有像素的光電二極管中的光電荷的產(chǎn)生時(shí)段是一致的。另一方面，在用于全局曝光的電氣系統(tǒng)中，對(duì)所有像素同時(shí)執(zhí)行電荷放電操作以將累積電荷從光電二極管清空，并啟動(dòng)曝光。在曝光時(shí)段結(jié)束時(shí)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所有像素的傳輸柵，使得所累積的光電荷全部傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散層(電容)中，然后關(guān)閉傳輸柵。因此，所有像素的光電二極管中的光電荷的產(chǎn)生時(shí)段是一致的。然而，在電氣系統(tǒng)中，對(duì)于所有像素，同時(shí)將電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散層的操作伴隨著去除噪聲方面的困難，這可能會(huì)使圖像的質(zhì)量不好。為了抑制圖像質(zhì)量的這類劣化，開(kāi)發(fā)出具有存儲(chǔ)部的像素結(jié)構(gòu)。在具有存儲(chǔ)部的像素結(jié)構(gòu)中，對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行電荷放電操作以將所累積的電荷從光電二極管清空，并啟動(dòng)曝光。在曝光時(shí)段結(jié)束時(shí)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所有像素的傳輸柵，使得所累積的光電荷全部傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部中以保持在其中。然后，在復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散層之后，保持在存儲(chǔ)部中的電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散層中，然后讀出信號(hào)電平。用于臨時(shí)保持光電二極管中所累積的電荷的存儲(chǔ)部與浮動(dòng)擴(kuò)散層分開(kāi)設(shè)置的像素結(jié)構(gòu)能夠降低噪聲。然而，在像素的內(nèi)部加入存儲(chǔ)部必然導(dǎo)致光電二極管的面積的減少， 這降低了光電二極管中所能累積的電荷的最大量(最大電荷量)。鑒于前述原因，提出了如下像素結(jié)構(gòu)在該像素結(jié)構(gòu)中，光電二極管和存儲(chǔ)部通過(guò)溢出通道整體地聯(lián)合在一起，以便于避免光電二極管的最大電荷量的降低(例如，參照日本專利公開(kāi)公報(bào)No. 2009-268083，在下文中稱為專利文獻(xiàn)1)。同時(shí)，在專利文獻(xiàn)1所披露的固體攝像裝置中，采用了如下結(jié)構(gòu)在光電二極管和存儲(chǔ)部之間的電荷傳輸通道中形成勢(shì)壘時(shí)，在該結(jié)構(gòu)中獲得耗盡狀態(tài)。具體地，該結(jié)構(gòu)具有形成勢(shì)壘的雜質(zhì)擴(kuò)散層，使得即使施加足以關(guān)閉存在于光電二極管和存儲(chǔ)部之間的第一傳輸柵的電壓的條件下，當(dāng)超過(guò)預(yù)定電荷量的電荷累積在光電二極管中時(shí)，光電二極管中所產(chǎn)生的光電荷仍溢出到存儲(chǔ)部。這種結(jié)構(gòu)能夠抑制由噪聲所導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的劣化，并避免光電二極管中最大電荷量的降低。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在如上所述的光電二極管和存儲(chǔ)部通過(guò)溢出通道整體地聯(lián)合在一起的像素結(jié)構(gòu)中，如果在固體攝像裝置中所設(shè)置的像素的溢出通道之間存在勢(shì)壘分散，該攝像裝置獲得的圖像的質(zhì)量將會(huì)降低。因此，需要抑制在固體攝像裝置所具有的像素的溢出通道中的勢(shì)壘分散，由此提高所獲得的圖像的質(zhì)量。因此，期望獲得具有提高圖像質(zhì)量的圖像。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括光電轉(zhuǎn)換元件，其能夠操作以根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷；電荷保持區(qū)域，通過(guò)由所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所述電荷在被讀出之前保持在所述電荷保持區(qū)域中；及傳輸柵，其具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的所述電荷通過(guò)所述完全傳輸通道完全傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域中，由所述光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的所述電荷通過(guò)所述中間傳輸通道傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域。所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種固體攝像裝置的制造方法，所述制造方法包括以下步驟形成光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件能夠操作以根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷；形成電荷保持區(qū)域，通過(guò)由所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所述電荷在被讀出之前保持在所述電荷保持區(qū)域中；及形成傳輸柵，所述傳輸柵具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的所述電荷通過(guò)所述完全傳輸通道完全傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域中，由所述光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的所述電荷通過(guò)所述中間傳輸通道傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域。所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種電子裝置，所述電子裝置包括固體攝像裝置，其包括光電轉(zhuǎn)換元件，其能夠操作以根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷；電荷保持區(qū)域，通過(guò)由所述光電轉(zhuǎn)換元件所進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所述電荷在被讀出之前保持在所述電荷保持區(qū)域中；及傳輸柵，其具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的所述電荷通過(guò)所述完全傳輸通道完全傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域中，由所述光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的所述電荷通過(guò)所述中間傳輸通道傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域。所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中。在布置成矩陣圖案的單位像素中，多個(gè)行中的所述單位像素同時(shí)進(jìn)行電荷累積，并且由所述傳輸柵傳輸?shù)乃鲭姾杀灰来巫x出。因此，在本發(fā)明的所述一個(gè)實(shí)施例、另一實(shí)施例和又一實(shí)施例中，所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，提供了一種固體攝像裝置，其包括第一電荷保持區(qū)域，其能夠操作以累積通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷；柵，其能夠操作以傳輸來(lái)自所述第一電荷保持區(qū)域的所述電荷；及第二電荷保持區(qū)域，其能夠操作以保持電荷，所述第二電荷保持區(qū)域所保持的所述電荷是所述第一電荷保持區(qū)域中所累積的電荷的至少一部分并且是由所述柵傳輸來(lái)的。在所述第一電荷保持區(qū)域和所述第二電荷保持區(qū)域之間形成有第一電荷傳輸通道，所述第一電荷傳輸通道能夠操作以通過(guò)所述柵的至少一部分傳輸電荷。在不同于所述第一電荷傳輸通道的區(qū)域的區(qū)域中形成有第二電荷傳輸通道，所述第二電荷傳輸通道能夠操作以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生并超過(guò)所述第一電荷保持區(qū)域中所能夠保持的電荷量的電荷。根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，能夠獲得高圖像質(zhì)量的圖像。除此之外，能夠制造可以產(chǎn)生高圖像質(zhì)量的圖像的固體攝像裝置。


圖1是表示應(yīng)用有本發(fā)明的固體攝像裝置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示例的框圖；圖2表示第一實(shí)施例的單位像素的結(jié)構(gòu)；圖3是表示根據(jù)第一實(shí)施例的單位像素的結(jié)構(gòu)的平面圖4表示穿過(guò)完全傳輸通道的部分及其電勢(shì)狀態(tài)；圖5表示穿過(guò)中間傳輸通道的部分及其電勢(shì)狀態(tài)；圖6A 圖6C表示通過(guò)共同結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的中間傳輸通道和完全傳輸通道的結(jié)構(gòu)；圖7A 圖7C表示通過(guò)共同結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的中間傳輸通道和完全傳輸通道的結(jié)構(gòu)；圖8表示第一實(shí)施例的第一變型的結(jié)構(gòu)；圖9表示單位像素的制造方法；圖10表示第一實(shí)施例的第二變型的結(jié)構(gòu)；圖11表示第一實(shí)施例的第三變型的結(jié)構(gòu)；圖12A和圖12B表示第二實(shí)施例的單位像素的結(jié)構(gòu)；圖13A和圖1 表示第二實(shí)施例的單位像素的電勢(shì)狀態(tài)；圖14A和圖14B表示第二實(shí)施例的第二變型的結(jié)構(gòu)；
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圖15A和圖15B表示第三實(shí)施例的單位像素的結(jié)構(gòu)；圖16表示單位像素的制造方法；圖17表示第三實(shí)施例的第一變型的結(jié)構(gòu)；圖18表示第三實(shí)施例的第二變型的結(jié)構(gòu)；圖19表示第三實(shí)施例的第三變型的結(jié)構(gòu)；圖20表示第三實(shí)施例的第四變型的結(jié)構(gòu)；圖21表示第三實(shí)施例的第五變型的結(jié)構(gòu)；圖22表示第三實(shí)施例的第六變型的結(jié)構(gòu)；圖23表示第四實(shí)施例的單位像素的結(jié)構(gòu)；圖24A和圖24B表示第四實(shí)施例的單位像素的電勢(shì)狀態(tài)；圖25A和圖25B表示單位像素的制造方法；圖^A 圖26D表示單位像素的制造方法；圖27表示第四實(shí)施例的第一變型的結(jié)構(gòu)；圖^A 圖28C表示單位像素的制造方法；圖^A 圖29C表示單位像素的制造方法；圖30A 圖30C表示第五實(shí)施例的單位像素的結(jié)構(gòu)；圖31A 圖31C表示第五實(shí)施例的第一變型的結(jié)構(gòu)；圖32A 圖32C表示第五實(shí)施例的第二變型和第三變型的結(jié)構(gòu)；圖33A 圖33C表示第五實(shí)施例的第四變型和第五變型的結(jié)構(gòu)；圖34表示單位像素的第一其它結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)；圖35表示單位像素的第二其它結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)；圖36表示單位像素的第三其它結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)；圖37表示單位像素的第四其它結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)；及圖38是表示作為應(yīng)用有本發(fā)明的電子裝置的攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖1是表示應(yīng)用有本發(fā)明的固體攝像裝置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示例的框圖。固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例圖1是表示作為應(yīng)用有本發(fā)明的固體攝像裝置的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示例的框圖。CMOS圖像傳感器100包括像素陣列部111、垂直驅(qū)動(dòng)部112、列處理部113、水平驅(qū)動(dòng)部114和系統(tǒng)控制部115。像素陣列部111、垂直驅(qū)動(dòng)部112、列處理部113、水平驅(qū)動(dòng)部 114和系統(tǒng)控制部115形成在半導(dǎo)體基板(芯片)(附圖中未圖示)上。在像素陣列部111中，將單位像素(例如，圖2中的單位像素120A) 二維布置成矩陣形式，單位像素均具有可操作以產(chǎn)生光電荷并在自身中累積光電荷的光電轉(zhuǎn)換元件，產(chǎn)生的光電荷的電荷量對(duì)應(yīng)于入射光的量。應(yīng)指出，在下文中，其電荷量對(duì)應(yīng)于入射光的量的光電荷有時(shí)簡(jiǎn)稱為“電荷”，單位像素有時(shí)簡(jiǎn)稱為“像素”。在像素陣列部111中，矩陣形式的像素布置中的各行沿著附圖的左右方向(像素
8在像素行中的布置方向)還形成有像素驅(qū)動(dòng)線116，矩陣形式的像素布置中的各列沿著附圖的垂直方向(像素在像素列中的布置方向)還形成有垂直信號(hào)線117。雖然每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線116是由圖1中的一條線構(gòu)成，但構(gòu)成每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線116的線的數(shù)量不限于一條。每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線116的一端連接到垂直驅(qū)動(dòng)部112中的對(duì)應(yīng)于每個(gè)行的輸出端。CMOS圖像傳感器100還包括信號(hào)處理部118和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119。信號(hào)處理部118 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119可通過(guò)外部信號(hào)處理部(例如，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或軟件)執(zhí)行處理，外部信號(hào)處理部可設(shè)于不同于CMOS圖像傳感器100的基板上或設(shè)于與CMOS圖像傳感器100的基板相同的基板上。垂直驅(qū)動(dòng)部112具有移位寄存器或地址解碼器等，垂直驅(qū)動(dòng)部112是像素驅(qū)動(dòng)部， 其同時(shí)驅(qū)動(dòng)像素陣列部111中的所有像素或以每次驅(qū)動(dòng)一行等方式驅(qū)動(dòng)像素陣列部111中的像素。垂直驅(qū)動(dòng)部112(附圖中省略了其具體結(jié)構(gòu))通常具有兩個(gè)掃描系統(tǒng)，S卩，讀出掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)。讀出掃描系統(tǒng)對(duì)像素陣列部111中的單位像素以每次掃描一行的方式依次進(jìn)行選擇掃描，以便從單位像素中讀出信號(hào)。清除掃描系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過(guò)讀出掃描系統(tǒng)所進(jìn)行的讀出掃描的讀出行進(jìn)行清除掃描，清除掃描比讀出掃描領(lǐng)先對(duì)應(yīng)于快門速度的一個(gè)時(shí)段。由于清除掃描系統(tǒng)進(jìn)行的清除掃描，將不需要的電荷從讀出行中的單位像素的光電轉(zhuǎn)換元件清除出去(即，復(fù)位光電轉(zhuǎn)換元件)。除此之外，由于清除掃描系統(tǒng)將不需要的電荷清除出去(復(fù)位)，從而進(jìn)行所謂的電子快門操作。這里，電子快門操作表示對(duì)光電轉(zhuǎn)換元件中的光電荷進(jìn)行放電和重新啟動(dòng)曝光(啟動(dòng)光電荷的累積)的操作。讀出掃描系統(tǒng)的讀出操作所讀出的信號(hào)對(duì)應(yīng)于在前一讀出操作或電子快門操作之后入射的光的量。然后，從前一讀出操作的讀出時(shí)刻或前一電子快門操作的清除時(shí)刻至當(dāng)前讀出操作的讀出時(shí)刻之間的時(shí)段成為光電荷在單位像素中的累積時(shí)間(曝光時(shí)間)。從經(jīng)歷垂直驅(qū)動(dòng)部112所進(jìn)行的選擇掃描的像素行中每個(gè)單位像素輸出的像素信號(hào)通過(guò)每個(gè)垂直信號(hào)線117供應(yīng)到列處理部113。列處理部113基于像素陣列部111中的各像素列、對(duì)通過(guò)垂直信號(hào)線117從選擇行的每個(gè)單位像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理，并臨時(shí)保持由信號(hào)處理所獲得的像素信號(hào)。具體地，列處理部113至少進(jìn)行噪聲去除處理，例如，作為信號(hào)處理的相關(guān)雙采樣 (CDS)處理。由于列處理部113所進(jìn)行的CDS處理，去除了諸如復(fù)位噪聲、放大晶體管的閾值分散等像素內(nèi)在的固定模式噪聲。列處理部113不僅可設(shè)置有用于噪聲去除處理的功能，還可設(shè)置有例如AD (模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換功能以便輸出數(shù)字信號(hào)形式的信號(hào)電平。水平驅(qū)動(dòng)部114具有移位寄存器或地址解碼器等，水平驅(qū)動(dòng)部114在列處理部113 中依次選擇對(duì)應(yīng)于像素列的單元電路。由于水平驅(qū)動(dòng)部114所進(jìn)行的選擇掃描，在列處理部113中經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的像素信號(hào)依次輸出到信號(hào)處理部118。系統(tǒng)控制部115例如具有可操作以產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)的時(shí)序發(fā)生器，基于時(shí)序發(fā)生器所產(chǎn)生的各種時(shí)序信號(hào)對(duì)垂直驅(qū)動(dòng)部112、列處理部113和水平驅(qū)動(dòng)部114等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。信號(hào)處理部118至少具有加法處理功能，對(duì)從列處理部113輸出的像素信號(hào)進(jìn)行諸如加法處理之類的各種信號(hào)處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部119臨時(shí)存儲(chǔ)信號(hào)處理部118進(jìn)行的信號(hào)處理所需要的數(shù)據(jù)。
單位像素的結(jié)構(gòu)下文將說(shuō)明像素陣列部111中的布置成矩陣圖案的單位像素120A的具體結(jié)構(gòu)。單位像素120A除具有浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(電容)之外還具有電荷保持區(qū)域(下文中，稱為“存儲(chǔ)部”)，電荷保持區(qū)域用于保持傳輸自光電轉(zhuǎn)換元件的光電荷。圖2示出了單位像素120A的結(jié)構(gòu)。應(yīng)指出，如在下文中參照?qǐng)D3 圖5所述，圖 2所示的單位像素120A是沿圖3的平面圖的Y-Y’線的部分(穿過(guò)中間傳輸通道的部分)。單位像素120A例如具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管(PD) 121。光電二極管 121例如是通過(guò)如下方法形成的掩埋型光電二極管在形成在N型基板131中的P型阱層 132中，在基板表面?zhèn)刃纬蒔型層133(P+)以掩埋N型掩埋層134 (N)。在這個(gè)實(shí)施例中，將 N型視為第一導(dǎo)電類型，將P型視為第二導(dǎo)電類型。除光電二極管121之外，單位像素120A還具有第一傳輸柵122、存儲(chǔ)部(MEM) 123、 第二傳輸柵1 和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD) 125。應(yīng)指出，通過(guò)遮光膜(未圖示)對(duì)單位像素120A 遮光，該遮光膜對(duì)用于將光導(dǎo)入到光電二極管121的開(kāi)口部分和每個(gè)晶體管的觸點(diǎn)部分等之外的其它部分遮光。傳輸脈沖TRX —施加到柵極122A，第一傳輸柵122就傳輸由光電二極管121光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生且在光電二極管121中累積的電荷。這里，如在下文中參照?qǐng)D3所述，第一傳輸柵 122分成中間傳輸通道140和完全傳輸通道150。圖2表示穿過(guò)中間傳輸通道140的部分。 通過(guò)設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142形成中間傳輸通道140，在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的基板表面?zhèn)壬闲纬呻s質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141 (P)。應(yīng)指出，下文將參照?qǐng)D5說(shuō)明雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141和142。存儲(chǔ)部123具有形成在柵極122A下方的N型掩埋溝道135 (N)，存儲(chǔ)部123保持由第一傳輸柵122傳輸自光電二極管121的電荷。通過(guò)具有掩埋溝道135的存儲(chǔ)部123，能夠在基板界面處抑制暗電流的產(chǎn)生，這有助于提高圖像質(zhì)量。在存儲(chǔ)部123中，柵極122A布置在存儲(chǔ)部123的上部，通過(guò)在柵極122A上施加傳輸脈沖TRX能夠?qū)Υ鎯?chǔ)部123進(jìn)行調(diào)制。具體地，通過(guò)施加到柵極122A的傳輸脈沖TRX，使存儲(chǔ)部123的電勢(shì)變得更深。于是，與未調(diào)制時(shí)的飽和電荷量相比，能夠增加存儲(chǔ)部123中的飽和電荷量。傳輸脈沖TRG —施加到柵極124A，第二傳輸柵IM就傳輸保持在存儲(chǔ)部123中的電荷。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125是具有N型層(N+)的電荷至電壓轉(zhuǎn)換部，其將由第二傳輸柵124 傳輸自存儲(chǔ)部123的電荷轉(zhuǎn)換成電壓。單位像素120A還具有復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管128。在圖2 所示的示例中，N溝道MOS晶體管用作復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管128。 然而，圖2所示的復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管128的導(dǎo)電類型的組合僅是示例，該組合是非限制性的。復(fù)位晶體管1 連接在電源VDB和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125之間，復(fù)位晶體管1 在復(fù)位脈沖RST施加到其柵極時(shí)復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125。放大晶體管127的漏極連接到電源VD0， 柵極連接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125，放大晶體管127讀出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125的電壓。選擇晶體管128的漏極例如連接到放大晶體管127的源極，源極連接到垂直信號(hào)線117。當(dāng)選擇脈沖SEL施加到選擇晶體管1 的柵極，選擇晶體管1 選擇被讀出像素信號(hào)的單位像素120A。應(yīng)指出，也可采用如下結(jié)構(gòu)選擇晶體管1 連接在電源VDO和放大晶體管127的漏極之間。取決于像素信號(hào)讀取方法，可省略復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管 128中的一個(gè)或多個(gè)晶體管，或者多個(gè)像素共享這三個(gè)晶體管中的一個(gè)或多個(gè)晶體管。而且，單位像素120A具有用于釋放光電二極管121中所累積的電荷的電荷釋放部 129。當(dāng)控制脈沖ABG在曝光起始的同時(shí)施加到柵極129A時(shí)，電荷釋放部1 將光電二極管121中的電荷釋放到具有N型層的漏極部136 (N+)。而且，電荷釋放部1 用于在曝光完成后防止由于光電二極管121在讀出操作期間的飽和而引起的電荷溢出發(fā)生。預(yù)定電壓施加到漏極部136。存儲(chǔ)部123的柵極的電勢(shì)這里，將說(shuō)明充當(dāng)電荷保持區(qū)域的存儲(chǔ)部123處的柵極的電勢(shì)，S卩，第一傳輸柵 122的柵極122A的電勢(shì)。在這個(gè)實(shí)施例中，充當(dāng)電荷保持區(qū)域的存儲(chǔ)部123處的柵極的電勢(shì)設(shè)置成使得在第一傳輸柵122和第二傳輸柵124中的至少一個(gè)柵極(例如，第一傳輸柵12 處于非導(dǎo)電狀態(tài)期間，能夠?qū)崿F(xiàn)釘扎狀態(tài)。更具體地，在使第一傳輸柵122和第二傳輸柵124中的一個(gè)或兩個(gè)柵極處于非導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，施加到柵極122A、124A上的電壓設(shè)置成使得實(shí)現(xiàn)在柵極下部的Si表面處累積載流子的釘扎狀態(tài)。在這個(gè)實(shí)施例中，在構(gòu)成傳輸柵的晶體管是N型的情況下，在使第一傳輸柵122處于非導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)施加到柵極122A的電壓設(shè)置成如下電壓相對(duì)P型阱層132，該電壓的電勢(shì)更低于接地GND的電勢(shì)。應(yīng)指出，盡管未圖示，但在構(gòu)成傳輸柵的晶體管是P型的情況下， 由N型阱層替代上文中的P型阱層，上文所提到的電壓設(shè)置成如下電壓相對(duì)N型阱層，該電壓更高于電源電壓VDD。因此，在使第一傳輸柵122處于非導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，設(shè)置施加到柵極122A的電壓以實(shí)現(xiàn)能夠在柵極下部的Si表面處累積載流子的釘扎狀態(tài)。原因如下。當(dāng)?shù)谝粋鬏敄?22的柵極122A的電勢(shì)設(shè)置成與P型阱層132相同的電勢(shì)(例如， 0V)時(shí)，由Si表面處的晶體缺陷產(chǎn)生的載流子在存儲(chǔ)部123中累積，可能成為暗電流，這導(dǎo)致較低的圖像質(zhì)量。鑒于此，在本實(shí)施例中，相對(duì)P型阱層132，形成在存儲(chǔ)部123上方的柵極122A的OFF電勢(shì)設(shè)置成為負(fù)電勢(shì)，如-2. OV0在本實(shí)施例中，這保證了能夠在電荷保持時(shí)段期間在存儲(chǔ)部123的Si表面處產(chǎn)生空穴，能夠使Si表面處產(chǎn)生的電子再結(jié)合。于是，降低了暗電流。應(yīng)指出，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，第二傳輸柵124的柵極124A存在于存儲(chǔ)部123的一個(gè)端部處。因此，通過(guò)也將柵極124A設(shè)置成負(fù)電勢(shì)，相似地，能夠抑制在存儲(chǔ)部123的該端部處產(chǎn)生的暗電流。另外，雖然在下面的每個(gè)實(shí)施例中將說(shuō)明使用N型基板的結(jié)構(gòu)示例， 但也可使用P型基板。例如，在這種情況下，圖2所示的結(jié)構(gòu)示例中的N型基板131和P型阱層132均由P型半導(dǎo)體區(qū)域組成。在CMOS圖像傳感器100中，同時(shí)啟動(dòng)所有像素的曝光，并同時(shí)結(jié)束所有像素的曝光，光電二極管121中所累積的電荷依次傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123(被遮光)和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125， 由此實(shí)現(xiàn)了全局曝光。全局曝光實(shí)現(xiàn)了所有像素的曝光時(shí)段是相同的，由此能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)失真圖像。
應(yīng)指出，這個(gè)實(shí)施例中的“所有像素”是指出現(xiàn)在圖像中的部分中的所有像素，不包括虛擬像素等。除此之外，如果時(shí)間差異和圖像失真較小以致于不產(chǎn)生任何問(wèn)題，可由每次高速掃描多個(gè)行(如，數(shù)十行)的操作代替對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行的操作。另外，本發(fā)明也可應(yīng)用如下情況對(duì)預(yù)定區(qū)域中的多個(gè)行進(jìn)行全局曝光，以代替對(duì)出現(xiàn)在圖像中的部分中的所有像素進(jìn)行曝光。第一實(shí)施例下文將參照?qǐng)D3 圖5說(shuō)明第一實(shí)施例中的單位像素120A的結(jié)構(gòu)。在圖3 圖5 及后面附圖中，使用與圖2相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示與圖2中的單位像素中的部件相同的部件，并省略了它們的詳細(xì)說(shuō)明。圖3是表示單位像素120A的結(jié)構(gòu)的平面圖。如圖3所示，在單位像素120A中布置光電二極管121、存儲(chǔ)部123和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域 125。光電二極管121和存儲(chǔ)部123形成為具有如下雜質(zhì)濃度使得在電荷放電時(shí)獲得耗盡狀態(tài)。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125形成為具有如下雜質(zhì)濃度使得用于獲取電壓的布線觸點(diǎn)能夠電連接到浮動(dòng)擴(kuò)散部125。除此之外，在單位像素120A中，第一傳輸柵122設(shè)于光電二極管121和存儲(chǔ)部123 之間，第二傳輸柵IM設(shè)于存儲(chǔ)部123和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125之間。另外，柵極122A設(shè)置成覆蓋第一傳輸柵122和存儲(chǔ)部123，柵極124A設(shè)置成覆蓋第二傳輸柵124。而且，在單位像素120A中，形成在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界上的第一傳輸柵122分成中間傳輸通道140和完全傳輸通道150。具體地，在第一傳輸柵122的一部分中形成中間傳輸通道140，未形成中間傳輸通道140的部分用作完全傳輸通道150。圖4表示單位像素120A沿著圖3的X_X’線的部分和沿著該部分的電勢(shì)狀態(tài)，該部分穿過(guò)完全傳輸通道150，圖5表示單位像素120A沿著圖3的Y_Y’線的部分和沿著該部分的電勢(shì)狀態(tài)，該部分穿過(guò)中間傳輸通道140。如圖4所示，光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界區(qū)域是P型阱層132的一部分。這個(gè)區(qū)域用作(第一傳輸柵122的)完全傳輸通道150，通過(guò)完全傳輸通道150，光電二極管121中所累積的電荷完全傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123。具體地，如圖4所示的電勢(shì)狀態(tài)中的實(shí)線所示，在傳輸脈沖TRX未施加到柵極122Α 的條件(OFF條件)下，完全傳輸通道150的電勢(shì)為高。如圖4所示的電勢(shì)狀態(tài)中的虛線所示，在傳輸脈沖TRX施加到柵極122A的條件(ON條件)下，存儲(chǔ)部123的電勢(shì)變深，除此之外，完全傳輸通道150的電勢(shì)具有如下梯度該電勢(shì)沿著從光電二極管121向存儲(chǔ)部123的方向變深。另外，如圖5所示，設(shè)置在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界處的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142用作(第一傳輸柵122的)中間傳輸通道140，通過(guò)中間傳輸通道140，光電二極管121中所累積的超過(guò)預(yù)定電荷量的電荷傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123。具體地，如圖5中的電勢(shì)狀態(tài)所示，中間傳輸通道140的電勢(shì)低于完全傳輸通道 150的電勢(shì)(圖4)。于是，超過(guò)由中間傳輸通道140的電勢(shì)所確定的預(yù)定電荷量的電荷通過(guò)中間傳輸通道140流入到存儲(chǔ)部123作為信號(hào)電荷(即，出現(xiàn)電荷溢出)。另外，在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的表面?zhèn)壬显O(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141 的導(dǎo)電類型不同于光電二極管121和存儲(chǔ)部123中的導(dǎo)電類型。雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141確保即使在傳輸脈沖TRX施加到柵極122A時(shí)中間傳輸通道140的電勢(shì)仍不發(fā)生變化。具體地，在傳輸脈沖TRX不施加到柵極122A的條件(OFF條件)下及在傳輸脈沖TRX施加到柵極122A 的條件(ON條件)下，中間傳輸通道140的電勢(shì)都保持恒定。為了形成中間傳輸通道140，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的電勢(shì)應(yīng)設(shè)置為低?？赏ㄟ^(guò)如下方法形成N—型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142 將N型雜質(zhì)稍微加入(摻雜)到用于形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域 142的區(qū)域，以便減小那里的P型雜質(zhì)濃度。或者，在形成電勢(shì)壘的同時(shí)將P型雜質(zhì)加入到用于形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的區(qū)域中的情況下，能夠通過(guò)降低P型雜質(zhì)的濃度以形成N—型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142。因此，型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142設(shè)于光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界部分處，借此降低邊界中的電勢(shì)，電勢(shì)被降低的這個(gè)部分用作中間傳輸通道140。因此，在光電二極管121中產(chǎn)生并超過(guò)中間傳輸通道140的電勢(shì)的電荷自動(dòng)地泄露到存儲(chǔ)部123而被累積。換句話說(shuō)，在光電二極管121中產(chǎn)生而未超過(guò)中間傳輸通道140的電勢(shì)的電荷累積在光電二極管121中。具體地，在所有多個(gè)單位像素進(jìn)行攝像動(dòng)作的曝光時(shí)段中，由光電二極管121中的光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生且超過(guò)由中間傳輸通道140的電勢(shì)所確定的預(yù)定電荷量的電荷傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123作為信號(hào)電荷。因此，在單位像素120A中，形成在光電二極管121和存儲(chǔ)部123 之間的邊界部分中的中間傳輸通道140用作如下部分該部分用于優(yōu)先地在光電二極管 121中累積由低亮度產(chǎn)生的電荷。應(yīng)指出，在圖5中，采用通過(guò)設(shè)置N—型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142形成中間傳輸通道140的結(jié)構(gòu)。然而，也可采用通過(guò)設(shè)置P_型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142而不是設(shè)置N_型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142 形成中間傳輸通道140的結(jié)構(gòu)。由于以如上方式配置單位像素120A以及以如上方式分開(kāi)形成中間傳輸通道140 和完全傳輸通道150，能夠降低由于高濃度雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域中的雜質(zhì)擴(kuò)散、第一傳輸柵122處的柵極122A的位置和電勢(shì)以及光電二極管121中所累積的電荷量等的電勢(shì)壘差異。另外，基于用于形成中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142中的雜質(zhì)的濃度能夠形成穩(wěn)定的勢(shì)壘。因此，在不損害完全傳輸?shù)膫鬏斝实那闆r下，既能通過(guò)最大化光電二極管121的面積來(lái)提高靈敏度，也能通過(guò)最大化低噪聲信號(hào)范圍來(lái)提高輸出圖像的圖像質(zhì)量。這里，將參照?qǐng)D6A 圖7C說(shuō)明具有在第一傳輸柵中組合地形成中間傳輸通道和完全傳輸通道的結(jié)構(gòu)的單位像素。如同在上述專利文獻(xiàn)1中所披露，圖6A 圖7C均表示單位像素20，在單位像素 20中，在光電二極管21和存儲(chǔ)部23之間的第一傳輸柵22中形成勢(shì)壘cpm。在以此方式形成勢(shì)壘(pm及通過(guò)第一傳輸柵22實(shí)現(xiàn)中間傳輸通道的功能和完全傳輸通道的功能的情況下， 由于以下兩個(gè)原因限制了勢(shì)全cpm的分散度的降低。第一個(gè)原因在于用于形成勢(shì)壘cpm的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB的間距L(在下文中，適當(dāng)?shù)那闆r下稱為“L長(zhǎng)度”)優(yōu)選地設(shè)計(jì)成盡可能地小，以使光電二極管21中的累積電荷Qm 及存儲(chǔ)部23中的最大電荷量Qc最大化。然而，如圖6B所示，當(dāng)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB的L長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成小時(shí)，在離子注入時(shí)設(shè)置的抗蝕劑掩模160中的抗蝕劑寬度的分散度△(!極大地影響勢(shì)壘(pm的分散度Δφ。具體地，在為了確保光電二極管21和存儲(chǔ)部23的面積而將雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB的L長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成小時(shí)，抗蝕劑寬度的分散度△(!的差異引起雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB 中的雜質(zhì)濃度的巨大差異和勢(shì)壘(pm的分散度Δφ的巨大差異。另一方面，如圖6C所示，當(dāng)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB的L長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成大時(shí)，能夠抑制勢(shì)壘 cpm的分散度Δφ，但是，極大減少了光電二極管21和存儲(chǔ)部23的面積。因此，從最大化光電二極管21中的累積電荷Qm和最大化存儲(chǔ)部23中的最大電荷量Qc的角度來(lái)看，由第一傳輸柵22組合地實(shí)現(xiàn)中間傳輸通道的功能和完全傳輸通道的功能的結(jié)構(gòu)中的傳輸通道長(zhǎng)度 (L長(zhǎng)度)難以擴(kuò)大。第二個(gè)原因在于更容易受到掩模的未對(duì)準(zhǔn)的影響。具體地，第一傳輸柵22的柵極22Α覆蓋用于在第一傳輸柵22中形成勢(shì)全cpm的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域0FB，因此，在形成柵極22Α 之前進(jìn)行離子注入。如圖7Α所示，在離子注入之后進(jìn)行的用于形成柵極22Α的處理中，柵極22Α優(yōu)選地形成為與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB的端部重合。然而，由于通過(guò)形成具有不同掩模圖案的抗蝕劑來(lái)形成柵極22Α和雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域 0FB，將會(huì)引起未對(duì)準(zhǔn)，這導(dǎo)致勢(shì)壘(pm的分散。具體地，柵極22A用作完全傳輸通道，通過(guò)該完全傳輸通道，在施加傳輸脈沖TRX 時(shí)光電二極管21中所累積的電荷全部傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部23。如圖7B所示，在柵極22A的端部朝存儲(chǔ)部23側(cè)偏離的情況下，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB的一部分未被柵極22A覆蓋，在這種情況下，由柵極22A所進(jìn)行的電勢(shì)調(diào)制部分地失效，使得在完全傳輸時(shí)存在勢(shì)壘。另一方面，在柵極22A的端部朝光電二極管21側(cè)偏離的情況下，在施加傳輸脈沖TRX時(shí)產(chǎn)生傳輸勢(shì)壘， 使得不能精確地讀出輸出信號(hào)。因此，為了穩(wěn)定完全傳輸中的傳輸特性，例如，在形成柵極22A之后進(jìn)行光電二極管21的離子注入的自對(duì)準(zhǔn)是有效的。然而，在這種情況下，在形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB之后進(jìn)行光電二極管21的離子注入，因此，將會(huì)在用于柵極22A的掩模和用于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB 的掩模之間產(chǎn)生未對(duì)準(zhǔn)，這導(dǎo)致雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域OFB中的雜質(zhì)濃度的差異。因此，存在如下問(wèn)題由于上述第一和第二個(gè)原因，限制了勢(shì)壘的分散的降低。這個(gè)問(wèn)題起因于如下事實(shí)通過(guò)第一傳輸柵22組合地實(shí)現(xiàn)中間傳輸通道的功能和完全傳輸通道的功能，以便能夠?qū)崿F(xiàn)柵極22A所進(jìn)行的勢(shì)壘調(diào)制以完全傳輸光電二極管21的電荷。 具體地，即使在電壓施加到第一傳輸柵22時(shí)，確定中間傳輸通道的溢出的勢(shì)全<pm仍是完全傳輸通道中最低的勢(shì)壘。因此，對(duì)于掩模未對(duì)準(zhǔn)，難以在第一傳輸柵22中同時(shí)形成中間傳輸通道和完全傳輸通道。鑒于上述事實(shí)，如上文中所提到，在這個(gè)實(shí)施例中，中間傳輸通道140和完全傳輸通道150分開(kāi)形成在單位像素120A中，由此能夠降低勢(shì)壘的分散。在單位像素120A中，勢(shì)壘的分散的降低確保能夠獲得低噪聲信號(hào)和較高的圖像質(zhì)量。這里，將說(shuō)明如何在單位像素120A中獲得低噪聲信號(hào)和較高的圖像質(zhì)量。設(shè)根據(jù)入射光的強(qiáng)度所累積的信號(hào)電荷為Qsig，設(shè)通過(guò)中間傳輸通道140傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123的電荷為Qh，并設(shè)通過(guò)完全傳輸通道150傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123的電荷為Ql，由此， 信號(hào)電荷Qsig等于電荷Qh和電荷Ql的和。這里，在入射光為暗及累積的電荷未超過(guò)光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的勢(shì)壘cpm的情況下，Qh為0。而且，設(shè)勢(shì)壘cpm所確定的電荷Ql的最大值為Qm，在入射光為亮及累積電荷滿足 (信號(hào)電荷Qsig) > (最大值Qm)的情況下，通過(guò)中間傳輸通道140將滿足關(guān)系(電荷Qh)=(信號(hào)電荷Qsig)_(最大值Qm)的電荷Qh傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123中以在存儲(chǔ)部123中保持。在這種情形下，設(shè)勢(shì)壘φπι出現(xiàn)分散及存在具有tpm + Acpm的像素。設(shè)由勢(shì)壘(pm的差異Δφη 所引起的電荷Qm的變化為Δ Qm,則在累積電荷Qsig超過(guò)(電荷Qm) + (變化Δ Qm) 的情況下在存儲(chǔ)部123中開(kāi)始累積，于是滿足關(guān)系(電荷Qh) > 0的電荷Qh保持在存儲(chǔ)部 123 中。具體地，在(信號(hào)電荷Qsig)((電荷Qm) +(變化AQm)的情況下，(電荷Ql)= (信號(hào)電荷Qsig)及(電荷Qh) =0，使得兩個(gè)輸出的和滿足關(guān)系(電荷Qh) +(電荷Ql)= (信號(hào)電荷Qsig)，由此獲得精確的信號(hào)。另一方面，在(信號(hào)電荷Qsig) > (電荷Qm) +(變化AQm)的情況下，電荷Qh和電荷Ql讀出為(電荷Qh)=(信號(hào)電荷Qsig) _ {(電荷 Qm) + (變化△ Qm)}及(電荷Ql)=(電荷Qm) + (變化△ Qm)，使得兩個(gè)輸出的和滿足關(guān)系 (電荷Qh) +(電荷Ql)=(信號(hào)電荷Qsig)，由此以與上面相同的方式獲得精確的信號(hào)。尤其是，在電荷Ql的輸出充分小于電荷Qm的情況下，電荷Qh不增加，由此能夠消除噪聲的混疊。因此，如果在中間傳輸通道140傳輸電荷Qh之后光電二極管121中所累積的電荷 Ql ( ( Qm)為如下電荷量在完全傳輸通道150將該電荷量傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123之后，存儲(chǔ)部 123能夠保持該電荷量，則勢(shì)全Cpm的分散將不會(huì)引起輸出圖像的收縮(collapse)。為了獲得不收縮的輸出圖像，應(yīng)當(dāng)滿足條件(最大電荷Qc) > (電荷Qm)，其中Qc 是存儲(chǔ)部123中所能保持的最大電荷。對(duì)于給定勢(shì)壘(pm，通過(guò)擴(kuò)大存儲(chǔ)部123的面積及減小光電二極管121的面積能夠容易地建立關(guān)系(最大電荷Qc) > (電荷Qm)。然而，實(shí)際上，光電二極管121的面積的擴(kuò)大增加了開(kāi)口面積，這在靈敏度方面是有利的。另外，電荷 Qm的增加能夠擴(kuò)展沒(méi)有混疊KTC噪聲的低噪聲信號(hào)范圍。所以，為獲得更高的圖像質(zhì)量，在維持關(guān)系(最大電荷Qc) ^ (電荷Qm)的同時(shí)電荷Qm的最大化是重要的。尤其是，在(信號(hào)電荷Qsig)((電荷Qm)的情況下，優(yōu)選地，在不將電荷Qh添加到電荷Ql的情況下獲得輸出，由此防止噪聲的混疊。在電荷Qh不為零(Qh Φ 0)的情況下， 需要上述添加。由此，需要將電荷Qm的最小值用作閾值來(lái)判斷是否進(jìn)行添加。具體地，在由于勢(shì)壘(pm的較大分散的原因而將具有(電荷Qm) +(變化AQm)的像素作為最小值的情況下，不混疊有電荷Qh的噪聲的低噪聲信號(hào)范圍將變窄。除此之外，由于應(yīng)當(dāng)滿足關(guān)系(最大電荷Qc) ^ (電荷Qm)，在將具有(電荷Qm) +(變化AQm)的像素作為最大值的情況下， 應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大最大電荷Qc，這將會(huì)伴隨著存儲(chǔ)部123的擴(kuò)大及光電二極管121的減小，由此，將會(huì)減少電荷to。由此，通過(guò)減少勢(shì)壘(pm的分散，能夠通過(guò)光電二極管121的面積的最大化提高靈敏度及通過(guò)低噪聲信號(hào)范圍的最大化提高輸出圖像的圖像質(zhì)量。除此之外，由于如上所述中間傳輸通道140和完全傳輸通道150分開(kāi)形成在單位像素120A中，能夠減小勢(shì)壘的分散，能夠獲得低噪聲信號(hào)和更高的圖像質(zhì)量?，F(xiàn)在，將說(shuō)明單位像素120A中的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的雜質(zhì)濃度。例如，假設(shè)單位像素120A具有如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，P型阱層132形成在N型基板131上，N型雜質(zhì)擴(kuò)散到P型阱層132中以形成光電二極管121和存儲(chǔ)部123。在這種情形下，P型阱層132的P型雜質(zhì)濃度為IO15CnT3，光電二極管121和存儲(chǔ)部123形成為具有如下N型雜質(zhì)濃度使得在電荷放電時(shí)獲得耗盡狀態(tài)，該N型雜質(zhì)濃度例如是IO"5 1017cnT3。
除此之外，作為中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142相似地形成為具有如下雜質(zhì)濃度使得在電荷放電時(shí)處于耗盡狀態(tài)并能夠形成勢(shì)壘。通過(guò)上述預(yù)定電荷量所確定的勢(shì)壘的大小，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142中的雜質(zhì)濃度調(diào)整為處于P型雜質(zhì)濃度和N型雜質(zhì)濃度之間的范圍內(nèi)，該N型雜質(zhì)濃度低于光電二極管121和存儲(chǔ)部123中的雜質(zhì)濃度。另外，形成在中間傳輸通道140的表面?zhèn)壬系碾s質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141形成為具有高于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的雜質(zhì)濃度的P型雜質(zhì)濃度，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141的雜質(zhì)濃度例如是IO18 1019cnT3。另一方面，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125形成為具有如下N型雜質(zhì)濃度使得布線觸點(diǎn)能夠電連接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125的N型雜質(zhì)濃度例如是IO19 102°cm_3。應(yīng)指出，可采用如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，與上述結(jié)構(gòu)相比，顛倒P型和N型，具體地，可采用如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，N型阱層形成在P型基板上，并形成P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域。如上所述，在形成中間傳輸通道140時(shí)，降低了充當(dāng)傳輸電荷的目的地的存儲(chǔ)部 123中的雜質(zhì)濃度和用于形成勢(shì)壘的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142中的雜質(zhì)濃度之間的差異，由此能夠防止由于存儲(chǔ)部123中的雜質(zhì)的擴(kuò)散所引起的在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142處損害勢(shì)壘的可控性。第一實(shí)施例的第一變型現(xiàn)在，參照?qǐng)D8，下面將說(shuō)明作為根據(jù)第一實(shí)施例的單位像素120A的第一變型的單位像素120A-1。圖8表示單位像素120A-1沿圖3的Y-Y，線的部分的結(jié)構(gòu)示例。在圖8所示的單位像素120Α-1中，與光電二極管121和存儲(chǔ)部123具有不同導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域143(Ρ型)形成在用于形成中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的下側(cè)。比如，在比雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142深的區(qū)域中不存在雜質(zhì)分布的情況下，電場(chǎng)梯度在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的深度方向上小，這導(dǎo)致電荷溢出到存儲(chǔ)部123之外的其它區(qū)域。鑒于此，在單位像素120Α-1中，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域143形成在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的下側(cè)，由此抑制電荷溢出到存儲(chǔ)部123之外的其它區(qū)域。由此，能夠產(chǎn)生如下效果超過(guò)光電二極管121的預(yù)定電荷量的光電荷穩(wěn)定地溢出到存儲(chǔ)部123中。單位像素120Α-1的制造方法現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D9說(shuō)明單位像素120Α-1的制造方法。在第一步驟中，在P型阱層132中設(shè)有掩埋溝道135的基板表面上形成抗蝕劑 160-1。如圖3的平面圖所示，抗蝕劑160-1用于在部分第一傳輸柵122中形成中間傳輸通道140，將抗蝕劑160-1中的對(duì)應(yīng)于中間傳輸通道140的區(qū)域開(kāi)口。除此之外，抗蝕劑160-1 的開(kāi)口形成為稍微與掩埋溝道135重疊。在第二步驟中，使用抗蝕劑160-1進(jìn)行P型離子注入以在對(duì)應(yīng)于預(yù)定深度的位置處形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域143。在第三步驟中，使用抗蝕劑160-1進(jìn)行N型離子注入以形成與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域143的上表面接觸的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142。在第四步驟中，使用抗蝕劑160-1進(jìn)行 P型離子注入以形成與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的上表面接觸并到達(dá)基板的表面的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域 141。因此，在第二至第四步驟中，使用同一抗蝕劑160-1進(jìn)行離子注入操作，通過(guò)在深度方向上的濃度分布確定勢(shì)壘。所以，在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域141至143中沒(méi)有發(fā)生任何掩模未對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。
接下來(lái)，在去除抗蝕劑160-1之后，進(jìn)行第五步驟，在基板表面上形成待成為柵極122A的多晶硅層122A’。在第六步驟中，在對(duì)應(yīng)于待形成柵極122A的區(qū)域中的多晶硅層122A’的表面上形成抗蝕劑160-2。在第七步驟中，進(jìn)行蝕刻以去除不需要的多晶硅層 122A，，形成柵極122A。在第八步驟中，進(jìn)行N型離子注入以形成N型掩埋層134，由此提供光電二極管 121。第一實(shí)施例的第二變型現(xiàn)在，參照?qǐng)D10，下面將說(shuō)明作為根據(jù)第一實(shí)施例的單位像素120A的第二變型的單位像素120A-2。圖10是表示單位像素120A-2的結(jié)構(gòu)的平面圖。應(yīng)指出，單位像素120A-2 沿著圖10的線X-X’和線Y-Y’的部分的結(jié)構(gòu)與圖4和圖5所示的單位像素120A的結(jié)構(gòu)相同。在圖10中，虛線圓圈170表示入射到光電二極管121的入射光所聚集的區(qū)域。在單位像素120A-2中，中間傳輸通道140布置在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的離光電二極管121的光學(xué)中心(即，虛線圓圈170的中心)最遠(yuǎn)的邊界處。通過(guò)由此形成在遠(yuǎn)離入射光所聚集的區(qū)域中的中間傳輸通道140，能夠抑制由中間傳輸通道140的耗盡區(qū)域上的入射光產(chǎn)生的光電荷泄露到存儲(chǔ)部123。在單位像素 120A-2中，這確保了能夠減少由于這類光電荷泄露到存儲(chǔ)部123所引起的噪聲。第一實(shí)施例的第三變型現(xiàn)在，參照?qǐng)D11，下面將說(shuō)明作為根據(jù)第一實(shí)施例的單位像素120A的第三變型的單位像素120A-3。圖11是表示單位像素120A-3的結(jié)構(gòu)的平面圖。應(yīng)指出，單位像素120A-3 沿圖11的線X-X’和線Y-Y’的部分的結(jié)構(gòu)與圖4和圖5所示的單位像素120A的結(jié)構(gòu)相同。在圖11的平面圖中，在光電二極管121的區(qū)域中示出了表示電勢(shì)深度的輪廓線， 點(diǎn)171表示最深的電勢(shì)部分，此處的電勢(shì)是最深的。在單位像素120A-3中，中間傳輸通道 140布置在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的離最深電勢(shì)部分中的點(diǎn)171最遠(yuǎn)的邊界處。取決于完全傳輸通道150的位置和用于強(qiáng)制地對(duì)電荷進(jìn)行放電的電荷釋放部1 的柵極129A的位置，以改善傳輸效率的方式設(shè)計(jì)光電二極管121的最深電勢(shì)部分。在單位像素120A-3中，通過(guò)在最遠(yuǎn)離最深電勢(shì)部分中的點(diǎn)171的位置處布置的中間傳輸通道140， 能夠降低電荷的累積對(duì)中間傳輸通道140的勢(shì)壘調(diào)整的影響。另外，這種結(jié)構(gòu)確保能夠提高傳輸效率，這是因?yàn)楣怆姸O管121的最深電勢(shì)部分和完全傳輸通道150相互靠近布置以實(shí)現(xiàn)電荷的完全傳輸。除此之外，通過(guò)在遠(yuǎn)離光電二極管121的最深電勢(shì)部分的位置處布置的中間傳輸通道140，能夠減少光電二極管121和勢(shì)壘之間的電容，由此降低電荷的累積對(duì)勢(shì)壘調(diào)整的影響。第二實(shí)施例現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D12A 圖1 說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的單位像素120B。圖12A 是表示單位像素120B的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖12B是單位像素120B沿圖12A的線Z-Z’的剖面圖。除此之外，圖13A表示沿圖12B中的穿過(guò)完全傳輸通道150的線X-X’的電勢(shì)狀態(tài)，圖 13B表示沿圖12B中的穿過(guò)中間傳輸通道140的線Y-Y’的電勢(shì)狀態(tài)。在單位像素120B中，光電二極管121的N型掩埋層134和存儲(chǔ)部123的掩埋溝道135形成為使得在平面圖中N型掩埋層134的一部分和掩埋溝道135的一部分在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界部分處的整個(gè)表面的寬度方向(圖12A的垂直方向) 上相互重疊。除此之外，在它們之間的隔開(kāi)區(qū)域中的深度方向上形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142，由此，提供中間傳輸通道140。具體地，超過(guò)預(yù)定電荷量的電荷通過(guò)作為深度方向上的中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142溢出。另外，在單位像素120B中，形成在硅基板的表面處的溝道在傳輸脈沖TRX施加到第一傳輸柵122的柵極122A時(shí)用作完全傳輸通道150。應(yīng)指出，雖然在圖12A和圖12B所示的單位像素120B中，N型掩埋層134的一部分和掩埋溝道135的一部分相互重疊，使得N 型掩埋層134的該部分位于基板表面?zhèn)壬隙诼駵系?35的該部分位于基板底部側(cè)上，但重疊關(guān)系可以是相反的，使得N型掩埋層134的該部分位于基板底部側(cè)上而掩埋溝道135 的該部分位于基板表面?zhèn)壬?。由此，在單位像?20B中，能夠通過(guò)將存儲(chǔ)部123布置在深度位置處以降低進(jìn)入存儲(chǔ)部123的入射光的量。第二實(shí)施例的第一變型現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D14A和圖14B說(shuō)明作為根據(jù)第二實(shí)施例的單位像素120B的第一變型的單位像素120B-1。圖14A是表示單位像素120B-1的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖14B是單位像素120B-1沿圖14A的線Z-Z的剖面圖。應(yīng)指出，單位像素120B-1沿圖14B的線X-XlP 線Y-Y’的電勢(shì)狀態(tài)與圖13A和圖1 所示的單位像素120B的電勢(shì)狀態(tài)相同。在單位像素120B-1中，光電二極管121的N型掩埋層134和存儲(chǔ)部123的掩埋溝道135形成為使得在平面圖中N型掩埋層134的一部分和掩埋溝道135的一部分在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界部分處相互在寬度方向(圖14A的垂直方向)上部分重疊。因此，在單位像素120B-1中，N型掩埋層134和掩埋溝道135的重疊區(qū)域小于圖 12A和圖12B所示的單位像素120B中的重疊區(qū)域。由于這樣減小重疊區(qū)域的尺寸，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142形成得小，由此能夠限制由于光電二極管121上的入射光進(jìn)入中間傳輸通道140 的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的過(guò)程的原因而引起的光電荷漏入存儲(chǔ)部123中。第三實(shí)施例現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D15A和圖15B說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C。圖15A 是表示單位像素120C的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖15B是單位像素120C沿圖15A的線Z-Z’的剖面圖。在單位像素120C中，光電二極管121的N型掩埋層134形成為延伸到存儲(chǔ)部123 的一部分或整個(gè)部分的下側(cè)(基板的深側(cè))。因此，N型掩埋層134在圖15B所示的部分中形成為L(zhǎng)形狀。除此之外，在單位像素120C中，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142形成在存儲(chǔ)部123的掩埋溝道135的下表面和延伸到存儲(chǔ)部123的下側(cè)的N型掩埋層134的上表面之間，由此提供中間傳輸通道140。由于由此形成在掩埋溝道135的下表面和N型掩埋層134的上表面之間的邊界部分處的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142，例如與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142形成在掩埋溝道135的側(cè)面和N型掩埋層134的側(cè)面之間的邊界部分處的情況相比，能夠抑制入射到雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142中的入射光的泄露。另外，擴(kuò)大光電二極管121的最深電勢(shì)部分與中間傳輸通道140之間的距離，使得能夠降低取決于累積電荷量的勢(shì)壘調(diào)整。應(yīng)指出，圖15A所示的平面圖中的靠近存儲(chǔ)部123的中心布置中間傳輸通道140
18的結(jié)構(gòu)不是限制性的。具體地，例如，與圖15A所示的布置相比，中間傳輸通道140可布置在離光電二極管121更遠(yuǎn)的位置處，或可布置成離光電二極管121的最深電勢(shì)部分更遠(yuǎn)。通過(guò)由此布置在遠(yuǎn)離光電二極管121的位置處的中間傳輸通道140，能夠進(jìn)一步降低入射光泄露到中間傳輸通道140中。單位像素120C的制造方法現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D16說(shuō)明單位像素120C的制造方法。在第一步驟中，使用形成在基板的表面上的抗蝕劑160-1進(jìn)行N型離子注入，形成 N型掩埋層134的一部分134’。如圖15B的剖面圖所示，抗蝕劑160-1用于形成延伸到掩埋溝道135的下側(cè)的N型掩埋層134，將抗蝕劑160-1中的對(duì)應(yīng)于N型掩埋層134的部分 134，的區(qū)域開(kāi)口。在第二步驟中，在基板的表面上形成抗蝕劑160-2?？刮g劑160-2用于形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142，將抗蝕劑160-2中的對(duì)應(yīng)于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的區(qū)域開(kāi)口。在第三步驟中，使用抗蝕劑160-2進(jìn)行N型離子注入，形成與N型掩埋層134的部分134’的上表面接觸的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142。在第四步驟中，使用形成在基板的表面上的抗蝕劑160-3進(jìn)行N型離子注入，形成掩埋溝道135，由此設(shè)置存儲(chǔ)部123?？刮g劑160-3用于形成掩埋溝道135，將抗蝕劑160-3 中的對(duì)應(yīng)于掩埋溝道135的區(qū)域開(kāi)口。接下來(lái)，在去除抗蝕劑160-3之后，進(jìn)行第五步驟，在基板表面上形成待成為柵極 122A的多晶硅層122A’。在第六步驟中，在對(duì)應(yīng)于柵極122A的區(qū)域中的多晶硅層122A’的表面上形成抗蝕劑160-4。然后，在第七步驟中，進(jìn)行蝕刻以去除不需要的多晶硅層122A’， 形成柵極122A。在第八步驟中，進(jìn)行N型離子注入，形成除在第一步驟中形成的部分134’之外的其它部分，由此形成N型掩埋層134。第三實(shí)施例的第一變形現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D17說(shuō)明作為根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C的第一變型的單位像素120C-1。圖17表示單位像素120C-1的對(duì)應(yīng)于圖15A和圖15B的線Z-Z’的部分的結(jié)構(gòu)示例。在單位像素120C-1中，除了作為完全傳輸通道150的硅基板的表面和作為中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142，P型雜質(zhì)濃度高于P型阱層132的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域144形成在光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界部分處。通過(guò)形成的這個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域144，能夠防止光電荷擴(kuò)散。這能夠抑制超過(guò)光電二極管121中的預(yù)定電荷量的光電荷溢出到存儲(chǔ)部之外的部分，并能夠使超過(guò)預(yù)定電荷量的光電荷穩(wěn)定溢出。另外，能夠抑制泄露地入射到中間傳輸通道140和完全傳輸通道150之外、光電二極管121和存儲(chǔ)部1 之間的邊界部分的光所產(chǎn)生的光電荷向周圍擴(kuò)散。第三實(shí)施例的第二變型現(xiàn)在，圖18示出了作為根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C的第二變型的單位像素 120C-2的剖面圖。如圖18所示，用于復(fù)位單位像素120C-2的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125中的電荷的復(fù)位晶體管126、用于讀出信號(hào)電荷的放大晶體管127和用于選擇單位像素120C-2的選擇晶體管1 連接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125。另外，在單位像素120C-2的漏極部136處，設(shè)置用于對(duì)光電二極管121和柵極129A中的電荷進(jìn)行放電的電荷釋放部129。第三實(shí)施例的第三變型現(xiàn)在，圖19示出了作為根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C的第三變型的單位像素 120C-3的剖面圖。如圖19所示，單位像素120C-3設(shè)有用于調(diào)節(jié)存儲(chǔ)部123的柵極122B， 柵極122B與第一傳輸柵122的柵極122A分開(kāi)設(shè)置。單位像素120C-3設(shè)置成使得當(dāng)調(diào)節(jié)脈沖TRZ施加到柵極122B時(shí)調(diào)節(jié)存儲(chǔ)部123。第三實(shí)施例的第四變型現(xiàn)在，圖20示出了作為根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C的第四變型的單位像素 120C-4的剖面圖。如圖20所示，在單位像素120C-4中，存儲(chǔ)部123具有形成在硅基板的內(nèi)部的N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域135A，在N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域135A的表面上形成用于反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)部123 的基板表面的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域135B。第三實(shí)施例的第五變型現(xiàn)在，圖21示出了作為根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C的第五變型的單位像素 120C-5的剖面圖。如圖21所示，在單位像素120C-5中，第一傳輸柵122的柵極122A是由兩個(gè)多晶硅層構(gòu)成。具體地，第一傳輸柵122的柵極122A可由與第二傳輸柵124的柵極 124A相同的電極層構(gòu)成，S卩，可由單個(gè)多晶硅層構(gòu)成，或者可由兩個(gè)多晶硅層構(gòu)成。第三實(shí)施例的第六變型現(xiàn)在，圖22示出了作為根據(jù)第三實(shí)施例的單位像素120C的第六變型的單位像素 120C-6的剖面圖。如圖22所示，在單位像素120C-6中，通過(guò)使用閾值調(diào)整型元件來(lái)形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125和放大晶體管127。第四實(shí)施例現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D23和圖24A及圖24B說(shuō)明根據(jù)第四實(shí)施例的單位像素120D 的結(jié)構(gòu)。圖23的上側(cè)表示單位像素120D的平面圖，圖23的中間部分表示單位像素120D 沿平面圖中的線X-X’的剖面圖，圖23的下側(cè)表示單位像素120D沿平面圖中的線Y-Y’的剖面圖。除此之外，圖24A表示單位像素120D沿穿過(guò)中間傳輸通道140的線a-a’的電勢(shì)狀態(tài)，圖24B表示單位像素120D沿穿過(guò)完全傳輸通道150的線b_b’的電勢(shì)狀態(tài)。在單位像素120D中，第一傳輸柵122的柵極122A的位于光電二極管121側(cè)上的側(cè)面的中心部分中設(shè)有凹部。除此之外，在單位像素120D中，第一傳輸柵122中的對(duì)應(yīng)于凹部的部分用作中間傳輸通道140，第一傳輸柵122中的對(duì)應(yīng)于凹部之外的部分用作完全傳輸通道150。因此，單位像素120D具有如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，形成中間傳輸通道140的部分和形成完全傳輸通道150的部分互不相同。另外，如沿線Y-Y’的剖面圖所示，第一傳輸柵122在其對(duì)應(yīng)于柵極122A中的凹部的區(qū)域之外的部分處設(shè)有P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149。通過(guò)由此設(shè)置具有高的P型雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149，能夠降低完全傳輸通道150中的電勢(shì)的分散。在傳輸脈沖TRX施加到柵極122A上時(shí)，完全傳輸通道150的電勢(shì)發(fā)生變化，光電二極管121中所累積的電荷傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部口3。另外，如沿線X-X’的剖面圖所示，通過(guò)在對(duì)應(yīng)于柵極122A中的凹部的區(qū)域中形成 P—雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142來(lái)形成中間傳輸通道140。這確保使超過(guò)光電二極管121中的預(yù)定電荷量的電荷通過(guò)作為中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142溢出。除此之外，由于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142沒(méi)有被柵極122A覆蓋，所以即使在傳輸脈沖TRX施加到柵極122A上時(shí)，中間傳輸通道140中的電勢(shì)仍保持不變。另外，能夠通過(guò)例如如下方法形成中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142 第一傳輸柵122的柵極122A形成有凹部，As (砷)或P (磷)的離子注入到凹部處的暴露區(qū)域以抵抗該區(qū)域中的B (硼)，由此使該區(qū)域中雜質(zhì)濃度部分地為P—。應(yīng)指出，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142 的雜質(zhì)濃度可以是N—。在采用這種制造方法的情況下，與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的制造方法相比，能夠僅通過(guò)改變用于柵極122Α的掩模并適當(dāng)改變用于設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的雜質(zhì)濃度和離子注入能量來(lái)形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142。換句話說(shuō)，能夠使得根據(jù)相關(guān)技術(shù)的制造方法的過(guò)程改變較小，能夠抑制由于抗蝕劑開(kāi)口尺寸的分散或由于掩模未對(duì)準(zhǔn)等的勢(shì)壘的分散。單位像素120D的制造方法現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D25Α 圖26D說(shuō)明單位像素120D的制造方法。應(yīng)指出，在圖 26Α 圖^D中，左側(cè)表示單位像素120D沿圖23的平面圖的線Υ_Υ’的剖面圖，右側(cè)表示單位像素120D沿圖23的平面圖的線Χ-Χ，的剖面圖。在第一步驟中，如圖25Α所示，在P型阱層132的表面上形成在對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)部123 的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑160-1，隨后進(jìn)行As或P離子注入，形成掩埋溝道135。在第二步驟中，如圖25Β所示，在P型阱層132的表面上形成在對(duì)應(yīng)于第一傳輸柵 122的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑160-2，隨后進(jìn)行B離子注入以形成P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149。 應(yīng)指出，在這個(gè)步驟中形成的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149的中心處的部分是在后面的步驟中變成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的區(qū)域。除此之外，由于使雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149成為P+型，能夠減少抗蝕劑開(kāi)口尺寸的分散所引起的勢(shì)壘的分散。在第三步驟中，如圖26Α所示，通過(guò)在存儲(chǔ)部123處的基板表面上沉積的氧化物膜 (SiO2)形成待成為柵極122Α的多晶硅(多晶Si)，隨后進(jìn)行形成如圖23的平面圖所示的凹部的處理。于是，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149的一部分在對(duì)應(yīng)于柵極122Α中的凹部的基板表面處暴露。在第四步驟中，形成抗蝕劑163-3，并進(jìn)行As或P離子注入以形成光電二極管 121。在這種情形下，使待形成光電二極管121的區(qū)域成為N型，除此之外，在對(duì)應(yīng)于柵極 122Α中的凹部的區(qū)域中，通過(guò)As或P抵抗雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149中的在表面處暴露的部分的雜質(zhì)，由此，使該部分成為P—(或N—)型，于是形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142。能夠以幾納米的精度控制這種情形下的離子注入的峰值濃度。由此，與掩模未對(duì)準(zhǔn)的控制的情況相比，能夠形成具有較少分散的勢(shì)壘。 在第五步驟中，如圖26C所示，將B離子注入到基板表面的鄰近區(qū)域以形成P型層 133(Ρ+)。由此，制造出作為HAD(空穴累積二極管)傳感器的光電二極管121。在第六步驟中，剝離抗蝕劑163-3，將布線連接到柵極122A以形成單位像素120D 的結(jié)構(gòu)。這里，P型阱層132的P型雜質(zhì)濃度為1015cm_3，例如，光電二極管121和存儲(chǔ)部123 形成為具有如下N型雜質(zhì)濃度使得在電荷放電時(shí)，獲得耗盡狀態(tài)。例如，光電二極管121 和存儲(chǔ)部123的N型雜質(zhì)濃度為如6 1017cm_3。第四實(shí)施例的第一變型
現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D27說(shuō)明作為根據(jù)第四實(shí)施例的單位像素120D的第一變型的單位像素120D-1的結(jié)構(gòu)。在圖27中，上側(cè)表示單位像素120D-1的平面圖，中間部分表示單位像素120D-1沿平面圖中的線X-X’的剖面圖，下側(cè)表示單位像素120D-1沿平面圖中的線Y-Y，的剖面圖。在單位像素120D-1中，不同于圖23的單位像素120D，第一傳輸柵122的柵極122A 的位于光電二極管121側(cè)上的側(cè)面形成為平坦的。除此之外，在單位像素120D-1中，位于第一傳輸柵122的中心的部分形成為朝向光電二極管121側(cè)凸出，朝向光電二極管121側(cè)凸出并且未覆蓋有柵極122A的該部分用作中間傳輸通道140。除此之外，在單位像素120D-1中，第一傳輸柵122中的中間傳輸通道140之外的部分(覆蓋有柵極122A的部分)用作完全傳輸通道150。如同在圖23的單位像素120D 中，在完全傳輸通道150處，形成P+雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149。應(yīng)指出，單位像素120D-1沿圖27 的平面圖中的線a-a’和b-b’的電勢(shì)狀態(tài)與圖24A和圖24B所示的單位像素120D的電勢(shì)狀態(tài)相同。單位像素120D-1的制造方法現(xiàn)在，下文將操作圖^A 圖29C說(shuō)明單位像素120D-1的制造方法。應(yīng)指出，在圖28A 圖^C中，左側(cè)表示沿圖27的平面圖的線Y-Y’的剖面圖，右側(cè)表示沿圖27的平面圖的線X-X’的剖面圖。在第一步驟中，如圖28A所示，在P型阱層132的表面上形成在對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)部123 的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑160-1，隨后進(jìn)行As或P離子注入以形成掩埋溝道135。在這種情形下，抗蝕劑160-1形成為在對(duì)應(yīng)于圖27的平面圖中所示的中間傳輸通道140的區(qū)域處具有凹部。因此，在第一步驟中，掩模溝道135形成為具有朝向光電二極管121的形成側(cè)凸出的凸出部分(該區(qū)域在下面的步驟中成為中間傳輸通道140)。 在第二步驟中，如圖28B所示，在P型阱層132的表面上形成在對(duì)應(yīng)于第一傳輸柵 122的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑160-2，隨后進(jìn)行B離子注入以形成P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149。 應(yīng)指出，如圖27的平面圖所示，在這個(gè)步驟中形成的P+雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149的中心處的部分是在后面的步驟中成為雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142的區(qū)域，該區(qū)域朝向光電二極管121的形成側(cè)凸出，并向掩埋溝道135側(cè)凹陷。在第三步驟中，如圖28C所示，通過(guò)在存儲(chǔ)部123處的基板表面上沉積的氧化物膜 (SiO2)形成待成為柵極122A的多晶硅(多晶Si)。在這種情形下，柵極122A形成為覆蓋待成為完全傳輸通道150的區(qū)域而不覆蓋待成為中間傳輸通道140的區(qū)域。在第四步驟中，如圖29A所示，形成抗蝕劑160-3，并進(jìn)行As或P離子注入以便形成光電二極管121。在這種情形下，使待形成光電二極管121的區(qū)域成為N型；除此之外， 位于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域149的中心的部分形成為向光電二極管121側(cè)凸出，通過(guò)As或P抵抗雜質(zhì)以使其成為P—(或N—)型，由此形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142。由于能夠以幾納米的精度控制這種情形下的離子注入的峰值濃度，所以，與掩模未對(duì)準(zhǔn)的控制的情況相比，能夠形成具有較少分散的勢(shì)壘。在第五步驟中，如圖29Β所示，將B離子注入到基板表面的鄰近區(qū)域以形成P型層 133 (P+)。因此，制造出作為HAD傳感器的光電二極管121。在第六步驟中，剝離抗蝕劑163-3，將布線連接到柵極122A以形成單位像素120D-1的結(jié)構(gòu)。因此，抵抗經(jīng)歷離子注入的完全傳輸通道150的區(qū)域的一部分中的雜質(zhì)以形成中間傳輸通道140，由此能夠穩(wěn)定地形成如下勢(shì)壘該勢(shì)壘用于確定與光電二極管121中的溢出到存儲(chǔ)部123的累積電荷相關(guān)的預(yù)定電荷量。第五實(shí)施例現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D30A 圖30C說(shuō)明根據(jù)第五實(shí)施例的單位像素120E的結(jié)構(gòu)。 圖30A表示單位像素120E的平面圖，圖30B表示單位像素120E沿平面圖中的線X_X，的剖面圖，圖30C表示單位像素120E沿平面圖中的線Y-Y’的剖面圖。如圖30A 圖30C所示，在單位像素120E中，中間傳輸通道140和完全傳輸通道 150在第一傳輸柵122的溝道寬度方向上相互分開(kāi)，中間傳輸通道140形成在溝道寬度的一端處。除此之外，在單位像素120E中，成為中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142和成為完全傳輸通道150的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域146形成為使得中間傳輸通道140的有效溝道長(zhǎng)度大于完全傳輸通道150的有效溝道長(zhǎng)度，且中間傳輸通道140的有效溝道寬度小于完全傳輸通道150的有效溝道寬度。在單位像素120E中，控制雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域146的雜質(zhì)濃度，使得完全傳輸通道150 的勢(shì)壘足夠高以確保如下情況在光電二極管121中累積的電荷通過(guò)中間傳輸通道140溢出到存儲(chǔ)部123時(shí)，這種溢出不會(huì)出現(xiàn)在完全傳輸通道150中。例如，對(duì)于單位像素120E 的雜質(zhì)濃度，可采用下面的設(shè)置。P型阱層132的受體濃度為1015cnT3。在P型阱層132中形成供體濃度均為IO16 IO18CnT3的光電二極管121和存儲(chǔ)部123及受體濃度均為IO"5 IO18CnT3的中間傳輸通道140和完全傳輸通道150，其中完全傳輸通道150的受體濃度高于中間傳輸通道140的受體濃度。第五實(shí)施例的第一變型現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D31A 圖31C說(shuō)明作為根據(jù)第五實(shí)施例的單位像素120E的第一變型的單位像素120E-1的結(jié)構(gòu)。如同圖30A 圖30C，圖31A表示單位像素120E-1的平面圖，圖31B和圖31C表示單位像素120E-1的剖面圖。如圖31A 圖31C所示，在單位像素120E-1中，中間傳輸通道140和完全傳輸通道150在第一傳輸柵122的溝道寬度方向上相互分開(kāi)。具體地，中間傳輸通道140形成在溝道寬度的中心，而完全傳輸通道150形成在中間傳輸通道140的兩側(cè)。單位像素120E-1 中的中間傳輸通道140和完全傳輸通道150之間的有效溝道長(zhǎng)度、有效溝道寬度和溝道濃度等關(guān)系與圖30A 圖30C中的單位像素120E的這些關(guān)系相同。因此，在單位像素120E-1中，中間傳輸通道140形成在溝道寬度的中心。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積小于單位像素120E的光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積。然而，這個(gè)結(jié)構(gòu)能夠減少由于用于形成中間傳輸通道140的光刻中的對(duì)準(zhǔn)的分散所引起的特性分散。第五實(shí)施例的第二和第三變型現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D32A 圖32C說(shuō)明作為根據(jù)第五實(shí)施例的單位像素120E的第二變型的單位像素120E-2的結(jié)構(gòu)及作為單位像素120E的第三變型的單位像素120E-3的結(jié)構(gòu)。圖32A表示單位像素120E-2的平面圖，圖32B表示單位像素120E-3的平面圖。另外，單位像素120E-2和單位像素120E-3沿平面圖中的線X_X’的剖面形狀相同，鑒于此，圖 32C表示與該相同剖面形狀相關(guān)的剖面圖。如圖32A和圖32B所示，如同單位像素120E，在單位像素120E-2和單位像素 120E-3中，完全傳輸通道150與存儲(chǔ)部123在它們之間的邊界處接觸，完全傳輸通道150 與光電二極管121在它們之間的邊界處接觸。另一方面，在單位像素120E-2和單位像素 120E-3中，在中間傳輸通道140和存儲(chǔ)部123之間邊界處及在中間傳輸通道140和光電二極管121之間的邊界處設(shè)置間隙。間隙區(qū)域的受體濃度低于與其鄰近的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142 的受體濃度，間隙區(qū)域的供體濃度低于光電二極管121和存儲(chǔ)部123的供體濃度。例如，間隙區(qū)域設(shè)置成與P型阱層132具有相同的濃度。另外，對(duì)于在單位像素120E-2和單位像素120E-3中的中間傳輸通道140和完全傳輸通道150，有效溝道長(zhǎng)度、有效溝道寬度和溝道濃度與圖30A 圖30C的單位像素120E 的有效溝道長(zhǎng)度、有效溝道寬度和溝道濃度相同。在如此配置的單位像素120E-2和單位像素120E-3中，與單位像素120E和單位像素120E-1相比，減少了光電二極管121和存儲(chǔ)部 123的面積，但進(jìn)一步降低了由于用于形成中間傳輸通道140的光刻中的對(duì)準(zhǔn)的分散所引起的特性分散。第五實(shí)施例的第四和第五變型現(xiàn)在，下文將參照?qǐng)D33A 圖33C說(shuō)明作為根據(jù)第五實(shí)施例的單位像素120E的第四變型的單位像素120E-4的結(jié)構(gòu)及作為單位像素120E的第五變型的單位像素120E-5的結(jié)構(gòu)。如同圖32A 圖32C，圖33A 圖33C表示單位像素120E-4和單位像素120E-5的平面圖和剖面圖。如圖33A 圖33C所示，在單位像素120E-4和單位像素120E-5中，構(gòu)成中間傳輸通道140的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142擴(kuò)展到光電二極管121側(cè)，并擴(kuò)展到存儲(chǔ)部123側(cè)。除此之外，對(duì)于單位像素120E-4和單位像素120E-5中的中間傳輸通道140和完全傳輸通道150， 有效溝道長(zhǎng)度、有效溝道寬度和溝道濃度與圖30A 圖30C的單位像素120E的有效溝道長(zhǎng)度、有效溝道寬度和溝道濃度相同。在由此配置的單位像素120E-4和單位像素120E-5中，與單位像素120E和單位像素120E-2等相比，雖然在用于形成擴(kuò)展到(形成為凸出到)光電二極管121側(cè)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域142及用于形成光電二極管121的光刻中的對(duì)準(zhǔn)(對(duì)齊)中重新產(chǎn)生分散，但能夠在擴(kuò)大中間傳輸通道140的有效溝道長(zhǎng)度時(shí)進(jìn)一步抑制光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積的減小。在由此配置的單位像素120E至單位像素120E-5中，根據(jù)對(duì)于光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積最大值和產(chǎn)品分散實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的中間傳輸通道140。另外，能夠通過(guò)像素尺寸的減小實(shí)現(xiàn)像素?cái)?shù)量的增加，或以相同的像素尺寸實(shí)現(xiàn)飽和電荷量的增加及通過(guò)靈敏度的改善提高圖像質(zhì)量。另外，從器件操作的角度看，優(yōu)選地，在設(shè)計(jì)中，將不需要大量電流通過(guò)的中間傳輸通道140的有效溝道寬度縮小，并盡可能地將期望通過(guò)大量電流以在短時(shí)間內(nèi)傳輸信號(hào)電荷的完全傳輸通道150的有效溝道寬度加寬。在最大化光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積時(shí)，上面提到的如下結(jié)構(gòu)是有利的 縮小具有大的有效溝道長(zhǎng)度的中間傳輸通道140的有效溝道寬度，加寬具有小的溝道長(zhǎng)度的完全傳輸通道150的有效溝道寬度。具體地，與簡(jiǎn)單地對(duì)于整個(gè)溝道寬度擴(kuò)大有效溝道長(zhǎng)度的裝置相比，這種結(jié)構(gòu)能夠擴(kuò)大相同像素尺寸內(nèi)的光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠改善由于像素尺寸的降低所導(dǎo)致的中間傳輸通道140的特性不穩(wěn)定性與由于光電二極管121和存儲(chǔ)部123的面積的減少所導(dǎo)致的像素特性的劣化之間的平衡。應(yīng)指出，雖然通過(guò)將其信號(hào)電荷是電子的圖像傳感器作為示例說(shuō)明了上述實(shí)施例，但本發(fā)明也可適用于其信號(hào)電荷是空穴的這類圖像傳感器。單位像素的第一其它結(jié)構(gòu)示例圖34示出作為單位像素120的第一其它結(jié)構(gòu)示例的單位像素120F-1的結(jié)構(gòu)。在單位像素120F-1中，省略了圖2的單位像素120A中的第一傳輸柵122和存儲(chǔ)部123，光電二極管121和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125布置成為隔著P型阱層132相互鄰近。在光電二極管121和浮動(dòng)擴(kuò)散部125之間的P型阱層132的上側(cè)上，布置第二傳輸柵124。下面說(shuō)明單位像素120F-1中的全局曝光操作。首先，進(jìn)行用于同時(shí)將所有像素的累積電荷從掩埋型光電二極管121放電的電荷放電操作，此后啟動(dòng)曝光。于是，光電荷在光電二極管121的PN結(jié)電容中累積。在曝光時(shí)段結(jié)束時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟所有像素的第二傳輸柵 124，由此累積的光電荷全部傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)域125。關(guān)閉第二傳輸柵124，由此在所有像素相同的曝光時(shí)段期間累積的光電荷保持在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125中。此后，通過(guò)垂直信號(hào)線 117將保持在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125中的光電荷依次讀出作為圖像信號(hào)。最后，復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125，接著讀出復(fù)位電平。因此，在單位像素120F-1中，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125在進(jìn)行全局曝光操作的情況下成為電荷保持區(qū)域。在單位像素120F-1中，在光電二極管121和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125之間的邊界部分中的第二傳輸柵1 處，形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域以便實(shí)現(xiàn)中間傳輸通道和完全傳輸通道相互分開(kāi)的結(jié)構(gòu)。單位像素的第二其它結(jié)構(gòu)示例圖35示出作為單位像素120的第二其它結(jié)構(gòu)示例的單位像素120F-2的結(jié)構(gòu)。單位像素120F-2具有如下結(jié)構(gòu)與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125相似的存儲(chǔ)部123加入到圖 2的單位像素120A的結(jié)構(gòu)中。具體地，在單位像素120F-2中，第一傳輸柵122的柵極122A 設(shè)置在P型阱層132的上部，P型阱層132位于光電二極管121和存儲(chǔ)部123之間的邊界處。除此之外，在單位像素120F-2中，存儲(chǔ)部123具有與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125相似的N型層 238。以下面的步驟在單位像素120F-2中進(jìn)行全局曝光操作。首先，對(duì)所有像素同時(shí)進(jìn)行電荷放電操作，由此，啟動(dòng)同時(shí)曝光。由此產(chǎn)生的光電荷累積在光電二極管121中。在曝光結(jié)束時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟所有像素的第一傳輸柵122，于是所累積的光電荷傳輸?shù)酱鎯?chǔ)部123中并在存儲(chǔ)部123中保持。在完成曝光操作之后，通過(guò)順序操作讀出復(fù)位電平和信號(hào)電平。具體地，復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125，讀出復(fù)位電平。接著，保持在存儲(chǔ)部123中的電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)域125，讀出信號(hào)電平。在單位像素120F-2中，存儲(chǔ)部123的N型區(qū)域238在進(jìn)行全局曝光操作的情況下成為電荷保持區(qū)域。在單位像素120F-2中，在第一傳輸柵122中形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域以便實(shí)
25現(xiàn)中間傳輸通道和完全傳輸通道相互分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，由此實(shí)施本發(fā)明。單位像素的第三其它結(jié)構(gòu)示例圖36示出作為單位像素120的第三其它結(jié)構(gòu)示例的單位像素120F-3的結(jié)構(gòu)。在圖36所示的單位像素120F-3中，采用存儲(chǔ)部123具有用于代替掩埋溝道135 的N型擴(kuò)散區(qū)域239的結(jié)構(gòu)。在存儲(chǔ)部123具有N型擴(kuò)散區(qū)域239的情況下，也能夠獲得與存儲(chǔ)部具有掩埋溝道135的情況相同的效果。具體地，N型擴(kuò)散區(qū)域239形成在P型阱層132的內(nèi)部，在N型擴(kuò)散區(qū)域239的基板表面?zhèn)壬闲纬蒔型層M0。這種結(jié)構(gòu)能夠避免如下情形在界面處產(chǎn)生的暗電流將會(huì)在存儲(chǔ)部123的N型擴(kuò)散區(qū)域239中累積。這有利于提高圖像質(zhì)量。這里，優(yōu)選地，存儲(chǔ)部123的N型擴(kuò)散區(qū)域239的雜質(zhì)濃度設(shè)置成低于浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125的雜質(zhì)濃度。通過(guò)如此設(shè)置雜質(zhì)濃度，能夠提高第二傳輸柵IM從存儲(chǔ)部123向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125傳輸電子的傳輸效率。單位像素120F-3中的全局曝光操作與圖2的單位像素120A中的全局曝光操作相同。應(yīng)指出，雖然在圖36所示的單位像素120F-3的結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)部123具有掩埋型N 型擴(kuò)散區(qū)域239，但也可采用如下結(jié)構(gòu)該區(qū)域也可以不是掩埋型區(qū)域，但存儲(chǔ)部123中產(chǎn)生的暗電流會(huì)增大。除此之外，在單位像素120F-3的結(jié)構(gòu)中，如同圖2的單位像素120A，也可采用省略電荷釋放部129的結(jié)構(gòu)，并將傳輸脈沖TRX和TRG及復(fù)位脈沖RST全部置于有效狀態(tài)。由于所采用的這種結(jié)構(gòu)，能夠獲得與電荷釋放部129的效果等同的效果，換句話說(shuō)，能夠?qū)怆姸O管121中的電荷進(jìn)行放電，能夠使光電二極管121處的溢出的電荷在讀取操作期間逃逸到基板側(cè)。在單位像素120F-3中，存儲(chǔ)部123的N型擴(kuò)散區(qū)域239在進(jìn)行全局曝光操作的情況下成為電荷保持區(qū)域。在單位像素120F-3中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，以便實(shí)現(xiàn)中間傳輸通道和完全傳輸通道相互分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，由此實(shí)施本發(fā)明。單位像素的第四其它結(jié)構(gòu)示例圖37示出作為單位像素120的第四其它結(jié)構(gòu)示例的單位像素120F-4的結(jié)構(gòu)。在圖2的單位像素120A中，在光電二極管121和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125之間布置了單個(gè)存儲(chǔ)部(MEM) 123。在圖37的單位像素120F-4中，額外布置了另一存儲(chǔ)部(MEM2042。于是，存儲(chǔ)部具有兩級(jí)結(jié)構(gòu)。第三傳輸柵241具有如下功能在傳輸脈沖TRX2施加到柵極MlA時(shí)傳輸存儲(chǔ)部 123中所累積的電荷。存儲(chǔ)部242具有形成在柵極MlA的下面的N型掩埋溝道M3，并通過(guò)第三傳輸柵241累積傳輸自存儲(chǔ)部123的電荷。由于具有掩埋溝道243的存儲(chǔ)部對(duì)2，能夠抑制在界面處產(chǎn)生的暗電流，這有利于改善圖像質(zhì)量。存儲(chǔ)部M2的結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)部123的結(jié)構(gòu)相同。因此，如同存儲(chǔ)部123，存儲(chǔ)部242 是有利的，這是因?yàn)椋c未應(yīng)用調(diào)整的情況相比，當(dāng)應(yīng)用調(diào)整時(shí)，能夠增加存儲(chǔ)部M2中的飽和電荷量。在單位像素120F-4的全局曝光操作中，所有像素同時(shí)累積的光電荷保持在光電二極管121或存儲(chǔ)部123中。存儲(chǔ)部242用于在讀出圖像信號(hào)之前保持光電荷。在單位像素120F-4中，存儲(chǔ)部123的掩埋溝道135和存儲(chǔ)部M2的掩埋溝道243在進(jìn)行全局曝光操作的情況下用作電荷保持區(qū)域。在單位像素120F-4中，由于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域形成在第一傳輸柵122處以便實(shí)現(xiàn)中間傳輸通道和完全傳輸通道相互分離的結(jié)構(gòu)，由此能夠應(yīng)用本發(fā)明。而且，可采用如下結(jié)構(gòu)不僅中間傳輸通道和完全傳輸通道在光電二極管 121和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域125中相互分開(kāi)，而且存儲(chǔ)部123和存儲(chǔ)部242中的傳輸溝道也相似地相互分開(kāi)。具體地，如參照?qǐng)D3和圖30A 圖30C所說(shuō)明的內(nèi)容，中間傳輸通道140和完全傳輸通道150可在傳輸柵Ml的下方相互分開(kāi)。而且，如參照?qǐng)D15A和圖15B所說(shuō)明的內(nèi)容，存儲(chǔ)部123可形成為延伸到存儲(chǔ)部242的下側(cè)，由此在存儲(chǔ)部242的下側(cè)形成中間傳輸通道。由此，也可在單位像素120A之外的結(jié)構(gòu)中采用本發(fā)明。除此之外，也可通過(guò)反轉(zhuǎn)導(dǎo)電類型的極性(N型，P型)將本發(fā)明相似地應(yīng)用到根據(jù)單位像素120A 120F-4變型的
單位像素。應(yīng)用有本發(fā)明的電子裝置的結(jié)構(gòu)示例而且，本發(fā)明的應(yīng)用不限于固體攝像裝置。本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)可應(yīng)用到如下電子裝置，即這些電子裝置中的固體攝像裝置用作攝像部(光電轉(zhuǎn)換部)，例如，諸如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等攝像裝置、具有攝像功能的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、將固體攝像裝置用作圖像讀出部的復(fù)印機(jī)等。固體攝像裝置可形成為單芯片形式，或制造成具有攝像功能的模塊形式，攝像部和信號(hào)處理部或光學(xué)系統(tǒng)共同封裝在模塊中。圖38是表示作為應(yīng)用有本發(fā)明的電子裝置的攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖38所示的攝像裝置300包括具有透鏡組等的光學(xué)單元301、固體攝像裝置302 和作為相機(jī)信號(hào)處理電路的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)電路303，固體攝像裝置302采用上面提到的單位像素120中的一種結(jié)構(gòu)。另外，攝像裝置300具有幀存儲(chǔ)器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元307和電源單元308。DSP電路303、幀存儲(chǔ)器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元307和電源單元308通過(guò)總線309相互連接。光學(xué)單元301收集來(lái)自物體的入射光(圖像光)，并在固體攝像裝置302的攝像平面上形成圖像。固體攝像裝置302按照像素將在攝像平面上形成為圖像的入射光的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將電信號(hào)作為圖像信號(hào)輸出。對(duì)于固體攝像裝置302，能夠使用諸如CMOS圖像傳感器100之類的固體攝像裝置，具體地，能夠采用可以通過(guò)全局曝光實(shí)現(xiàn)無(wú)失真成像并可以基于各RGB像素限制泄露信號(hào)抑制比的固體攝像裝置。顯示單元305具有平板型顯示器，例如，液晶面板或有機(jī)光致發(fā)光(EL)面板顯示器，顯示單元305顯示由固體攝像裝置302獲取的動(dòng)態(tài)畫面或靜止圖像。記錄單元306將由固體攝像裝置302拍攝的動(dòng)態(tài)畫面或靜止圖像記錄在諸如錄像帶、數(shù)字通用光盤(DVD) 等記錄媒介上。 操作單元307在用戶的操作下發(fā)出與攝像裝置300所擁有的各種功能相關(guān)的操作命令。電源單元308按照需要向DSP電路303、幀存儲(chǔ)器304、顯示單元305、記錄單元306 和操作單元307供應(yīng)各種電功率，以作為用于這些部件單元的操作的功率。
如上所述，在將根據(jù)上述任一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器100用作固體攝像裝置 302的情況下，能夠通過(guò)全局曝光實(shí)現(xiàn)無(wú)失真成像，并可以基于各RGB像素限制泄露信號(hào)抑制比。因此，在諸如攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和如手機(jī)等的移動(dòng)裝置中使用的相機(jī)模塊之類的攝像裝置300中，也能夠?qū)崿F(xiàn)獲取圖像的圖像質(zhì)量的提高。
通過(guò)將本發(fā)明應(yīng)用到CMOS圖像傳感器的情況作為示例說(shuō)明了上述實(shí)施例，其中該CMOS圖像傳感器中的用于根據(jù)可見(jiàn)光的量來(lái)檢測(cè)作為物理量的信號(hào)電荷的單位像素布置成矩陣圖案。然而，本發(fā)明的應(yīng)用不限于應(yīng)用到CMOS圖像傳感器。本發(fā)明通?？蓱?yīng)用到如下的列型固體攝像裝置在這種列型固體攝像裝置中，根據(jù)像素陣列部中的每個(gè)像素列布置列處理部。另外，本發(fā)明的應(yīng)用不限于應(yīng)用到用于通過(guò)檢測(cè)入射可見(jiàn)光的量的分布進(jìn)行成像的固體攝像裝置。本發(fā)明也可應(yīng)用到用于通過(guò)檢測(cè)紅外(IR)射線、X射線或粒子等的入射量的分布進(jìn)行成像的固體攝像裝置。而且，本發(fā)明可大體上或廣義上應(yīng)用到通過(guò)檢測(cè)諸如壓力、電容量等其它物理量的分布進(jìn)行成像的固體攝像裝置(物理量分布檢測(cè)器)，例如， 指紋傳感器。應(yīng)指出，固體攝像裝置可形成為單芯片形式或制造成具有攝像功能的模塊形式， 攝像部和信號(hào)處理部或光學(xué)系統(tǒng)共同封裝在模塊中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其包括光電轉(zhuǎn)換元件，其能夠操作以根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷；電荷保持區(qū)域，通過(guò)由所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所述電荷在被讀出之前保持在所述電荷保持區(qū)域中；及傳輸柵，其具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的所述電荷通過(guò)所述完全傳輸通道完全傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域中，由所述光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的所述電荷通過(guò)所述中間傳輸通道傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域，其中，所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述電荷保持區(qū)域的雜質(zhì)濃度形成為使得在對(duì)所述電荷保持區(qū)域中所保持的所述電荷進(jìn)行放電時(shí)所述電荷保持區(qū)域處于耗盡狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，通過(guò)在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)域之間的邊界處設(shè)置第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域形成所述中間傳輸通道，并且在所述雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和基板表面之間設(shè)有不同于所述中間傳輸通道的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散層。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，在構(gòu)成所述中間傳輸通道的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的與基板表面?zhèn)认鄬?duì)的側(cè)上設(shè)有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，所述第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域用于形成高于所述中間傳輸通道的勢(shì)壘。
5.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，構(gòu)成所述中間傳輸通道的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域布置在比所述完全傳輸通道更遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換元件上所聚集的光的中心的區(qū)域中，或布置在比所述完全傳輸通道更遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換元件的最深電勢(shì)部分的區(qū)域中。
6.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，沿著基板深度方向看，所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)域形成為使得所述光電轉(zhuǎn)換元件的一部分和所述電荷保持區(qū)域的一部分相互重疊，構(gòu)成所述中間傳輸通道的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域設(shè)在所述光電轉(zhuǎn)換元件的所述一部分和所述電荷保持區(qū)域的所述一部分相互重疊的區(qū)域的深度方向上的邊界處。
7.如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件的所述一部分和所述電荷保持區(qū)域的所述一部分相互重疊的區(qū)域布置在比所述完全傳輸通道更遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換元件上所聚集的光的中心的區(qū)域中，或布置在比所述完全傳輸通道更遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換元件的最深電勢(shì)部分的區(qū)域中。
8.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，構(gòu)成所述光電轉(zhuǎn)換元件的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的一部分形成為延伸到所述電荷保持區(qū)域的部分或全部的基板底面?zhèn)?，并且?gòu)成所述中間傳輸通道的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)域之間在深度方向上的邊界處。
9.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中，沿著基板深度方向看，構(gòu)成所述中間傳輸通道的所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域布置在比所述電荷保持區(qū)域的中心更遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)上。
10.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中，在構(gòu)成所述中間傳輸通道的所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域之外的區(qū)域中，并在所述完全傳輸通道之外的區(qū)域中，設(shè)有用于增強(qiáng)勢(shì)壘的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域，所述完全傳輸通道形成于所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)域之間邊界處的基板表面附近的位置處。
11.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述完全傳輸通道設(shè)置在由用于施加電壓以驅(qū)動(dòng)所述傳輸柵的電極所覆蓋的區(qū)域中，所述中間傳輸通道設(shè)置在由用于施加電壓以驅(qū)動(dòng)所述傳輸柵的所述電極所覆蓋的所述區(qū)域之外的區(qū)域中。
12.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述傳輸柵的電極的位于所述光電轉(zhuǎn)換元件側(cè)的側(cè)面設(shè)有凹部，所述傳輸柵的所述中間傳輸通道形成為向所述光電轉(zhuǎn)換元件側(cè)凸出ο
13.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道的形狀形成為使得所述中間傳輸通道的有效溝道長(zhǎng)度大于所述完全傳輸通道的有效溝道長(zhǎng)度，所述中間傳輸通道的有效溝道寬度小于所述完全傳輸通道的有效溝道寬度；并且所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道的溝道雜質(zhì)濃度控制為使得在所述中間傳輸通道中，超過(guò)所述預(yù)定電荷量的所述電荷在所述曝光時(shí)段期間傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域， 在所述完全傳輸通道中，在所述曝光時(shí)段期間禁止所述電荷傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域。
14.如權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其中，所述中間傳輸通道形成在與所述傳輸柵的溝道寬度的末端對(duì)應(yīng)的區(qū)域中，所述完全傳輸通道形成在所述傳輸柵的溝道寬度中的形成有所述中間傳輸通道的區(qū)域之外的區(qū)域中。
15.如權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其中，所述中間傳輸通道形成在所述傳輸柵的溝道寬度的末端之外的區(qū)域中，所述完全傳輸通道形成在所述中間傳輸通道的兩側(cè)。
16.如權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其中，所述中間傳輸通道形成在所述傳輸柵的溝道寬度的多個(gè)預(yù)定位置處，所述完全傳輸通道形成在所述傳輸柵的溝道寬度中的形成有所述中間傳輸通道的區(qū)域之外的位置處。
17.如權(quán)利要求13所述的固體攝像裝置，其中，在構(gòu)成所述中間傳輸通道的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和設(shè)置在所述中間傳輸通道周圍的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域之間，設(shè)有間隙區(qū)域，所述間隙區(qū)域的雜質(zhì)濃度低于所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域和所述第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
18.一種固體攝像裝置的制造方法，其包括以下步驟形成光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件能夠操作以根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷；形成電荷保持區(qū)域，通過(guò)由所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所述電荷在被讀出之前保持在所述電荷保持區(qū)域中；及形成傳輸柵，所述傳輸柵具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的所述電荷通過(guò)所述完全傳輸通道完全傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域中，由所述光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的所述電荷通過(guò)所述中間傳輸通道傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域；其中，所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中。
19.一種電子裝置，其包括 固體攝像裝置，其包括光電轉(zhuǎn)換元件，其能夠操作以根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷； 電荷保持區(qū)域，通過(guò)由所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所述電荷在被讀出之前保持在所述電荷保持區(qū)域中；及傳輸柵，其具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的所述電荷通過(guò)所述完全傳輸通道完全傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域中，由所述光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的所述電荷通過(guò)所述中間傳輸通道傳輸?shù)剿鲭姾杀３謪^(qū)域，所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中，其中，在布置成矩陣圖案的單位像素中，多個(gè)行中的所述單位像素同時(shí)進(jìn)行電荷累積，并且由所述傳輸柵傳輸?shù)乃鲭姾杀灰来巫x出。
20.一種固體攝像裝置，其包括第一電荷保持區(qū)域，其能夠操作以累積通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷； 柵，其能夠操作以傳輸來(lái)自所述第一電荷保持區(qū)域的所述電荷；及第二電荷保持區(qū)域，其能夠操作以保持電荷，所述第二電荷保持區(qū)域所保持的所述電荷是所述第一電荷保持區(qū)域中所累積的電荷的至少一部分并且是由所述柵傳輸來(lái)的，其中，在所述第一電荷保持區(qū)域和所述第二電荷保持區(qū)域之間形成有第一電荷傳輸通道，所述第一電荷傳輸通道能夠操作以通過(guò)所述柵的至少一部分傳輸電荷，并且在不同于所述第一電荷傳輸通道的區(qū)域的區(qū)域中形成有第二電荷傳輸通道，所述第二電荷傳輸通道能夠操作以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生并超過(guò)所述第一電荷保持區(qū)域中所能夠保持的電荷量的電荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體攝像裝置、該固體攝像裝置的制造方法和使用該固體攝像裝置的電子裝置。該固體攝像裝置包括光電轉(zhuǎn)換元件，其能夠根據(jù)入射光的光量產(chǎn)生電荷并在內(nèi)部累積所述電荷；電荷保持區(qū)域，通過(guò)由光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷在被讀出之前保持在電荷保持區(qū)域中；及傳輸柵，其具有完全傳輸通道和中間傳輸通道，在光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷通過(guò)完全傳輸通道完全傳輸?shù)诫姾杀３謪^(qū)域中，由光電轉(zhuǎn)換元件在曝光時(shí)段期間產(chǎn)生并超過(guò)預(yù)定電荷量的電荷通過(guò)中間傳輸通道傳輸?shù)诫姾杀３謪^(qū)域，其中，所述完全傳輸通道和所述中間傳輸通道形成在不同的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的固體攝像裝置能夠獲得高質(zhì)量圖像。
文檔編號(hào)H04N5/225GK102208424SQ20111007761
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者十河康則, 坂直樹(shù), 大池祐輔, 山川真彌, 山村育弘, 河村隆宏, 町田貴志 申請(qǐng)人:索尼公司