專利名稱：電荷檢測(cè)裝置及方法、固態(tài)成像裝置及其驅(qū)動(dòng)方法以及成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電荷檢測(cè)裝置和電荷檢測(cè)方法、固態(tài)成像裝置和其驅(qū)動(dòng)方法以及成像裝置。更具體地，本發(fā)明涉及通過(guò)改變晶體管的閾值電壓來(lái)檢測(cè)累積的信號(hào)電荷的電荷檢測(cè)裝置和電荷檢測(cè)方法，使用電荷檢測(cè)裝置的固態(tài)成像裝置和其驅(qū)動(dòng)方法，以及使用固態(tài)成像裝置的成像裝置。
背景技術(shù)：
可以將固態(tài)成像裝置大致分成(XD(電荷耦合裝置)型圖像傳感器和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型圖像傳感器。在固態(tài)成像裝置中，當(dāng)將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)時(shí)，將FD (浮置擴(kuò)散)、re (浮置柵極)或者BCD (體電荷檢測(cè))用于電荷檢測(cè)裝置。這里，F(xiàn)D因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)原因而不能避免由于電荷的熱波動(dòng)(thermal fluctuation)所導(dǎo)致的KTC噪聲。相反，BCD為非破壞性讀取，從而去除了該KTC噪聲。圖9為使用相關(guān)技術(shù)的B⑶的固態(tài)成像裝置的配置的示意圖。這里，在所示的固態(tài)成像裝置中，形成構(gòu)成晶體管的環(huán)狀柵極101，并且在與柵極之間的中心開口相對(duì)應(yīng)的P型基板102的N型阱103的表面上形成N+型源極區(qū)域104。在與柵極101的外圍相對(duì)應(yīng)的N型阱103上形成N+型漏極區(qū)域105。在源極區(qū)域104和漏極區(qū)域105之間形成環(huán)狀P型溝道區(qū)域106，并且在溝道區(qū)域106以下形成環(huán)狀N+型電荷累積區(qū)域107 (例如，參見(jiàn)JP-A-10-41493)。在如上所述所構(gòu)成的固態(tài)成像裝置中，通過(guò)在電荷累積區(qū)域107中所累積的信號(hào)電荷來(lái)改變晶體管的閾值電壓，并改變柵極和漏極之間的電阻值。因此，可以通過(guò)測(cè)量源極電勢(shì)來(lái)檢測(cè)在電荷累積區(qū)域107中所累積的信號(hào)電荷。當(dāng)完成檢測(cè)時(shí)，通過(guò)對(duì)其施加復(fù)位電壓使信號(hào)電荷清除到漏極區(qū)域105。

發(fā)明內(nèi)容
然而，柵極區(qū)域增大，并且在以環(huán)形狀構(gòu)成柵極的BCD中降低了從信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為電壓的效率。因此，期望提供可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的電荷檢測(cè)裝置和電荷檢測(cè)方法、固態(tài)成像裝置和其驅(qū)動(dòng)方法以及成像裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電荷檢測(cè)裝置包括基板，具有第一導(dǎo)電型預(yù)定區(qū)域；第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型源極區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型溝道區(qū)域，設(shè)置在漏極區(qū)域和源極區(qū)域之間；柵極，經(jīng)由在溝道區(qū)域上的絕緣膜形成；第二導(dǎo)電型電荷累積區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中并且通過(guò)累積作為測(cè)量目標(biāo)的信號(hào)電荷來(lái)改變具有漏極區(qū)域、源極區(qū)域以及柵極的晶體管的閾值電壓；第一導(dǎo) 電型溝道勢(shì)壘(barrier)區(qū)域，設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域之間；以及電荷清除區(qū)域， 清除在電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，電荷累積方法包括以下步驟在設(shè)置在基板中的第一 導(dǎo)電型預(yù)定區(qū)域中所設(shè)置的第二導(dǎo)電型電荷累積區(qū)域中累積信號(hào)電荷作為要測(cè)量的目標(biāo)； 檢測(cè)由于在電荷累積區(qū)域中累積信號(hào)電荷而在晶體管中出現(xiàn)的閾值電壓的改變，其中，晶 體管包括設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域、設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中的 第二導(dǎo)電型源極區(qū)域、以及經(jīng)由設(shè)置在漏極區(qū)域和源極區(qū)域之間的第二導(dǎo)電型溝道區(qū)域上 的絕緣膜而形成的柵極，其中，將第一導(dǎo)電型溝道勢(shì)壘區(qū)域設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū) 域之間；以及將在電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷清除到與漏極區(qū)域不同的電荷清除區(qū) 域。仍根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，固態(tài)成像裝置包括基板，具有第一導(dǎo)電型預(yù)定區(qū) 域；光電轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中并且在響應(yīng)入射光而產(chǎn)生信號(hào)電荷；第二導(dǎo) 電型漏極區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型源極區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域 中；第二導(dǎo)電型溝道區(qū)域，設(shè)置在漏極區(qū)域和源極區(qū)域之間；柵極，經(jīng)由在溝道區(qū)域上的絕 緣膜形成；第二導(dǎo)電型電荷累積區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中并且通過(guò)累積由光電轉(zhuǎn)換 元件所產(chǎn)生的信號(hào)電荷來(lái)改變具有漏極區(qū)域、源極區(qū)域以及柵極的晶體管的閾值電壓；第 一導(dǎo)電型溝道勢(shì)壘區(qū)域，設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域之間；以及電荷清除區(qū)域，清除在 電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷。仍根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟通過(guò)設(shè)置 在基板中的第一導(dǎo)電型預(yù)定區(qū)域中的光電轉(zhuǎn)換元件響應(yīng)入射光來(lái)產(chǎn)生信號(hào)電荷；在設(shè)置在 基板的預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型電荷累積區(qū)域中累積由光電轉(zhuǎn)換元件所產(chǎn)生的信號(hào)電荷； 檢測(cè)由于在電荷累積區(qū)域中累積信號(hào)電荷而在晶體管中出現(xiàn)的閾值電壓的改變，其中，晶 體管包括設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域、設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中的 第二導(dǎo)電型源極區(qū)域、以及經(jīng)由設(shè)置在漏極區(qū)域和源極區(qū)域之間的第二導(dǎo)電型溝道區(qū)域上 的絕緣膜而形成的柵極，其中，將第一導(dǎo)電型溝道勢(shì)壘區(qū)域設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū) 域之間；以及將在電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷清除到與漏極區(qū)域不同的電荷清除區(qū) 域。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，成像裝置包括固態(tài)成像裝置和將入射光引導(dǎo)至光電 轉(zhuǎn)換元件的光學(xué)系統(tǒng)，其中，固態(tài)成像裝置包括基板，具有第一導(dǎo)電型預(yù)定區(qū)域；光電轉(zhuǎn) 換元件，被設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中并且響應(yīng)入射光而產(chǎn)生信號(hào)電荷；第二導(dǎo)電型漏極區(qū) 域，被設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中，第二導(dǎo)電型源極區(qū)域，被設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中；第二 導(dǎo)電型溝道區(qū)域，被設(shè)置在漏極區(qū)域和源極區(qū)域之間；柵極，經(jīng)由在溝道區(qū)域上的絕緣膜形 成；第二導(dǎo)電型電荷累積區(qū)域，被設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中并且通過(guò)累積由光電轉(zhuǎn)換元件 所產(chǎn)生的信號(hào)電荷來(lái)改變具有漏極區(qū)域、源極區(qū)域以及柵極的晶體管的閾值電壓；第一導(dǎo) 電型溝道勢(shì)壘區(qū)域，被設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域之間；以及電荷清除區(qū)域，清除在電 荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷。這里，溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域均構(gòu)成為第二導(dǎo)電型，并且將第一導(dǎo)電型溝道勢(shì)壘區(qū)域設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域之間，以使溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域的載流子可以相同，并且無(wú)需以環(huán)狀構(gòu)成柵極即可實(shí)現(xiàn)BCD。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電荷檢測(cè)裝置和電荷檢測(cè)方法、固態(tài)成像裝置和其驅(qū)動(dòng)方法以及成像裝置中，由于無(wú)需以環(huán)狀構(gòu)成柵極即可構(gòu)成BCD，并且可以實(shí)現(xiàn)柵極區(qū)域減 小，所以能夠?qū)⑿盘?hào)電荷高效地轉(zhuǎn)換成為電壓。


圖IA和圖IB為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的實(shí)例的C⑶固態(tài)成像裝置的示意圖；圖2A和圖2B為B⑶單元的示意圖；圖3為各種時(shí)鐘脈沖的時(shí)序圖；圖4A和圖4B為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的另一實(shí)例的CXD固態(tài)成像裝置的示意圖；圖5為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的又一實(shí)例的背光型CMOS固態(tài)成像裝置的示意性配置圖；圖6為像素單元的單位像素的電路配置的實(shí)例的示意圖；圖7為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的又一實(shí)例的背光型CMOS固態(tài)成像裝置的像素單元的主要元件的截面圖；圖8為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的攝像裝置的實(shí)例的相機(jī)的示意圖；以及圖9為使用相關(guān)技術(shù)的B⑶的固態(tài)成像裝置的配置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。將按照以下順序給出描述。1.第一實(shí)施例((XD固態(tài)成像裝置(區(qū)域傳感器))2.第二實(shí)施例((XD固態(tài)成像裝置(線性傳感器))3.第三實(shí)施例((XD固態(tài)成像裝置)4.第四實(shí)施例(成像裝置)1.第一實(shí)施例固態(tài)成像裝置的配置圖IA為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的實(shí)例的CXD固態(tài)成像裝置 (區(qū)域傳感器)的示意性平面圖。圖IB為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的實(shí)例 的CCD固態(tài)成像裝置(區(qū)域傳感器)的水平傳送寄存器的最后輸出級(jí)(由圖IA中的符號(hào) a表示的區(qū)域)的示意性截面圖。下文中，BCD配置的電荷檢測(cè)裝置還用作根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例的電荷檢測(cè)裝置的實(shí)例。這里，CXD固態(tài)成像裝置(區(qū)域傳感器)具有在硅基板內(nèi)以矩陣形式設(shè)置的多個(gè)光接收單元1和與光接收單元鄰近設(shè)置以讀取通過(guò)光接收單元1所接收的信號(hào)電荷的讀柵 極2。該CCD固態(tài)成像裝置具有與讀柵極2相鄰近設(shè)置以在垂直方向上傳輸通過(guò)讀柵極2 所讀取的信號(hào)電荷的垂直傳送寄存器3，以及水平傳送寄存器4，其在水平方向上傳輸通過(guò) 垂直傳送寄存器3所傳輸?shù)男盘?hào)電荷。將溝道停止區(qū)域5設(shè)置為與光接收單元1的讀柵極2相對(duì)，并且抑制色混合。水平傳送寄存器4具有多個(gè)電荷累積單元，其累積從光接收單元1所獲得的信號(hào)電荷。進(jìn)行配置以通過(guò)將傳輸時(shí)鐘施加給在水平傳送寄存器4上的傳輸電極，改變電荷累 積單元的電勢(shì)并且在電荷累積單元之間水平傳輸信號(hào)電荷。在水平傳送寄存器4中，經(jīng)由P型阱7在N型硅基板6的表面?zhèn)壬闲纬蒒型溝道 區(qū)域8。在N型溝道區(qū)域8的表面部、在圖的左方向上和右方向上以恒定間距形成N—型傳 輸(TR)區(qū)域，并且在傳輸區(qū)域9和9之間的溝道區(qū)域成為存儲(chǔ)(ST)區(qū)域10。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在存儲(chǔ)區(qū)域10之上形成由第一層的多晶硅所制成的 電極Hl和在傳輸區(qū)9之上形成由第二層的多晶硅所制成的電極H2。相鄰電極Hl和H2形 成電極對(duì)，并且通過(guò)將兩相傳輸時(shí)鐘ΗΦ 1和ΗΦ 2交替地施加給在其配置方向上的電極對(duì) Hl和H2來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相驅(qū)動(dòng)水平傳輸。在水平傳送寄存器4的最后一級(jí)形成由第二層的多晶硅所制成的HOG電極14，并 且將HOG電極14電連接至地(接地)電勢(shì)作為參照電勢(shì)。HOG電極14與下面的溝道區(qū)域 一起構(gòu)成輸出柵極單元15。與輸出柵極單元15鄰近地形成B⑶單元17，并且在B⑶單元17的側(cè)部處形成N+ 型復(fù)位漏極(RD)單元19。在復(fù)位漏極單元19之上，經(jīng)由絕緣膜(未示出)形成由多晶硅 所制成的電極20。S卩，通過(guò)B⑶單元17、復(fù)位漏極(RD)單元19和電極20來(lái)實(shí)現(xiàn)B⑶配置的電荷檢 測(cè)裝置。通過(guò)BCD配置的電荷檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)從輸出柵極單元15所輸出的信號(hào)電荷。圖2A為B⑶單元17的示意性平面圖，圖2B為B⑶單元17的示意性截面圖。在 圖2A的情況下，在通過(guò)符號(hào)A所指出的方向上傳輸從輸出柵極單元15所輸出的信號(hào)電荷， 并從在圖2B中的紙的前側(cè)至后側(cè)進(jìn)行傳輸，以使將信號(hào)電荷輸入B⑶單元17。這里所示的B⑶單元17具有累積從輸出柵極單元15所輸出的信號(hào)電荷的N+型電 荷累積區(qū)域21和設(shè)置在電荷累積區(qū)域21之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū)域)中的P型溝道 勢(shì)壘區(qū)域22。B⑶單元17具有在P型溝道勢(shì)壘區(qū)域22之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū)域) 的、嵌入P型阱7中的N型溝道區(qū)域23。將N+型漏極區(qū)域24和N+型源極區(qū)域25設(shè)置為 夾置溝道區(qū)域23。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在漏極區(qū)域24之上形成由多晶硅所制成的電極26，在 源極區(qū)域25之上形成由多晶硅所制成的電極27，在溝道區(qū)域23之上形成由多晶硅所制成 的電極28。將恒定電壓Vd施加給電極26，而將恒定電壓Vg施加給電極28。這里，進(jìn)行配置以將恒定電壓Vd施加給電極26，而將恒定電壓Vg施加給電極28， 從而可以通過(guò)來(lái)自電極27的輸出信號(hào)(電壓值)而檢測(cè)出在電荷累積區(qū)域21中所累積的 信號(hào)電荷量。S卩，當(dāng)電荷累積區(qū)域21中累積信號(hào)電荷時(shí)，溝道區(qū)域23的電阻值發(fā)生改變，并且 具有漏極區(qū)域24、源極區(qū)域25以及用作柵極的電極28的晶體管的閾值發(fā)生改變。因此，進(jìn) 行配置以將恒定電壓施加給電極26和電極28，以使可以通過(guò)電極27的電壓值的改變來(lái)檢 測(cè)晶體管的閾值電壓的改變。以這種方法，可以通過(guò)來(lái)自電極27的輸出電荷(電壓值)來(lái) 檢測(cè)在電荷累積區(qū)域21中所累積的信號(hào)電荷量。固態(tài)成像裝置的操作
下文中，將描述如上所述構(gòu)成的固態(tài)成像裝置(區(qū)域傳感器)的操作。即，將描述 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法的實(shí)例。上述BCD配置的電荷檢測(cè)裝置的 操作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電荷檢測(cè)方法的實(shí)例。 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置(區(qū)域傳感器)的驅(qū)動(dòng)方法中，首先，從定 時(shí)信號(hào)生成電路(未示出)至垂直傳送寄存器3施加垂直傳輸時(shí)鐘。通過(guò)施加垂直傳輸時(shí)鐘，將從光接收單元1所讀取的信號(hào)電荷在垂直方向上傳輸 至垂直傳送寄存器3。將通過(guò)垂直傳送寄存器3垂直傳輸?shù)男盘?hào)電荷傳輸至水平傳送寄存 器4。接下來(lái)，通過(guò)將傳輸時(shí)鐘施加給在水平傳送寄存器4上的傳輸電極H1、H2以及LH 而在輸出方向上傳輸向水平傳送寄存器4所傳輸?shù)男盘?hào)電荷。具體地，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)ΗΦ 1所表示的傳輸時(shí)鐘施加給通過(guò)在圖IB中的 符號(hào)Hl所表示的傳輸電極，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)ΗΦ 2所表示的傳輸時(shí)鐘施加給通過(guò)在 圖IB中的符號(hào)H2所表示的傳輸電極，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)Ι Φ所表示的傳輸時(shí)鐘施加 給通過(guò)在圖IB中的符號(hào)LH所表示的傳輸電極。通過(guò)施加傳輸時(shí)鐘并且增大/減小水平傳 送寄存器4的電荷累積單元的電勢(shì)來(lái)在輸出方向上(在圖IA的情況下從右至左的方向上) 傳輸信號(hào)電荷。在第一實(shí)施例中，“H Φ 1的幅值/H Φ 2的幅值”約為3 5V，H Φ 1禾Π H Φ 2相位彼 此相反，并且ΗΦ1和Ι Φ為相同的傳輸時(shí)鐘。連續(xù)地，將通過(guò)水平傳送寄存器4所傳輸?shù)男盘?hào)電荷傳輸至電荷累積區(qū)域21，并 且檢測(cè)傳輸至電荷累積區(qū)域21的信號(hào)電荷量作為電極27的電壓值。在通過(guò)電極27檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，通過(guò)將復(fù)位脈沖Φ RG施加給電極20使在電 荷累積區(qū)域21中所累積的信號(hào)電荷清除到復(fù)位漏極單元19?？梢酝ㄟ^(guò)執(zhí)行一系列操作來(lái)獲得通過(guò)在圖3中的符號(hào)X所表示的CXD固態(tài)成像裝 置(區(qū)域傳感器)的輸出信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中，電荷累積區(qū)域21被構(gòu)成為N+型并且 溝道區(qū)域23被構(gòu)成為N型，使得這兩個(gè)區(qū)域的載流子全部為電子。因此，可以減少電荷檢 測(cè)裝置的柵極區(qū)域而無(wú)需以環(huán)形狀構(gòu)成用作柵極的電極28。通過(guò)減小電荷檢測(cè)裝置的柵極 區(qū)域來(lái)增大從信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為電壓的效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置被這樣樣構(gòu)成，在檢測(cè)電荷累積區(qū)域21中 所累積的信號(hào)電荷量后，將信號(hào)電荷清除到與漏極區(qū)域24不同的復(fù)位漏極單元19。因此， 還可以降低能耗。即，在相關(guān)技術(shù)的B⑶配置中，由于信號(hào)電荷清除區(qū)域與電荷檢測(cè)裝置中檢測(cè)信 號(hào)電荷量的晶體管的漏極區(qū)域一樣，所以在檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作中電流在源 極和漏極之間流動(dòng)。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的電荷檢測(cè)裝置中， 由于將漏極區(qū)域24和復(fù)位漏極單元19分開設(shè)置，所以在檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作 中在源極和漏極之間沒(méi)有電流流動(dòng)。因此，如上所述，可以降低能耗。由于可以分開地設(shè)置漏極區(qū)域24和復(fù)位漏極單元19，由此可以獨(dú)立地制作漏極 區(qū)域24和復(fù)位漏極單元19，所以在制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。即，當(dāng)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)，可以同時(shí)形成漏極區(qū)域24和復(fù)位漏極單元19，或者可以分別形成漏極區(qū)域24和復(fù)位漏極單元19。因此，可以根據(jù)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)的情況，選擇形成方法，如上所述制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。由于采用將溝道區(qū)域23嵌入在P型阱7中的配置，所以能夠促使隨機(jī)電報(bào)信號(hào)噪 聲(RTS噪聲)減少，RTS噪聲被認(rèn)為是硅基板界面中的電壓降的因素。修改實(shí)例1在第一實(shí)施例中，描述了將N+型電荷累積區(qū)域21、P型溝道勢(shì)壘區(qū)域22、N型溝道 區(qū)域23、N+型漏極區(qū)域24以及N+型源極區(qū)域25設(shè)置在P型阱7中的實(shí)例。即，描述了電 荷累積區(qū)域21和溝道區(qū)域23的載流子全部為電子的實(shí)例。然而，期望電荷累積區(qū)域21和 溝道區(qū)域23的載流子相同，載流子不必一定為電子，載流子也可以為空穴。修改實(shí)例2在第一實(shí)施例中，描述了嵌入在P型阱7中構(gòu)成溝道區(qū)域23的實(shí)例。然而，如果 溝道區(qū)域23的載流子與電荷累積區(qū)域21的載流子一樣就足夠了，因此，溝道區(qū)域23不必 一定嵌入在P型阱7中。關(guān)于這一點(diǎn)，由于如上所述可以通過(guò)將溝道區(qū)域23嵌入在P型阱 7中來(lái)降低RTS噪聲，所以考慮到降低RTS噪聲，期望將溝道區(qū)域23嵌入P型阱7中。2.第二實(shí)施例固態(tài)成像裝置的配置圖4A為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的另一實(shí)例的CXD固態(tài)成像裝 置(線性傳感器)的示意性平面圖。圖4B為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第 二實(shí)例的CCD固態(tài)成像裝置(線性傳感器)的傳送寄存器的最后輸出級(jí)的示意性截面圖。 下文中，BCD配置的電荷檢測(cè)裝置還用作根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電荷檢測(cè)裝置的實(shí)例。這里所示的CXD固態(tài)成像裝置(線性傳感器)31的第一 CXD線性傳感器32具有 第一傳感器陣列34。在傳感器陣列34中，線性地設(shè)置具有光敏二極管的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元 (光接收單元)33。將從每個(gè)光接收單元讀取光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷的第一讀電極35和將通 過(guò)第一讀電極35所讀取的信號(hào)電荷傳輸至輸出單元的第一傳送寄存器36設(shè)置在第一傳感 器陣列34的一側(cè)。將第一溢出控制勢(shì)壘(overflow control barrier) 37和第一溢出漏極 38設(shè)置在第一傳感器陣列34的另一側(cè)。如圖4B所示，第一傳送寄存器36具有累積從光接收單元33所獲得的信號(hào)電荷的 多個(gè)電荷累積單元。進(jìn)行配置以通過(guò)將傳輸時(shí)鐘施加給在第一傳送寄存器36上的傳輸電 極來(lái)改變電荷累積單元的電勢(shì)并且傳輸在電荷累積單元之間的信號(hào)電荷。在第一傳送寄存器36中，在N型硅基板6的表面?zhèn)壬辖?jīng)由P型阱7形成N型溝道 區(qū)域8。在N型溝道區(qū)域8的表面部上在圖的左方向上和右方向上以恒定間距形成N—型傳 輸(TR)區(qū)域9并且在傳輸區(qū)域9和9之間的溝道區(qū)域變成存儲(chǔ)(ST)區(qū)域10。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在存儲(chǔ)區(qū)域10之上形成由第一層的多晶硅所制成的 電極Hl并且在傳輸區(qū)域9之上形成由第二層的多晶硅所制成的電極H2。相鄰電極Hl和 H2形成電極對(duì)，并且通過(guò)將兩相傳輸時(shí)鐘ΗΦ 1和ΗΦ 2交替地施加給在其配置方向上的電 極對(duì)Hl和H2來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相驅(qū)動(dòng)水平傳輸。在第一傳送寄存器36的最后級(jí)處形成由第二層的多晶硅所制成的HOG電極14A， 并且將HOG電極14A電連接至地(接地)電勢(shì)作為參照電勢(shì)。HOG電極14A與下面的溝道 區(qū)域一起構(gòu)成輸出柵極單元15A。
與輸出柵極單元15A鄰近地形成B⑶單元17A，并且在B⑶單元17A的側(cè)面形成N+ 型復(fù)位漏極(RD)單元19A。在復(fù)位漏極單元19A之上，經(jīng)由絕緣膜(未示出)形成由多晶 硅所制成的電極20A。即，通過(guò)B⑶單元17A、復(fù)位漏極(RD)單元19A和電極20A來(lái)實(shí)現(xiàn)B⑶配置的電荷 檢測(cè)裝置。通過(guò)BCD配置的電荷檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)從輸出柵極單元15A所輸出的信號(hào)電荷。這里，B⑶單元17A具有累積從輸出柵極單元15A所輸出的信號(hào)電荷的N+型電荷 累積區(qū)域21A和設(shè)置在電荷累積區(qū)域21A之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū)域)中的P型溝道 勢(shì)壘區(qū)域22A。B⑶單元17A具有在P型溝道勢(shì)壘區(qū)域22k之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū) 域)、嵌入P型阱7中的N型溝道區(qū)域23A。將N+型漏極區(qū)域24A和N+型源極區(qū)域25A設(shè) 置為夾置溝道區(qū)域23A(參見(jiàn)圖2A和圖2B)。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在漏極區(qū)域24A之上形成由多晶硅所制成的電極26A， 在源極區(qū)域25A之上形成由多晶硅所制成的電極27A。經(jīng)由絕緣膜(未示出)在溝道區(qū)域 23A之上形成由多晶硅所制成的電極28A。將恒定電壓Vd施加給電極26A，而將恒定電壓 Vg施加給電極28A。這里，進(jìn)行配置以將恒定電壓Vd施加給電極26A，而將恒定電壓Vg施加給電極 28A，從而可以通過(guò)來(lái)自電極27A的輸出信號(hào)(電壓值)而檢測(cè)出在電荷累積區(qū)域21A中所 累積的信號(hào)電荷量。S卩，當(dāng)在電荷累積區(qū)域21A中累積信號(hào)電荷時(shí)，溝道區(qū)域23A的電阻值發(fā)生改變， 并且具有漏極區(qū)域24A、源極區(qū)域25A以及用作柵極的電極28A的晶體管的閾值電壓發(fā)生改 變。因此，進(jìn)行配置以將恒定電壓施加給電極26A和電極28A，以使可以通過(guò)電極27A的電 壓值的改變來(lái)檢測(cè)晶體管的閾值電壓的改變。以這種方法，可以通過(guò)來(lái)自電極27A的輸出 電荷(電壓值)來(lái)檢測(cè)在電荷累積區(qū)域21A中所累積的信號(hào)電荷量。與第一 CXD線性傳感器32 —樣，CXD固態(tài)成像裝置(線性傳感器)31的第二 CXD 線性傳感器39具有第二傳感器陣列40，其中，線性地設(shè)置具有光敏二極管的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換 單元(光接收單元)。將從每個(gè)光接收單元讀取光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷的第二讀電極41和將 由第二讀電極41所讀取的信號(hào)電荷傳輸至輸出單元的第二傳送寄存器42設(shè)置在第二傳感 器陣列40的一側(cè)。將第二溢出控制勢(shì)壘43和第二溢出漏極38設(shè)置在第二傳感器陣列40 的另一側(cè)。如圖4B所示，第二傳送寄存器42具有累積從光接收單元33所獲得的信號(hào)電荷的 多個(gè)電荷累積單元。進(jìn)行配置以通過(guò)將傳輸時(shí)鐘施加給在第二傳送寄存器42上的傳輸電 極來(lái)改變電荷累積單元的電勢(shì)并且傳輸在電荷累積單元之間的信號(hào)電荷。在第二傳送寄存器42中，在N型硅基板6的表面?zhèn)壬辖?jīng)由P型阱7形成N型溝道 區(qū)域8。在N型溝道區(qū)域8的表面部上在圖的左方向上和右方向上以恒定間距形成N—型傳 輸(TR)區(qū)域9并且在傳輸區(qū)域9和9之間的溝道區(qū)域變成存儲(chǔ)(ST)區(qū)域10。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在存儲(chǔ)區(qū)域10之上形成由第一層的多晶硅所制成的 電極Hl并且在傳輸區(qū)域9之上形成由第二層的多晶硅所制成的電極H2。相鄰電極Hl和 H2形成電極對(duì)，并且通過(guò)將兩相傳輸時(shí)鐘ΗΦ1和ΗΦ 2交替地施加給在其配置方向上的電 極對(duì)Hl和H2來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相驅(qū)動(dòng)水平傳輸。在第二傳送寄存器42的最后級(jí)形成由第二層的多晶硅所制成的HOG電極14B，并且將HOG電極14B電連接至地(接地)電勢(shì)作為參照電勢(shì)。HOG電極14B與下面的溝道區(qū)域一起構(gòu)成輸出柵極單元15B。與輸出柵極單元15B鄰近地形成B⑶單元17B，并且在B⑶單元17B的側(cè)面形成N+ 型復(fù)位漏極(RD)單元19B。在復(fù)位漏極單元19B之上，經(jīng)由絕緣膜(未示出)形成由多晶 硅所制成的電極20B。S卩，通過(guò)B⑶單元17B、復(fù)位漏極(RD)單元19B和電極20B來(lái)實(shí)現(xiàn)B⑶配置的電荷 檢測(cè)裝置。通過(guò)BCD配置的電荷檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)從輸出柵極單元15B所輸出的信號(hào)電荷。這里，B⑶單元17B具有累積從輸出柵極單元15B所輸出的信號(hào)電荷的N+型電荷 累積區(qū)域21B和設(shè)置在電荷累積區(qū)域21B之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū)域)中的P型溝道 勢(shì)壘區(qū)域22B。B⑶單元17B具有在P型溝道勢(shì)壘區(qū)域22B之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū) 域)、嵌入P型阱7中的N型溝道區(qū)域23B。將N+型漏極區(qū)域24B和N+型源極區(qū)域25B設(shè) 置為夾置溝道區(qū)域23B(參見(jiàn)圖2A和圖2B)。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在漏極區(qū)域24B之上形成由多晶硅所制成的電極26B， 并且在源極區(qū)域25B之上形成由多晶硅所制成的電極27B。經(jīng)由絕緣膜(未示出)在溝道 區(qū)域23B之上形成由多晶硅所制成的電極28B。將恒定電壓Vd施加給電極26B，而將恒定 電壓Vg施加給電極28B。這里，進(jìn)行配置以將恒定電壓Vd施加給電極26B，而將恒定電壓Vg施加給電極 28B，從而可以通過(guò)來(lái)自電極27B的輸出信號(hào)(電壓值)而檢測(cè)出電荷累積區(qū)域21B中所累 積的信號(hào)電荷量。S卩，當(dāng)在電荷累積區(qū)域21B中累積信號(hào)電荷時(shí)，溝道區(qū)域23B的電阻值改變，具有 漏極區(qū)域24B、源極區(qū)域25B以及用作柵極的電極28B的晶體管的閾值電壓改變。因此，進(jìn) 行配置以將恒定電壓施加給電極26B和電極28B，以使可以通過(guò)電極27B的電壓值的改變 來(lái)檢測(cè)晶體管的閾值電壓的改變。以這種方法，可以通過(guò)來(lái)自電極27B的輸出電荷(電壓 值)來(lái)檢測(cè)在電荷累積區(qū)域21B中所累積的信號(hào)電荷量。固態(tài)成像裝置的操作下文中，將描述如上所述構(gòu)成的固態(tài)成像裝置(線性傳感器)的操作。即，將描述 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法的另一實(shí)例。上述BCD配置的電荷檢測(cè)裝 置的操作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電荷檢測(cè)方法的實(shí)例。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置(線性傳感器)的第一 C⑶線性傳感器32 中，首先，響應(yīng)入射光，經(jīng)由第一讀電極35將在第一傳感器陣列34的每個(gè)光接收單元中所 累積的信號(hào)電荷讀出并且輸出至第一傳送寄存器36。接下來(lái)，通過(guò)將傳輸時(shí)鐘施加給在第一傳送寄存器36上的傳輸電極HI、H2以及 LH，在輸出方向上傳輸向第一傳送寄存器36所傳輸?shù)男盘?hào)電荷。具體地，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)ΗΦ 1所表示的傳輸時(shí)鐘施加給通過(guò)在圖4B中的 符號(hào)Hl所表示的傳輸電極，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)ΗΦ 2所表示的傳輸時(shí)鐘施加給通過(guò)在 圖4B中的符號(hào)H2所表示的傳輸電極，并且將通過(guò)在圖3中的符號(hào)Ι Φ所表示的傳輸時(shí)鐘 施加給通過(guò)在圖4B中的符號(hào)LH所表示的傳輸電極。通過(guò)施加傳輸時(shí)鐘并且增大/減小第 一傳送寄存器36的電荷累積單元的電勢(shì)來(lái)在輸出方向上(在圖4A的情況下從右至左的方 向上)傳輸信號(hào)電荷。
連續(xù)地，將通過(guò)第一傳送寄存器36所傳輸?shù)男盘?hào)電荷傳輸至電荷累積區(qū)域21A， 并且檢測(cè)傳輸至電荷累積區(qū)域21A的信號(hào)電荷量作為電極27A的電壓值。在通過(guò)電極27A檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，通過(guò)將復(fù)位脈沖Φ RG施加給電極20A使在 電荷累積區(qū)域21Α中所累積的信號(hào)電荷清除到復(fù)位漏極單元19Α?？梢酝ㄟ^(guò)執(zhí)行一系列操作從第一 CXD線性傳感器32獲得輸出信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置(線性傳感器)的第二 CCD線性傳感器39 中，首先，響應(yīng)入射光，經(jīng)由第二讀電極41讀取在第二傳感器陣列40的每個(gè)光接收單元中 所累積的信號(hào)電荷并且輸出至第二傳送寄存器42。接下來(lái)，通過(guò)將傳輸時(shí)鐘施加給在第二傳送寄存器42上的傳輸電極HI、H2以及 LH，在輸出方向上傳輸向第二傳送寄存器42所傳輸?shù)男盘?hào)電荷。具體地，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)ΗΦ 1所表示的傳輸時(shí)鐘施加給通過(guò)在圖4B中的 符號(hào)Hl所表示的傳輸電極，將通過(guò)在圖3中的符號(hào)ΗΦ 2所表示的傳輸時(shí)鐘施加給通過(guò)在 圖4B中的符號(hào)H2所表示的傳輸電極，并且將通過(guò)在圖3中的符號(hào)Ι Φ所表示的傳輸時(shí)鐘 施加給通過(guò)在圖4B中的符號(hào)LH所表示的傳輸電極。通過(guò)施加傳輸時(shí)鐘并且增大/減小第 二傳送寄存器42的電荷累積單元的電勢(shì)來(lái)在輸出方向上(在圖4A的情況下從右至左的方 向上)傳輸信號(hào)電荷。連續(xù)地，將通過(guò)第二傳送寄存器42所傳輸?shù)男盘?hào)電荷傳輸至電荷累積區(qū)域21B， 并且檢測(cè)傳輸至電荷累積區(qū)域21B的信號(hào)電荷量作為電極27B的電壓值。在通過(guò)電極27B檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，通過(guò)將復(fù)位脈沖Φ RG施加給電極20B使在 電荷累積區(qū)域21Β中所累積的信號(hào)電荷清除到復(fù)位漏極單元19Β?？梢酝ㄟ^(guò)執(zhí)行一系列操作從第二 CXD線性傳感器39獲得輸出信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第一 CCD線性傳感器32中，電荷累積區(qū) 域21A構(gòu)成為N+型，而溝道區(qū)域23A構(gòu)成為N型，以使這兩個(gè)區(qū)域的載流子全部為電子。因 此，可以減少電荷檢測(cè)裝置的柵極區(qū)域而沒(méi)有以環(huán)形狀構(gòu)成用作柵極的電極28A。通過(guò)減小 電荷檢測(cè)裝置的柵極區(qū)域來(lái)增大從信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為電壓的效率。同樣地，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第二 CXD線性傳感器39中，電 荷累積區(qū)域21B被構(gòu)成為N+型，而溝道區(qū)域23B被構(gòu)成為N型，以使這兩個(gè)區(qū)域的載流子 全部為電子。因此，可以減少電荷檢測(cè)裝置的柵極區(qū)域而沒(méi)有以環(huán)形狀構(gòu)成用作柵極的電 極28B。通過(guò)減小電荷檢測(cè)裝置的柵極區(qū)域來(lái)增大從信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為電壓的效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第一 CXD線性傳感器32被這樣樣構(gòu)成，在 檢測(cè)在電荷累積區(qū)域21A中所累積的信號(hào)電荷量以后，使信號(hào)電荷清除到與漏極區(qū)域24A 不同的復(fù)位漏極單元19A。因此，還可以降低能耗。S卩，在相關(guān)技術(shù)的BCD配置的電荷檢測(cè)裝置中，由于信號(hào)電荷清除區(qū)域與檢測(cè)信號(hào)電荷量的晶體管的漏極區(qū)域一樣，所以在檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作中電流在源 極和漏極之間流動(dòng)。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的第一 CCD線性 傳感器32的電荷檢測(cè)裝置中，將漏極區(qū)域24A和復(fù)位漏極單元19A分開設(shè)置。因此，在檢 測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作中源極和漏極之間沒(méi)有電流流動(dòng)。因此，如上所述，可以降 低能耗。同樣地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第二 CXD線性傳感器39被這樣樣構(gòu)成，在檢測(cè)在電荷累積區(qū)域21B中所累積的信號(hào)電荷量以后，將信號(hào)電荷清除到與漏極 區(qū)域24B不同的復(fù)位漏極單元19B。因此，還可以降低能耗。即，在相關(guān)技術(shù)的BCD配置的電荷檢測(cè)裝置中，由于信號(hào)電荷清除區(qū)域與檢測(cè)信 號(hào)電荷量的晶體管的漏極區(qū)域一樣，所以在檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作中電流在源 極和漏極之間流動(dòng)。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的第二 CCD線性 傳感器39的電荷檢測(cè)裝置中，將漏極區(qū)域24B和復(fù)位漏極單元19B分開設(shè)置。因此，在檢 測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作中源極和漏極之間沒(méi)有電流流動(dòng)。因此，如上所述，可以降 低能耗。由于在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第一 C⑶線性傳感器32中，可以分 開地設(shè)置漏極區(qū)域24A和復(fù)位漏極單元19A，由此可以獨(dú)立地制作這兩者，所以在制造電荷 檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。S卩，當(dāng)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)，可以同時(shí)形成漏極區(qū)域24 A和復(fù)位漏極單元19A，或 者可以分別形成漏極區(qū)域24A和復(fù)位漏極單元19A。因此，可以根據(jù)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)的 情況，選擇形成方法，并且如上所述制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。同樣地，由于在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第二 CXD線性傳感器39 中，可以分開地設(shè)置漏極區(qū)域24B和復(fù)位漏極單元19B，由此可以獨(dú)立地制作這兩者，所以 在制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。即，當(dāng)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)，可以同時(shí)形成極區(qū)域24B和復(fù)位漏極單元19B，或者 可以分別形成漏極區(qū)域24B和復(fù)位漏極單元19B。因此，可以根據(jù)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)的情 況，選擇形成方法，并且當(dāng)如上所述制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第一 CXD線性傳感器32采用將溝道區(qū)域 23A嵌入在P型阱7中的配置。因此，能夠促使隨機(jī)電報(bào)信號(hào)噪聲(RTS噪聲)減少，RTS噪 聲被認(rèn)為是硅基板界面中的電壓降的因素。同樣地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的第二 CXD線性傳感器39采用將溝 道區(qū)域23B嵌入在P型阱7中的配置。因此，能夠促使隨機(jī)電報(bào)信號(hào)噪聲(RTS噪聲)減少， RTS噪聲被認(rèn)為是硅基板界面中的電壓降的因素。修改實(shí)例1在第二實(shí)施例中，描述了將N+型電荷累積區(qū)域21A、P型溝道勢(shì)壘區(qū)域22A、N型溝 道區(qū)域23A、N+型漏極區(qū)域24A以及N+型源極區(qū)域25A設(shè)置在P型阱7中的實(shí)例。S卩，描述 了電荷累積區(qū)域21A和溝道區(qū)域23A的載流子全部為電子的實(shí)例。然而，期望電荷累積區(qū) 域21A和溝道區(qū)域23A的載流子相同，載流子不必一定為電子，載流子也可以為空穴。同樣地，在第二實(shí)施例中，描述了將N+型電荷累積區(qū)域21B、P型溝道勢(shì)壘區(qū)域 22B、N型溝道區(qū)域23B、N+型漏極區(qū)域24B以及N+型源極區(qū)域25B設(shè)置在P型阱7中的實(shí) 例。即，描述了電荷累積區(qū)域21B和溝道區(qū)域23B的載流子全部為電子的實(shí)例。然而，期望 電荷累積區(qū)域21B和溝道區(qū)域23B的載流子相同，載流子不必一定為電子，載流子也可以為 空穴。修改實(shí)例2在第二實(shí)施例中，描述了嵌入在P型阱7中構(gòu)成溝道區(qū)域23A或者23B的實(shí)例。然 而，如果溝道區(qū)域23A或者23B的載流子與電荷累積區(qū)域21A或者21B的載流子一樣就足夠了，因此，溝道區(qū)域23A或者23B不必一定嵌入在P型阱7中。關(guān)于這一點(diǎn)，由于如上所述可以通過(guò)將溝道區(qū)域23A或者23B嵌入在P型阱7中來(lái)降低RTS噪聲，所以考慮到降低 RTS噪聲，期望將溝道區(qū)域23A或者23B嵌入P型阱7中。3.第三實(shí)施例固態(tài)成像裝置的配置圖5為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的又一實(shí)例的背光型CMOS固態(tài)成像裝置的示意 性配置圖。這里所示的固態(tài)成像裝置51具有像素單元52和外圍電路單元。將這些單元安 裝在同一硅基板上。在第三實(shí)施例中，外圍電路單元包括垂直選擇電路53、與采樣保持相 關(guān)的雙采樣(S/H CDS)電路54、水平選擇電路55以及定時(shí)生成器(TG)56。外圍電路單元 進(jìn)一步包括AGC電路57、A/D轉(zhuǎn)換電路58以及數(shù)字放大器59。在像素單元52中，以矩陣形狀設(shè)置稍后要描述的多個(gè)單位像素，將地址線等設(shè)置 在行單元中，將信號(hào)線等設(shè)置在列單元中。垂直選擇電路53選擇在行單元中的像素并且讀取每個(gè)像素信號(hào)并通過(guò)垂直信號(hào) 線輸出至S/H⑶S電路54。S/H⑶S電路54對(duì)于從每個(gè)像素列所讀取的像素信號(hào)執(zhí)行諸 如CDS (相關(guān)的雙采樣)等的信號(hào)處理。水平選擇電路55順序提取保持在S/H⑶S電路54中的像素信號(hào)，并且將所提取 的像素信號(hào)輸出至AGC(自動(dòng)增益控制)電路57。AGC電路57通過(guò)適當(dāng)增益放大從水平選 擇電路55所輸入的信號(hào)，然后將放大的信號(hào)輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路58。A/D轉(zhuǎn)換電路58將從AGC電路57所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù) 字信號(hào)輸出至數(shù)字放大器59。數(shù)字放大器59適當(dāng)?shù)胤糯髲腁/D轉(zhuǎn)換電路58所輸入的數(shù)字 信號(hào)，并且從焊徑(pad)(端口 )輸出放大的信號(hào)?；趶亩〞r(shí)生成器56所輸出的各種定時(shí)信號(hào)執(zhí)行垂直選擇電路53、S/H CDS電路 54、水平選擇電路55、AGC電路57、A/D轉(zhuǎn)換電路58以及數(shù)字放大器59的操作。圖6為像素單元52的單位像素的電路配置的實(shí)例的示意圖。例如，單位像素具有 光敏二極管61作為光電轉(zhuǎn)換元件，并且對(duì)于一個(gè)光敏二極管61，有傳輸晶體管62、放大晶 體管63、地址晶體管64以及復(fù)位晶體管65的四個(gè)晶體管作為活動(dòng)元件(activeelement)。光敏二極管61將入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換成為與其光量相對(duì)應(yīng)的電荷量(這里是電 子)。將傳輸晶體管62連接在光敏二極管61和BCD單元85之間。通過(guò)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)驅(qū) 動(dòng)配線66施加給傳輸晶體管62的柵極(傳輸柵極)將通過(guò)光敏二極管61進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換 的電子傳輸至B⑶單元85。將放大晶體管63的柵極連接至B⑶單元85。經(jīng)由地址晶體管64連接至垂直信 號(hào)線67的放大晶體管63構(gòu)成在像素單元外部的具有恒定電流源I的源極跟隨器。當(dāng)將地 址信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)配線68提供給地址晶體管64的柵極并且導(dǎo)通地址晶體管64時(shí)，放大晶體 管63放大通過(guò)BCD單元85所檢測(cè)的電勢(shì)，并且將與放大的電勢(shì)相對(duì)應(yīng)的電壓輸出至垂直 信號(hào)線67。通過(guò)垂直信號(hào)線67將從每個(gè)像素輸出的電壓輸出至S/H⑶S電路54。將復(fù)位晶體管65連接在電源電壓Vdd和B⑶單元85之間。通過(guò)將復(fù)位信號(hào)通過(guò) 驅(qū)動(dòng)配線69施加給復(fù)位晶體管65的柵極來(lái)對(duì)BCD單元85的信號(hào)電荷進(jìn)行復(fù)位。由于將 傳輸晶體管62、地址晶體管64以及復(fù)位晶體管65的柵極連接在行單元中，所以對(duì)于一行的 多個(gè)像素同時(shí)執(zhí)行這些操作。
圖7為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的又一實(shí)例的背光型CMOS固態(tài) 成像裝置的像素單元的主要元件的截面圖。這里，在所示的像素單元的光接收單元70的區(qū)域中，在硅基板72中形成N型電荷 累積區(qū)域81。為了朝向硅基板72的前側(cè)(圖7的下側(cè))移動(dòng)信號(hào)電荷累積區(qū)域，可以這樣 形成電荷累積區(qū)域81，使朝向硅基板72的前側(cè)增大雜質(zhì)濃度。為了有效地接收入射光，可以這樣形成電荷累積區(qū)域81，使朝向硅基板72的后側(cè)(圖7的上側(cè))增大面積。在硅基板72中，在電荷累積區(qū)域81周圍形成P型阱82。在硅基板72的前側(cè)上的光接收單元70的區(qū)域中形成淺P型空穴累積區(qū)域84。在硅基板72的前側(cè)上形成由氧化硅所制成的元件隔離絕緣膜80。在硅基板72的前側(cè)上形成B⑶單元85。在B⑶單元85和電荷累積區(qū)域81之間形成P型區(qū)域86以被電 隔罔。在B⑶的側(cè)部形成N+型復(fù)位漏極(RD)單元88。經(jīng)由絕緣膜(未示出)在復(fù)位漏極單元88之上形成由多晶硅所制成的電極(未示出)。S卩，通過(guò)B⑶單元85、復(fù)位漏極單元88以及電極來(lái)實(shí)現(xiàn)B⑶配置的電荷檢測(cè)裝置。 通過(guò)BCD配置的電荷檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)由光接收單元70所累積的信號(hào)電荷。將使用圖2A和圖2B描述B⑶單元85。在圖2A和圖2B中，在上部示出了前側(cè)，在 下部示出了后側(cè)。在圖2A和圖2B中的前側(cè)和后側(cè)與在圖7中的相反。如圖2A和圖2B所示，BCD單元85具有累積從光接收單元70所傳輸?shù)男盘?hào)電荷的 N+型電荷累積區(qū)域91和設(shè)置在電荷累積區(qū)域91之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè)區(qū)域)中的P 型溝道勢(shì)壘區(qū)域92。B⑶單元85具有在P型溝道勢(shì)壘區(qū)域92之上的區(qū)域(硅基板的前側(cè) 區(qū)域)、P型阱7中嵌入的N型溝道區(qū)域93。將N+型漏極區(qū)域94和N+型源極區(qū)域95設(shè)置 為夾置溝道區(qū)域93。分別經(jīng)由絕緣膜(未示出)在漏極區(qū)域94之上形成由多晶硅所制成的電極96，在 源極區(qū)域95之上形成由多晶硅所制成的電極97，在溝道區(qū)域93之上形成由多晶硅所制成 的電極98。將恒定電壓Vd施加給電極96，而將恒定電壓Vg施加給電極98。這里，進(jìn)行配置以將恒定電壓Vd施加給電極96，而將恒定電壓Vg施加給電極98，從而可以通過(guò)來(lái)自電極97的輸出信號(hào)(電壓值)而檢測(cè)在電荷累積區(qū)域91中所累積的信 號(hào)電荷量。即，當(dāng)在電荷累積區(qū)域91中累積信號(hào)電荷時(shí)，溝道區(qū)域93的電阻值改變并且具有漏極區(qū)域94、源極區(qū)域95以及用作柵極的電極98的晶體管的閾值電壓改變。因此，進(jìn)行配 置以將恒定電壓施加給電極96和電極98，以使可以通過(guò)電極97的電壓值的改變來(lái)檢測(cè)晶 體管的閾值電壓的改變。以這種方法，可以通過(guò)來(lái)自電極97的輸出電荷(電壓值)來(lái)檢測(cè) 在電荷累積區(qū)域91中所累積的信號(hào)電荷量。固態(tài)成像裝置的操作下文中，將描述如上所述構(gòu)成的固態(tài)成像裝置的操作。即，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法的又一實(shí)例。上述BCD的電荷檢測(cè)裝置的操作為根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例的電荷檢測(cè)方法的實(shí)例。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法的又一實(shí)例中，首先，在電荷累積期間，光接收單元70對(duì)來(lái)自硅基板72的背側(cè)的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且生成與入射光量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所生成的信號(hào)電荷逐漸進(jìn)入電荷累積區(qū)域81并且 在電荷累積區(qū)域81中的空穴累積區(qū)域84的附近累積信號(hào)電荷。 在電荷累積期間，將負(fù)電壓施加給傳輸晶體管62的柵電極并且傳輸晶體管62為 截止?fàn)顟B(tài)。接下來(lái)，在讀取時(shí)，將正電壓施加給傳輸晶體管62的柵電極并且傳輸晶體管62為 導(dǎo)通狀態(tài)。因此，將在光接收單元70中所累積的信號(hào)電荷傳輸至B⑶單元85。 例如，正電荷為電源電壓(3. 3V或者2. 7V)。這里，根據(jù)傳輸至B⑶單元85的電荷累積區(qū)域91的信號(hào)電荷量來(lái)改變電極97的 電勢(shì)。通過(guò)放大晶體管63來(lái)放大電極97的電勢(shì)并且將與電勢(shì)相對(duì)應(yīng)的電壓輸出至垂直信 號(hào)線67。連續(xù)地，通過(guò)在復(fù)位時(shí)施加復(fù)位脈沖ΦΙ 使傳輸至電荷累積區(qū)域91的信號(hào)電荷 被清除到復(fù)位漏極單元88。這時(shí)，通過(guò)將負(fù)電壓施加給傳輸晶體管62的柵電極傳輸晶體管62為截止?fàn)顟B(tài)。在上述電荷累積期間，重復(fù)執(zhí)行讀操作和復(fù)位操作。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中，以N+型構(gòu)成電荷累積區(qū)域91并且以N 型構(gòu)成溝道區(qū)域93，以使這兩個(gè)區(qū)域的載流子全部為電子。因此，可以減少電荷檢測(cè)裝置的 柵極區(qū)域而沒(méi)有以環(huán)形狀構(gòu)成用作柵極的電極98。通過(guò)減小電荷檢測(cè)裝置的柵極區(qū)域來(lái)增 大從信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為電壓的效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置被這樣樣構(gòu)成，在檢測(cè)電荷累積區(qū)域91中 所累積的信號(hào)電荷量以后，使信號(hào)電荷清除到與漏極區(qū)域94不同的復(fù)位漏極單元88。因 此，還可以降低能耗。S卩，在相關(guān)技術(shù)的BCD配置的電荷檢測(cè)裝置中，由于信號(hào)電荷清除區(qū)域與檢測(cè)信 號(hào)電荷量的晶體管的漏極區(qū)域一樣，所以在檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作中電流在源 極和漏極之間流動(dòng)。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的電荷檢測(cè)裝置中， 由于將漏極區(qū)域94和復(fù)位漏極單元88分開設(shè)置，所以在檢測(cè)信號(hào)電荷量以后，在清除操作 中源極和漏極之間沒(méi)有電流流動(dòng)。因此，如上所述，還可以降低能耗。由于可以分開設(shè)置漏極區(qū)域94和復(fù)位漏極單元88并且可以獨(dú)立地制作這兩者， 所以在制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。S卩，當(dāng)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)，可以同時(shí)形成漏極區(qū)域94和復(fù)位漏極單元88，或者 可以分別形成漏極區(qū)域94和復(fù)位漏極單元88。因此，可以根據(jù)制造電荷檢測(cè)裝置時(shí)的情 況，選擇形成方法，并且如上所述制作電荷檢測(cè)裝置時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。由于采用將溝道區(qū)域93 嵌入在P型阱7中的配置，所以能夠促使隨機(jī)電報(bào)信號(hào)噪聲(RTS噪聲)減少，RTS噪聲被 認(rèn)為是硅基板界面中的電壓降的因素。修改實(shí)例1在第三實(shí)施例中，描述了將N+型電荷累積區(qū)域91、P型溝道勢(shì)壘區(qū)域92、N型溝道 區(qū)域93、N+型漏極區(qū)域94以及N+型源極區(qū)域95設(shè)置在P型阱7中的實(shí)例。即，描述了電 荷累積區(qū)域91和溝道區(qū)域93的載流子全部為電子的實(shí)例。然而，期望電荷累積區(qū)域91和 溝道區(qū)域93的載流子相同，載流子不必一定為電子，載流子也可以為空穴。修改實(shí)例2
在第三實(shí)施例中，描述了嵌入在P型阱7中構(gòu)成溝道區(qū)域93的實(shí)例。然而，如果 溝道區(qū)域93的載流子與電荷累積區(qū)域91的載流子一樣就足夠了，并且溝道區(qū)域93不必一 定嵌入在P型阱7中。關(guān)于這一點(diǎn)，由于如上所述可以通過(guò)將溝道區(qū)域93嵌入在P型阱7 中來(lái)降低RTS噪聲，所以考慮到降低RTS噪聲，期望將溝道區(qū)域93嵌入在P型阱7中。第四實(shí)施例成像裝置的配置圖8為作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的攝像裝置的實(shí)例的相機(jī)77的示意圖。這里，在 所示的相機(jī)77中，將上述第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置用作成像裝置。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相機(jī)77中，來(lái)自對(duì)象的光(未示出)通過(guò)透鏡71等的 光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械快門72入射在固態(tài)成像裝置73的成像區(qū)域上。使用機(jī)械快門72，通過(guò)屏 蔽至固態(tài)成像裝置73的成像區(qū)域的光來(lái)確定曝光時(shí)間。這里，固態(tài)成像裝置73使用根據(jù)上述第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置并且通過(guò)包括 定時(shí)生成電路、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等的驅(qū)動(dòng)電路74來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在通過(guò)下一級(jí)的信號(hào)處理電路75將固態(tài)成像裝置73的輸出信號(hào)應(yīng)用于各種信號(hào) 處理以后，從外部取得該信號(hào)作為捕捉的圖像信號(hào)。將取得的捕捉圖像信號(hào)存儲(chǔ)在諸如存 儲(chǔ)器等的存儲(chǔ)介質(zhì)中并且將其輸出至監(jiān)控器。系統(tǒng)控制器76控制機(jī)械快門72的開/關(guān)操作、驅(qū)動(dòng)電路74、信號(hào)處理電路75等。由于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相機(jī)采用根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的固態(tài)成像裝置， 所以可以實(shí)現(xiàn)小型化和能耗降低。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以有多種修改、組合、 再組合和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求或等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電荷檢測(cè)裝置，包括基板，具有第一導(dǎo)電型的預(yù)定區(qū)域；第二導(dǎo)電型的漏極區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型的源極區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型的溝道區(qū)域，設(shè)置在所述漏極區(qū)域和所述源極區(qū)域之間；柵極，經(jīng)由所述溝道區(qū)域上的絕緣膜形成；第二導(dǎo)電型的電荷累積區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中，并且通過(guò)累積作為測(cè)量目標(biāo)的信號(hào)電荷來(lái)改變具有所述漏極區(qū)域、所述源極區(qū)域以及所述柵極的晶體管的閾值電壓第一導(dǎo)電型的溝道勢(shì)壘區(qū)域，設(shè)置在所述溝道區(qū)域和所述電荷累積區(qū)域之間；以及電荷清除區(qū)域，清除在所述電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷檢測(cè)裝置， 其中，所述溝道區(qū)域嵌入在所述預(yù)定區(qū)域中。
3. 一種電荷檢測(cè)方法，包括以下步驟在設(shè)置在基板中的第一導(dǎo)電型的預(yù)定區(qū)域中所設(shè)置的第二導(dǎo)電型的電荷累積區(qū)域中， 累積作為測(cè)量目標(biāo)的信號(hào)電荷；檢測(cè)由于在所述電荷累積區(qū)域中累積信號(hào)電荷而在晶體管中出現(xiàn)的閾值電壓的改變， 其中，所述晶體管包括設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的漏極區(qū)域、設(shè)置 在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的源極區(qū)域、以及經(jīng)由設(shè)置在所述漏極區(qū)域和 所述源極區(qū)域之間的第二導(dǎo)電型的溝道區(qū)域上的絕緣膜而形成的柵極，其中，第一導(dǎo)電型 的溝道勢(shì)壘區(qū)域設(shè)置在所述溝道區(qū)域和所述電荷累積區(qū)域之間；以及將在所述電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷清除到與所述漏極區(qū)域不同的電荷清除 區(qū)域。
4. 一種固態(tài)成像裝置，包括 基板，具有第一導(dǎo)電型的預(yù)定區(qū)域；光電轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中，并且響應(yīng)入射光而產(chǎn)生信號(hào)電荷；第二導(dǎo)電型的漏極區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中； 第二導(dǎo)電型的源極區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中； 第二導(dǎo)電型的溝道區(qū)域，設(shè)置在所述漏極區(qū)域和所述源極區(qū)域之間； 柵極，經(jīng)由所述溝道區(qū)域上的絕緣膜形成；第二導(dǎo)電型的電荷累積區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中，并且通過(guò)累積由所 述光電轉(zhuǎn)換元件所產(chǎn)生的所述信號(hào)電荷來(lái)改變具有所述漏極區(qū)域、所述源極區(qū)域以及所述 柵極的晶體管的閾值電壓；第一導(dǎo)電型的溝道勢(shì)壘區(qū)域，設(shè)置在所述溝道區(qū)域和所述電荷累積區(qū)域之間；以及 電荷清除區(qū)域，清除在所述電荷累積區(qū)域中所累積的所述信號(hào)電荷。
5. 一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟通過(guò)設(shè)置在基板中的第一導(dǎo)電型的預(yù)定區(qū)域中所設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換元件響應(yīng)入射光來(lái) 產(chǎn)生信號(hào)電荷；在設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的電荷累積區(qū)域中累積由所述光 電轉(zhuǎn)換元件所產(chǎn)生的信號(hào)電荷；檢測(cè)由于在所述電荷累積區(qū)域中累積信號(hào)電荷而在晶體管中出現(xiàn)的閾值電壓的改變， 其中，所述晶體管包括設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的漏極區(qū)域、設(shè)置 在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的源極區(qū)域、以及經(jīng)由設(shè)置在所述漏極區(qū)域和 所述源極區(qū)域之間的第二導(dǎo)電型的溝道區(qū)域上的絕緣膜而形成的柵極，其中，第一導(dǎo)電型 溝道勢(shì)壘區(qū)域設(shè)置在所述溝道區(qū)域和所述電荷累積區(qū)域之間；以及將在所述電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷清除到與所述漏極區(qū)域不同的電荷清除 區(qū)域。
6. 一種成像裝置，包括 固態(tài)成像裝置；以及光學(xué)系統(tǒng)，將入射光引導(dǎo)至光電轉(zhuǎn)換元件； 其中，所述固態(tài)成像裝置包括 基板，具有第一導(dǎo)電型的預(yù)定區(qū)域；所述光電轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中，并且響應(yīng)入射光而產(chǎn)生信號(hào) 電荷；第二導(dǎo)電型的漏極區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中； 第二導(dǎo)電型的源極區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中； 第二導(dǎo)電型的溝道區(qū)域，設(shè)置在所述漏極區(qū)域和所述源極區(qū)域之間； 柵極，經(jīng)由所述溝道區(qū)域上的絕緣膜形成；第二導(dǎo)電型的電荷累積區(qū)域，設(shè)置在所述基板的所述預(yù)定區(qū)域中，并且通過(guò)累積由所 述光電轉(zhuǎn)換元件所產(chǎn)生的信號(hào)電荷來(lái)改變具有所述漏極區(qū)域、所述源極區(qū)域以及所述柵極 的晶體管的閾值電壓；第一導(dǎo)電型的溝道勢(shì)壘區(qū)域，設(shè)置在所述溝道區(qū)域和所述電荷累積區(qū)域之間；以及 電荷清除區(qū)域，清除在所述電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電荷檢測(cè)裝置和電荷檢測(cè)方法、固態(tài)成像裝置及其驅(qū)動(dòng)方法、以及成像裝置。該電荷檢測(cè)裝置包括基板，具有第一導(dǎo)電型的預(yù)定區(qū)域；第二導(dǎo)電型漏極區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型源極區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中；第二導(dǎo)電型溝道區(qū)域，設(shè)置在漏極區(qū)域和源極區(qū)域之間；柵極，經(jīng)由在溝道區(qū)域上的絕緣膜形成；第二導(dǎo)電型電荷累積區(qū)域，設(shè)置在基板的預(yù)定區(qū)域中并且通過(guò)累積作為測(cè)量目標(biāo)的信號(hào)電荷來(lái)改變具有漏極區(qū)域、源極區(qū)域以及柵極的晶體管的閾值電壓；第一導(dǎo)電型溝道勢(shì)壘區(qū)域，設(shè)置在溝道區(qū)域和電荷累積區(qū)域之間；以及電荷清除區(qū)域，清除在電荷累積區(qū)域中所累積的信號(hào)電荷。
文檔編號(hào)H01L21/339GK101800230SQ20101011106
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者唐澤信浩, 龜田俊輔 申請(qǐng)人:索尼公司