本发明专利技术涉及固态图像捕捉元件和电子信息设备。根据本发明专利技术的固态图像捕捉元件包括：像素阵列部分，其中将阱层设置在半导体衬底或者半导体区域上，并且将用于对来自对象的图像光实施光电转换并且捕捉其图像的多个光电转换元件以二维阵列布置在阱层中，其中将高浓度阱层设置在阱层与半导体衬底或者半导体区域之间，该高浓度阱层与阱层的导电类型相同并且具有比阱层的杂质浓度更高的杂质浓度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固态图像捕捉元件，例如CMOS固态图像捕捉元 件，其由半导体元件构成，以用于对来自对象(subject)的图像光实施 光电转换并且捕捉对象的图像光的图像；以及一种电子信息设备，例如 数字摄像机(例如数字视频摄像机或者数字静止摄像机)、图像输入摄 像机、扫描仪、传真机、电视电话设备以及装备有摄像机的蜂窝电话设 备，它们包括作为用于其图像捕捉部分的图像输入设备的固态图像捕捉 设备。
技术介绍
常规的固态图像捕捉元件所需的 一种性能是增大以二维阵列布置 的像素数量。在CMOS固态图像捕捉元件中，每个像元形成在一个阱中， 并且该阱电设置在像素阵列部分的周围。然而，当像素阵列部分的阱区 域由于像素增加而增大时，难以将基准电压固定在地电压直到中心部 分。因此，出现了以下问题。一个问题是用作图像捕捉区域的像素阵列部分的中心部分与周围 部分的晶体管阈值不同。此外，因为达到像素阵列部分的中心部分的电 阻值与周围部分的电阻值不同，所以像素之间饱和电荷的数量(饱和电 平(saturation level))不同。这称作饱和度遮蔽(saturation shading)。为了解决上述问题，参考文献1描述了一种在不改变有源区域的面 积的情况下为每个像素形成阱接触的方法。如参考文献l所述，通过为 每个像素设置接触，可以在光电转换区域附近将阱固定为恒定地电势。图5是表示根据参考文献1中所述的常规固态图像捕捉元件的像素 结构的平面表面模式图。图6是沿着图5的A-A，线截取的横截面图。在图5和6中，常规固态图像捕捉元件100的栅电极101设置在光电转换元件102的光电转换区域(有源区域)103与有源区域104之间，从而配置传输晶体管105。该有源区域104不仅起到传输晶体管105的漏极区域的作用，而且还起到重置晶体管107的源极区域以及放大晶体管106的门极输入部分的作用。将栅电极108设置在有源区域104与有源区域109之间，从而配置重置晶体管107。该有源区域109不仅起到重置晶体管107的漏极区域的作用，而且还起到放大晶体管106的漏极区域的作用。将栅电极110设置在有源区域10 9与有源区域111之间，从而配置放大晶体管106。该有源区域111不仅起到放大晶体管106的源极区域的作用，而且还起到选择晶体管112的漏极区域的作用。将栅电极113设置在该有源区域111与有源区域U4之间，从而配置选择晶体管112。该有源区域114是选择晶体管112的源极区域，并且其与像素输出线116在接触部分115处电连接，该像素输出线为金属布线。在上述的像素结构中，光电转换元件102的有源区域(光电转换区域)103的矩形区域的一个角被均匀地去掉，并且该平面区域用作阱接触区域117。也就是说，光电转换元件102的光电转换区域103与阱接触区域117形成在相同的有源区域中。阱接触区域U7在接触部分119处与金属布线118电连接，该金属布线沿着垂直方向(图5中的纵向方向)延伸，以用于提供恒定电势，例如地电势(OV)，从而配置阱电势固定部分。在图6的实例中(沿图5的A-A，线截取的横截面图)，在N型衬底120上形成P阱121，并且将像素的光电转换元件102以及前述的晶体管106、 107和112形成在该P阱121中。如图5所示，N区域122是在接触部分123处与放大晶体管106的栅电极110利用介于二者之间的金属布线124相连的有源区域104。该光电转换区域103是由N型杂质区域125、接近N型杂质区域125表面的P+区域126以及周围的P阱121构成的。该P+区域126是从扩散层通过接触部分119连接到金属布线U8的有源区域(图5的阱接触区域117的有源区域)，并且能够通过金属布线118将P阱121的电势固定在地电势(OV)。通过将浓度比接近光电转换区域103表面的P+区域126高的P+杂质引入P+区域127中，有可能不会影响受到阱接触区域U7影响的光电转换区域103。元件分离区域128是LOCOS (硅上局部氧化)、STI (浅沟道隔离)等，并且其形成在光电转换元件102与晶体管106、 107和112之间，从而使各个元件电分离。如上所述，在具有为各个像素形成阱接触的结构的固态图像捕捉设备中，元件分离区域并非设置在光电转换元件102的阱接触区域117与有源区域103之间，并且该阱接触区域U7形成在有源区域103中，.在该有源区域中还形成了光电转换元件102。因此，在常规技术中能够将用作元件分离区域的部分指派为光电转换元件102的有源区域103,这样能够减少由于设置阱接触区域117而施加在其他元件上的负栽。具体而言，当形成为各个像素形成阱接触的阱接触区域117时，在未改变像素尺寸的光电转换元件102的有源区域103中，从该有源区域103中去掉的区域可以比常规技术中的小，由此将像素特性的降低程度，或者特别是将饱和电平和敏感度的降低程度抑制到最小。因此，能够将P阱121的电势电地且稳固地固定，由此抑制每单位像素面积(像素的尺寸)的增大，同时控制由于阱电势的改变而造成的对输出信号的遮蔽。而且，根据参考文献2，如图7所示，常规的固态图像捕捉元件200配置有有源区域201 ，其中还形成了光电二极管PD，并且在所述实例中，将两个阱接触202A和202B设置在有源区域201中。所形成的光电二极管PD的形状是在该光电二极管PD的一部分中能够形成凹入部分203，并且在对应于该凹入部分203的有源区&戈201中形成两个阱接触202A和202B。可以使用三个或更多个阱接触202;然而考虑平衡来确定适当的数量，因为使用过多的阱接触会导致光电二极管PD的面积的减小并且会降低饱和信号的数量。部分穿过该光电二极管PD形成阱布线204,以连接到沿着水平方向布置的两个阱接触202A和202B。在图7的像素205中，将除有源区域201和晶体管206之外的部分形成为元件分离区域207。因此，在参考文献2中，每个像素设置两个阱接触202A和202B，并且通过这两个阱接触202A和202B形成并联连接。因此，因为仅利用两个连接点来形成连接，所以电阻值可以更小，地电势得到进一步稳定，并且能够进一步控制饱和度遮蔽。在参考文献3中，对多个像素部分的中心部分和周围部分进行比较，位于中心部分的像素比周围部分的像素具有更小的信号电荷饱和量。也就是说，中心部分的像素比周围部分的像素更加缺乏信号电荷的累积量。这是因为像素阵列部分的周围部分相对于阱在电的方面被完全固定于地电势(0V)。为了控制饱和度遮蔽，如图8所示，在光电二极管PD的电荷累积容量(capacity)和势壁部分的电荷累积容量在传输晶体管的传输栅(transfer gate) TG和浮动扩散FD以下的情况下，势壁部分由于传输栅TG而变小，并且光电二极管PD与浮动扩散FD之间的势壁部分被消除了，使得将光电二极管PD的电荷累积容量中累积的信号电荷传输到浮动扩散FD的电荷累积容量。随后，在光电二极管PD与浮动扩散FD之间生成势壁部分，并且在光电二极管PD中累积信号电荷。当P阱的电势改变时，光电二极管PD的电荷累积容量如箭头所示变浅，从而使电荷累积容量变小。可选的是，传输栅TG在关断状态下通常固定于0V;然而，在参本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固态图像捕捉元件，其包括像素阵列部分，其中将阱层设置在半导体衬底或者半导体区域上，并且将用于对来自对象的图像光实施光电转换并且捕捉其图像的多个光电转换元件以二维阵列布置在阱层中， 其中将高浓度阱层设置在阱层与半导体衬底或者半导体区 域之间，该高浓度阱层与阱层的导电类型相同并且具有比阱层的杂质浓度更高的杂质浓度。
【技术特征摘要】
JP 2008-9-18 2008-2400891.一种固态图像捕捉元件，其包括像素阵列部分，其中将阱层设置在半导体衬底或者半导体区域上，并且将用于对来自对象的图像光实施光电转换并且捕捉其图像的多个光电转换元件以二维阵列布置在阱层中，其中将高浓度阱层设置在阱层与半导体衬底或者半导体区域之间，该高浓度阱层与阱层的导电类型相同并且具有比阱层的杂质浓度更高的杂质浓度。2. 根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中该高浓度阱差 的峰值浓度为1 x 10cm-3到5 x 1017cm-3。3. 根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中该高浓度阱层 的薄层电阻为800Q/sq.-2000Q/sq.。4. 根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中该高浓度阱层 距表面的深度为3pm到4pm。5. 根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中该阱层和该高 浓度阱层自像素阵列部分的外圆周部分侧起固定在恒定的电势。6. 根据权利要求5所述的固态图像捕捉元件，在其中的阱层中， 位于像素阵列部分的外圆周部分侧上的阱层与金属布线通过介于二者之间的多个接触电连接。7. 根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中每个光电转换 元件包括设置在第一导电类型的半导体衬底或者第一导电类型的半导体区 域上的第二导电类型的阱层；以及设置在第二导电类型的阱层中的第一导电类型的杂质区域。8. 根据权利要求7所述的固态图像捕捉元件，其中第一导电类型 的杂质区域被其上的第二导电类型的表面杂质高浓度区域掩埋。9. 根据权利要求1或7所述的固...
【专利技术属性】
技术研发人员：永井谦一，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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