專利名稱：固體攝像裝置、電子設(shè)備和固體攝像裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及固體攝像裝置、裝有該固體攝像裝置的電子設(shè)備和該固體攝像裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
以前，作為固體攝像裝置，已經(jīng)存在每個像素裝有放大元件的有源像素傳感器 (active pixel sensor, APS)。近年來,在這些有源像素傳感器中，通過金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor,MOS)晶體管讀取累積在作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管中的信號電荷的互補(bǔ)型MOS (CMOS)圖像傳感器已經(jīng)被用于多種用途。CMOS圖像傳感器包括基板和形成在基板上的配線層，在所述基板中形成有對入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管。另外，目前，光從基板的配線層側(cè)的基板表面照射光電二極管的前面照射型CMOS圖像傳感器被廣泛使用。另外，近年來，為了提高光電二極管的靈敏度，已經(jīng)提出了光從基板的配線層側(cè)的相反側(cè)的基板表面(背面)照射光電二極管的背面照射型CMOS圖像傳感器。在日本專利申請?zhí)亻_第2003-31785號公報或日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中已經(jīng)披露了這樣的技術(shù)的示例。圖19圖示了在日本專利申請?zhí)亻_第2003-31785號公報中提出的背面照射型CMOS圖像傳感器中的光電二極管附近的示意性橫截面圖。光電二極管601形成在硅層600內(nèi)。另外，光電二極管601包括N-區(qū)域601a、形成在N-區(qū)域601a上的累積信號電荷(電子)的N+區(qū)域601b和形成在N+區(qū)域601b上的P+層601c。另外，在光電二極管601的光入射側(cè)的表面上形成有淺P+層602，并且在光電二極管601的側(cè)部中形成有作為像素分離層的深P 講 603。也即是，日本專利申請?zhí)亻_第2003-31785號公報中的背面照射型CMOS圖像傳感器具有P型雜質(zhì)層包圍著光電二極管601的N型雜質(zhì)區(qū)域的結(jié)構(gòu)。特別地，在光電二極管601的N型雜質(zhì)區(qū)域的基板表面?zhèn)龋纬捎懈唠s質(zhì)濃度的P+層601c，并且日本專利申請?zhí)亻_第2003-31785號公報中的光電二極管601具有空穴累積二極管(hole accumulateddiode, HAD)型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可抑制由于表面生成再結(jié)合而導(dǎo)致的暗電流的產(chǎn)生。另外，在日本專利申請?zhí)亻_第2003-31785號公報中的背面照射型CMOS圖像傳感器中，在光電二極管601中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換并且累積在N+區(qū)域601b中的信號電荷被傳輸晶體管604傳輸至N+型區(qū)域中的浮動擴(kuò)散區(qū)域605。另外，這里，為了比較，圖20圖示了日本專利申請?zhí)亻_第2003-31785號公報中披露的前面照射型CMOS圖像傳感器中的光電二極管附近的示意性橫截面圖。前面照射型CMOS圖像傳感器中的像素部700包括N型硅基板701、形成在N型硅基板701的光入射側(cè)的配線層702和形成在配線層702的光入射側(cè)的鈍化膜703。另外，在N型硅基板701的光入射側(cè)的表面附近，形成有P阱區(qū)域704，并且光電二極管705被形成為埋入在P阱區(qū)域704的表面中。另外，雖然在圖20中未進(jìn)行圖示，N型 硅基板701例如與電源電壓Vdd的施加端子相連。在圖20中所示的前面照射型CMOS圖像傳感器中，在形成光電二極管705的N型層的底部，形成有作為光電二極管705中生成的電子的電位勢壘的P阱區(qū)域704。另外，P阱區(qū)域704的電位勢壘被設(shè)定為低于元件隔離部(未圖示)或傳輸柵極(TG)的電位勢壘。在此情況下，在從光電二極管705到N型硅基板701的方向上，形成了溢出路徑，該溢出路徑防止當(dāng)高強(qiáng)度的光照射時從光電二極管705溢出的電子(下文中稱為過剩電子)進(jìn)入相鄰的像素。也即是，在圖20中所示的前面照射型CMOS圖像傳感器中，受光時產(chǎn)生的光電二極管705的過剩電子越過P阱區(qū)域704的電位勢壘被排出至與電源電壓Vdd等的施加端子相連的N型硅基板701。另一方面，在圖19中所示的背面照射型CMOS圖像傳感器中，由于基板的背面?zhèn)仁芄?，所以通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)處理對基板的背面?zhèn)冗M(jìn)行研磨(薄壁化)直到基板的厚度達(dá)到大約ΙΟμπι。因此，在背面照射型CMOS圖像傳感器中，難以通過與圖20中所示的前面照射型CMOS圖像傳感器相同的方式在光電二極管601的光入射側(cè)區(qū)域中設(shè)置N型基板區(qū)域。也即是，在背面照射型CMOS圖像傳感器中，難以通過與前面照射型CMOS圖像傳感器相同的方式將光電二極管601的過剩電子排出至N型基板。因此，在背面照射型CMOS圖像傳感器中，當(dāng)由于受光時的光電轉(zhuǎn)換生成的電子超過光電二極管601中能夠累積的電子的預(yù)定量時，過剩電子就流入相鄰像素的光電二極管中。在此情況下，例如，產(chǎn)生了暈染(blooming)或混色等問題。以前，為了解決上述問題，已經(jīng)提出了這樣的技術(shù)在背面照射型固體攝像裝置中，在光電二極管的上部形成觸頭(contact)，并且通過該觸頭將光電二極管的過剩電子排出至像素外部。在日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中已經(jīng)披露了這樣的技術(shù)的示例。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在固體攝像裝置中已經(jīng)提出了用來將光電二極管的過剩電子排出至像素外部的各種技術(shù)。然而，在該技術(shù)領(lǐng)域中，期望開發(fā)出用于更可靠地排出光電二極管的過剩電子(剩余電荷)并且進(jìn)一步抑制例如暈染或混色等的發(fā)生的技術(shù)。本發(fā)明的實施例提供了一種固體攝像裝置、裝有該固體攝像裝置的電子設(shè)備和該固體攝像裝置的制造方法。期望這樣的固體攝像裝置能夠進(jìn)一步抑制例如暈染或混色等的發(fā)生。本發(fā)明實施例的固體攝像裝置包括基板、光電轉(zhuǎn)換部、雜質(zhì)區(qū)域部、第二雜質(zhì)層、第三雜質(zhì)層和柵極電極，并且各部分的構(gòu)造和功能如下。所述光電轉(zhuǎn)換部設(shè)置在所述基板內(nèi)，包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷。所述雜質(zhì)區(qū)域部設(shè)置在所述基板內(nèi)，并且所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性為所述第一導(dǎo)電型。所述第二雜質(zhì)層形成在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的一個表面?zhèn)鹊谋砻嫔蠌亩c所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，并且所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型。所述第三雜質(zhì)層形成在所述第二雜質(zhì)層上從而與所述第二雜質(zhì)層接觸，并且與所述雜質(zhì)區(qū)域部相連，并且所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型。另外，所述柵極電極形成在所述第三雜質(zhì)層上方從而覆蓋著所述第三雜質(zhì)層。另外，本發(fā)明實施例的電子設(shè)備包括上述固體攝像裝置和用于對來自所述固體攝像裝置的輸出信號進(jìn)行預(yù)定的處理的信號處理電路。此外，本發(fā)明實施例的固體攝像裝置的制造方法是按照如下步驟進(jìn)行的。首先，在基板內(nèi)形成包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷的光電轉(zhuǎn)換部。接著，在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的一個表面?zhèn)鹊谋砻嫔闲纬傻诙s質(zhì)層從而使得所述第二雜質(zhì)層與所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型。接著，在所述第二雜質(zhì)層上形成第三 雜質(zhì)層從而使得所述第三雜質(zhì)層與所述第二雜質(zhì)層接觸，所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型。接著，在所述第三雜質(zhì)層上方形成柵極電極，從而使得所述柵極電極覆蓋 著所述第三雜質(zhì)層。另外，在所述基板內(nèi)形成雜質(zhì)區(qū)域部從而使得所述雜質(zhì)區(qū)域部與所述第三雜質(zhì)層相連，所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型。如上所述，在本發(fā)明實施例的固體攝像裝置中，在包括載流子極性為所述第一導(dǎo)電型的所述第一雜質(zhì)層的所述光電轉(zhuǎn)換部上或上方，依次形成有載流子極性是所述第二導(dǎo)電型的所述第二雜質(zhì)層和載流子極性為所述第一導(dǎo)電型的所述第三雜質(zhì)層。另外，在本發(fā)明實施例的固體攝像裝置中，所述第三雜質(zhì)層與所述雜質(zhì)區(qū)域部相連，并且所述柵極電極被形成為覆蓋著所述第三雜質(zhì)層。在具有如上所述的構(gòu)造的固體攝像裝置中，在從所述光電轉(zhuǎn)換部通過所述第二雜質(zhì)層到所述第三雜質(zhì)層的方向(所述基板的厚度方向)上，可以形成用于光電轉(zhuǎn)換期間所述光電轉(zhuǎn)換部中溢出的過剩電荷的溢出路徑。另外，流入所述第三雜質(zhì)層的過剩電荷被排出至與所述第三雜質(zhì)層相連的所述雜質(zhì)區(qū)域部。如上所述，在本發(fā)明實施例的固體攝像裝置中，能夠通過所述第二雜質(zhì)層、所述第三雜質(zhì)層和所述雜質(zhì)區(qū)域部將光電轉(zhuǎn)換期間所述光電轉(zhuǎn)換部中溢出的過剩電荷可靠地排出至像素的外部。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，例如能夠進(jìn)一步抑制諸如暈染或混色等的發(fā)生。


圖I是本發(fā)明第一實施例的固體攝像裝置的示意性結(jié)構(gòu)框圖；圖2是第一實施例的固體攝像裝置中的像素的等效電路圖；圖3是第一實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖4是第一實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性平面圖；圖5A和圖5B說明了第一實施例的固體攝像裝置中的溢出操作的原理；圖6A至圖6C說明了在第一實施例的固體攝像裝置中的溢出操作時的時序圖；圖7說明了第一實施例的固體攝像裝置的制造方法；
圖8說明了第一實施例的固體攝像裝置的制造方法；圖9說明了第一實施例的固體攝像裝置的制造方法；圖10說明了第一實施例的固體攝像裝置的制造方法；圖11說明了第一實施例的固體攝像裝置的制造方法；圖12是裝有第一實施例的固體攝像裝置的攝像裝置的示意性結(jié)構(gòu)框圖；圖13是第二實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖14是第三實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性平面圖；圖15是第三實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖16是第三實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖17是第四實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖18是第四實施例的固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性平面圖；圖19是相關(guān)技術(shù)的背面照射型固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖；以及圖20是相關(guān)技術(shù)的前面照射型固體攝像裝置中的光電二極管附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖按照下面的順序說明本發(fā)明實施例的固體攝像裝置的示例。然而，在此方面，本發(fā)明的實施例不限于下面的示例。I.第一實施例基本構(gòu)造的示例2.第二實施例調(diào)整傳輸柵極的功函數(shù)的構(gòu)造示例3.第三實施例利用垂直傳輸柵極構(gòu)成傳輸柵極的不例4.第四實施例單獨設(shè)置溢出排放區(qū)的構(gòu)造示例5.各種變形例I.第一實施例固體攝像裝置的總體構(gòu)造 在說明本發(fā)明第一實施例的固體攝像裝置中的單位像素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之前，將參照

固體攝像裝置的總體構(gòu)造。(I)固體攝像裝置的構(gòu)造圖I圖示了第一實施例的固體攝像裝置的示意性框圖。另外，在本實施例中，將以背面照射型CMOS圖像傳感器作為固體攝像裝置的例子來進(jìn)行說明。CMOS圖像傳感器100包括像素陣列部101、垂直驅(qū)動部102、列處理部103、水平驅(qū)動部104和系統(tǒng)控制部105。另外，像素陣列部101、垂直驅(qū)動部102、列處理部103、水平驅(qū)動部104和系統(tǒng)控制部105形成在圖I中未圖示的一塊半導(dǎo)體基板(芯片)上。此外，CMOS圖像傳感器100包括信號處理部108和數(shù)據(jù)存儲部109。另外，也可以利用設(shè)置在不同于CMOS圖像傳感器100的基板中的外部信號處理部來設(shè)置信號處理部108和數(shù)據(jù)存儲部109，所述外部信號處理部通過例如數(shù)字信號處理器(DSP)或軟件等進(jìn)行處理。另外，信號處理部108和數(shù)據(jù)存儲部109例如也可以安裝在形成有像素陣列部101等的半導(dǎo)體基板的同一半導(dǎo)體基板上。像素陣列部101包括以矩陣的方式二維布置的多個單位像素(下文中，簡稱為像素)。另外，關(guān)于各像素，設(shè)置有在內(nèi)部生成并累積光電荷(下文中簡稱為電荷)的光電轉(zhuǎn)換兀件(在本實施例中為光電二極管)，所述光電荷的電荷量對應(yīng)于入射光量。像素陣列部101還包括關(guān)于以矩陣的方式二維布置的多個像素的各行在行方向(圖I中的左右方向)上形成的像素驅(qū)動線106以及關(guān)于各像素列在列方向(圖I中的上下方向)上形成的垂直信號線107。另外，各像素驅(qū)動線106與對應(yīng)行中的像素相連，各垂直信號線107與對應(yīng)列中的像素相連。另外，像素驅(qū)動線106的一個端部與垂直驅(qū)動部102的對應(yīng)于相應(yīng)像素驅(qū)動線106的行的輸出端部相連，并且垂直信號線107的一個端部與列處理部103的對應(yīng)于相應(yīng)垂直信號線107的列的輸入端部相連。另外，在圖I中，為了提供簡要的說明，用一條信號線來表示各行的像素驅(qū)動線106，但各行通常設(shè)置有用于單獨驅(qū)動構(gòu)成像素的各種晶體管的多條信號線。例如，垂直驅(qū)動部102包括諸如移位寄存器和地址解碼器等電路元件，并且向像素陣列部101中的各像素輸出各種驅(qū)動信號，從而驅(qū)動各像素。在此時，例如，垂直驅(qū)動部102同時驅(qū)動所有的像素或以行為單位驅(qū)動像素。另外，在圖I中，為提供簡要的說明而省略了垂直驅(qū)動部102的具體構(gòu)造的圖示，但是通常垂直驅(qū)動部102包括兩個掃描系統(tǒng)，即讀取掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)。當(dāng)從像素讀取信號時，讀取掃描系統(tǒng)以行為單位順次對像素陣列部101中的像素進(jìn)行選擇性掃描。另外，從垂直驅(qū)動部102的讀取掃描系統(tǒng)所選擇性掃描的行中的各像素輸出的像素信號通過對應(yīng)的垂直信號線107被提供至列處理部103。清除掃描系統(tǒng)進(jìn)行像素內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的清除掃描。這樣的清除操作是在先于讀取掃描快門速度的期間對要通過讀取掃描系統(tǒng)進(jìn)行讀取掃描的行(讀取行)進(jìn)行的。通過清除掃描系統(tǒng)的清除掃描，從讀取行的像素的光電轉(zhuǎn)換元件中清除了不需要的電荷(復(fù)位)。即，通過在清除掃描系統(tǒng)中進(jìn)行的對不需要的電荷的清除操作(復(fù)位操作)，進(jìn)行所謂的電子快門操作。另外，這里的術(shù)語“電子快門操作”對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換元件的電荷被丟棄并且重新開始曝光(開始電荷累積)的操作。通過讀取掃描系統(tǒng)的操作(讀取操作)而讀取的信號是與在上一個讀取操作或電子快門操作之后照射像素陣列部101的光量相對應(yīng)的信號。另外，在上一讀取操作中的讀取時刻或電子快門操作中的清除時刻，與目前的讀取操作中的讀取時刻之間的時間周期成為像素中的電荷累積時間(曝光時間)。
對于像素陣列部101中的各像素列，列處理部103對通過垂直信號線107從被選擇的行中的各像素輸出的像素信號進(jìn)行預(yù)定的信號處理，并且暫時保持著經(jīng)過信號處理的像素號。具體地，作為信號處理，列處理部103例如進(jìn)行至少諸如相關(guān)雙采樣(⑶S)處理等降噪處理。通過列處理部103中的⑶S處理，能夠去除復(fù)位噪聲和由放大晶體管的閾值變化等導(dǎo)致的像素固有的固定模式噪聲。另外，除了上述消除噪聲功能之外，例如，還可以采用在列處理部103中設(shè)置模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換功能并且輸出數(shù)字信號的構(gòu)造。例如，水平驅(qū)動部104包括諸如移位寄存器和地址解碼器等電路元件，并且順次對列處理部103中的各像素列中設(shè)置的單位電路(未圖示)進(jìn)行選擇性掃描。通過水平驅(qū)動部104的該選擇性掃描，列處理部103的各單位電路中經(jīng)過信號處理的像素信號被順次輸出至信號處理部108。例如，系統(tǒng)控制部105包括生成CMOS圖像傳感器100中的各種操作的時序信號的時序生成器等。另外，系統(tǒng)控制部105中生成的各種時序信號被提供至垂直驅(qū)動部102、列處理部103和水平驅(qū)動部104，并且基于這些時序信號對上述各部進(jìn)行驅(qū)動控制。信號處理部108包括至少加法運算處理功能，并且例如對從列處理部103輸出的像素信號進(jìn)行諸如加法運算處理等各種信號處理。另外，數(shù)據(jù)存儲部109暫時存儲信號處 理部108中進(jìn)行預(yù)定的信號處理時必要的數(shù)據(jù)。(2)像素的構(gòu)造圖2圖示了像素陣列部101中包含的各像素的等效電路的示例。通常，像素10包括一個光電二極管11 (光電轉(zhuǎn)換元件)、包含為一個光電二極管11設(shè)置的MOS晶體管的各種有源元件以及浮動擴(kuò)散區(qū)域16 (FD)0在圖2中所示的示例中，像素10包括光電二極管
11、傳輸晶體管12、放大晶體管13、選擇晶體管14、復(fù)位晶體管15和浮動擴(kuò)散區(qū)域16。另夕卜，這里圖示的是使用具有N型載流子極性的MOS晶體管(下文中稱為NMOS晶體管)構(gòu)成各種晶體管的不例。另外，在圖2中所示的示例中，圖示的是這樣的示例關(guān)于一個像素10，在行方向(圖2中的左右方向)上設(shè)置有包括傳輸配線17、地址配線18和復(fù)位配線19這三條信號配線(像素驅(qū)動線106)，并且在列方向(圖2中的上下方向)上布置有垂直信號線107。另外，在圖2中，圖示的是這樣的示例在一個像素10內(nèi)設(shè)置有電源電壓Vdd的供給配線和各種MOS晶體管之間的連接配線。另外，雖然圖2中未圖示，但在像素10中，在像素邊界部和黑電平檢測像素中還設(shè)置有用作遮光膜的二維配線。光電二極管11將入射光轉(zhuǎn)換(光電轉(zhuǎn)換)為電荷(這里為電子)，電荷的量與入射光的光量相對應(yīng)。另外，光電二極管11的陽極接地。傳輸晶體管12設(shè)置于光電二極管11的陰極與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之間。當(dāng)高電平的傳輸信號(VTG :電壓信號)從垂直驅(qū)動部102通過傳輸配線17輸入至傳輸晶體管12的柵極時，傳輸晶體管12進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài),并且將光電二極管11中光電轉(zhuǎn)換的電荷(電子)傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16。另外，被傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16的電荷轉(zhuǎn)化為浮動擴(kuò)散區(qū)域16中的電壓(電位)。放大晶體管13的柵極與浮動擴(kuò)散區(qū)域16 (FD)相連。另外，放大晶體管13的漏極與電源電壓Vdd的供給端子相連，并且放大晶體管13的源極通過選擇晶體管14與垂直信號線107相連。另外，如圖2中所示，垂直信號線107與像素10外部的恒流源20相連，并且由此基于放大晶體管13和恒流源20構(gòu)成了源極跟隨器電路。放大晶體管13放大浮動擴(kuò)散區(qū)域16的電位，并且將放大后的信號作為光累積信號(像素信號)輸出至選擇晶體管14。選擇晶體管14設(shè)置于放大晶體管13與垂直信號線107之間。當(dāng)高電平的地址信號(VSEL)從垂直驅(qū)動部102通過地址配線18輸入至選擇晶體管14的柵極時，選擇晶體管14進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并且將對應(yīng)于在放大晶體管13中被放大的電位的電壓信號輸出至垂直信號線107。另外，輸出至垂直信號線107的各像素的電壓信號被傳輸至列處理部103。復(fù)位晶體管15設(shè)置于電源電壓Vdd的供給端子與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之間。當(dāng)高電平的復(fù)位信號(VRST)從垂直驅(qū)動部102通過復(fù)位配線19輸入至復(fù)位晶體管15的柵極時，復(fù)位晶體管15進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并且將浮動擴(kuò)散區(qū)域16的電位復(fù)位至電源電壓Vdd。另外，在本實施例中，與上述各種NMOS晶體管的柵極相連的各種配線是以行為單位進(jìn)行設(shè)置的，并且對與一行相對應(yīng)的各像素同時進(jìn)行各種NMOS晶體管的上述操作。光電二極管附近的內(nèi)部結(jié)構(gòu)接著，將說明本實施例的CMOS圖像傳感器100中的像素10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖3和圖4圖示了像素10在光電二極管11附近的示意性結(jié)構(gòu)。另外，圖3是光電二極管11附近的示意性結(jié)構(gòu)橫截面圖，圖4是圖示了光電二極管11、傳輸晶體管12與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之 間的布置關(guān)系的示意性平面圖。然而，關(guān)于此，圖4中的III-III截面對應(yīng)于一個光電二極管11附近的截面。另外，在圖3和圖4中，為了便于說明，只圖示了與稍后說明的在本實施例的光電二極管11中過度轉(zhuǎn)換的電荷(過剩電子)的排出操作(溢出操作)相關(guān)的主要部分。其它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過與相關(guān)技術(shù)中的背面照射型CMOS圖像傳感器相同的方法來構(gòu)造。另外，在下文中，設(shè)半導(dǎo)體基板I的位于形成有配線層(在該配線層中，光電二極管11和光電二極管11周圍的各種晶體管線連接)一側(cè)的一個表面稱為基板表面Ia,并且將位于與上述表面相反側(cè)(光入射側(cè))的表面稱為基板背面Ib (另一表面)。本實施例的CMOS圖像傳感器100包括半導(dǎo)體基板I (基板)、形成于半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia上的預(yù)定區(qū)域中的柵極絕緣膜2和形成于柵極絕緣膜2上的傳輸晶體管12的傳輸柵極3 (柵極電極)。例如，半導(dǎo)體基板I是使用N型的Si基板形成的，并且包括P型雜質(zhì)層(下文中稱為P阱4)、N層5 (第一雜質(zhì)層)、P層6 (第二雜質(zhì)層)、表面N層(第三雜質(zhì)層)和浮動擴(kuò)散區(qū)域16 (雜質(zhì)區(qū)域部)。另外，如圖3中所示，N層5、P層6、表面N層和浮動擴(kuò)散區(qū)域16被形成為埋入在P阱4中。N層5是載流子極性為N型(第一導(dǎo)電型)的雜質(zhì)層，并且其雜質(zhì)濃度例如是大約I X IO17Cm^l X IO1W30另外，在本實施例中，利用N層5形成光電二極管11 (光電轉(zhuǎn)換部)，并且由光電轉(zhuǎn)換生成的電子累積在N層5中。P層6是載流子極性為P型(第二導(dǎo)電型)的雜質(zhì)層，并且形成在N層5的基板表面Ia側(cè)的表面從而與N層5相接觸。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換時(在電子累積期間)光電二極管11的N層5中溢出的過剩電子被排出至表面N層7 (浮動擴(kuò)散區(qū)域16)的時候，P層6起到了電位勢壘(下文中稱為溢出勢壘)的作用。另外，P層6還起到了減小暗電流的釘扎層的作用。另夕卜，在本實施例中，例如，P層6的雜質(zhì)濃度可以是大約lX1017cnr3 lX1018cnr3。表面N層7是載流子極性為N型的雜質(zhì)層，其雜質(zhì)濃度例如可以為大約lX1017cm_3 lX1018cm_3。另外，例如，表面N層7的深度可以是大約l(T50nm。表面N層7起到了作為光電轉(zhuǎn)換時N層5中溢出的過剩電子的排出地點(溢出排放區(qū))的作用。另外，表面N層7被形成為其基板表面Ia側(cè)的表面與半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia位于同一平面。S卩，表面N層7被形成為在基板表面Ia上露出。另外，如圖3和圖4中所不，表面N層7形成在P層6的基板表面Ia側(cè)的方形表面上，從而與P層6相接觸并覆蓋著相應(yīng)的表面。另外，如圖3和圖4中所示，表面N層7形成在從P層6的面對著浮動擴(kuò)散區(qū)域16的角部向浮動擴(kuò)散區(qū)域16延伸的區(qū)域中，并且與浮動擴(kuò)散區(qū)域16相連。即，在本實施例中，表面N層7形成在P層6的區(qū)域上和位于光電二極管11與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之間的P阱4的區(qū)域上。在本實施例中，如上所述，光電二極管11的區(qū)域(受光部)具有兩個N層中夾有P層6的結(jié)構(gòu)。另外，在本實施例中，如上所述，N層5、P層6和表面N層7各自的雜質(zhì)濃度分別設(shè)定得相對較低(設(shè)定得低于稍后說明的浮動擴(kuò)散區(qū)域16的雜質(zhì)濃度)。因此，在受光部中各PN結(jié)界面中的電位(雜質(zhì)濃度)變化不急劇，并能抑制噪聲的產(chǎn)生。另外，在本實施例中，期望例如適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度等，使得當(dāng)傳輸柵極3處于非導(dǎo)通狀態(tài)時，在受光部的深度方向上的電位特性與相關(guān)技術(shù)的HAD型結(jié)構(gòu)(P+/
N-結(jié)型)的光電二極管的電位特性是相同的。在此情況下，在設(shè)計本實施例中的受光部時，可采用與相關(guān)技術(shù)相同的電位設(shè)計，并且，例如可以和相關(guān)技術(shù)相同的方式設(shè)計飽和電荷量等特性。浮動擴(kuò)散區(qū)域16是使用載流子極性為N型的雜質(zhì)層形成的，并且其雜質(zhì)濃度例如可以為大約lX102°cnT3。即，在本實施例中，浮動擴(kuò)散區(qū)域16的雜質(zhì)濃度被設(shè)定得高于表面N層7的雜質(zhì)濃度。另外，本發(fā)明的實施例不限于該示例，可以將浮動擴(kuò)散區(qū)域16的雜質(zhì)濃度和表面N層7的雜質(zhì)濃度設(shè)定為相同。然而，在這方面，當(dāng)以和浮動擴(kuò)散區(qū)域16相同的方式將表面N層7的雜質(zhì)濃度設(shè)定為高濃度時，與浮動擴(kuò)散區(qū)域16相連的外部端子的電位(例如，電源電壓Vdd)可能易于被傳導(dǎo)至表面N層7。在此情況下,在傳輸信號電荷以外的期間,很可能P層6的電位勢魚也消失并且光電二極管11內(nèi)累積的電子漏出。因此，當(dāng)考慮了光電二極管11內(nèi)的電子的泄漏時，期望以和本實施例中相同的方式將表面N層7的雜質(zhì)濃度設(shè)定得低于浮動擴(kuò)散區(qū)域16的雜質(zhì)濃度。柵極絕緣膜2被形成為覆蓋表面N層7的表面。另外，柵極絕緣膜2例如是使用諸如SiO2膜等絕緣膜形成的。傳輸柵極3 (TG)形成在柵極絕緣膜2上從而與柵極絕緣膜2相接觸。即，在本實施例中，傳輸柵極3被形成為覆蓋表面N層7的表面,在傳輸柵極3和表面N層7之間有柵極絕緣膜2。另外，可以使用任意的導(dǎo)電材料形成傳輸柵極3，并且例如可以使用諸如摻雜有雜質(zhì)的多晶硅等材料形成傳輸柵極3。另外，在本實施例中，傳輸柵極3的厚度可以是大約 100 300nm。另外，形成上述CMOS圖像傳感器100的各種層和各種區(qū)域的構(gòu)造(例如，雜質(zhì)濃度、層厚度和形成材料等)不限于上述示例，并且例如能夠基于諸如需要的性能、用途等條件任意地變化。溢出操作的原理在本實施例的CMOS圖像傳感器100中，控制在電子累積期間(光電轉(zhuǎn)換期間)施加至傳輸柵極3的柵極電壓VTG的大小，從而控制過剩電子的溢出操作。具體地，現(xiàn)在，設(shè)當(dāng)信號電荷被從光電二極管11傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16 (下文中稱為完全傳輸)吋，即，當(dāng)傳輸柵極3處于導(dǎo)通狀態(tài)時，施加至傳輸柵極3的柵極電壓VTG為高電平電壓VH (第一電壓)。另外，設(shè)當(dāng)光電ニ極管11與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之間的連接處于非導(dǎo)通狀態(tài)時，施加至傳輸柵極3的柵極電壓VTG為低電平電壓VL (第二電壓)。此外，設(shè)在光電ニ極管11受到光照時并且光被轉(zhuǎn)換為電荷(電子)的期間(電子累積期間)施加至傳輸柵極3的柵極電壓VTG為偏壓VM (第三電壓)。另外，在本實施例中，偏壓VM是這樣設(shè)定的電子累積期間施加至傳輸柵極3的偏壓VM被設(shè)定為小于高電平電壓VH且大于低電平電壓VL的正值(VL〈VM〈VH)。例如，當(dāng)設(shè)高電平電壓VH是電源電壓Vdd并且低電平電壓VL是接地電壓(OV)時，偏壓VM被設(shè)定為范圍0〈VM〈Vdd內(nèi)的值。另外，如稍后所述，在本實施例中，在電子累積期間，從光電ニ極管11中的N層5僅將過剩電子通過P層6排出至表面N層7。因此，在本實施例中，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定施加至傳輸柵極3的偏壓VM和各雜質(zhì)層的狀況(例如，其雜質(zhì)濃度等)，使得電子累積期間的P層6的 溢出勢壘成為只使得過剩電子被排出至表面N層7的電位。這里，首先，將參照圖5A和圖5B具體說明本實施例的CMOS圖像傳感器100內(nèi)的光電ニ極管11中的過剩電子的溢出操作的原理。另外，圖5A和圖5B圖示了在從半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia到光電ニ極管11的N層5的底部的深度區(qū)域內(nèi)在溢出操作時電子的電位Φ的變化。在本實施例中，雖然圖5B中未圖示，當(dāng)在低電平電壓VL (=OV)施加至傳輸柵極3的狀態(tài)下，表面N層7的關(guān)于電子的電位勢壘(Φ)高于P層6的電位(溢出勢壘)。在此情況下，光電ニ極管11內(nèi)的電子未流到表面N層7側(cè)。然而，當(dāng)在電子累積期間向傳輸柵極3施加在0〈VM〈Vdd范圍內(nèi)的正偏壓VM時，如圖5B中的實線的特性所示，表面N層7關(guān)于電子的電位變得低于P層6的溢出勢壘。因此，電子累積期間在光電ニ極管11中產(chǎn)生的過剩電子越過P層6的溢出勢壘被排出至表面
N層7。S卩，在本實施例中，當(dāng)向傳輸柵極3施加在0〈VM〈Vdd的范圍內(nèi)的正偏壓VM時，在從光電ニ極管11中的N層5經(jīng)過P層6到表面N層7的方向(半導(dǎo)體基板I的厚度方向)上形成了溢出路徑。另外，排出至表面N層7的過剩電子被傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16。另外，如果當(dāng)累積在光電ニ極管11中的信號電荷被完全傳輸時，向傳輸柵極3施加高電平電壓VH (=Vdd),則如圖5B中的虛線特性所示，P層6的溢出勢壘消失。在此情況下，光電ニ極管11中累積的信號電荷(電子)通過P層6和表面N層7被傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16。接著，將參照圖6A至圖6C具體說明在電子累積期間的溢出操作與在信號電荷的完全傳輸時像素信號的讀取操作之間的關(guān)系。另外，圖6A至圖6C是在預(yù)定的像素10中的選擇晶體管14、復(fù)位晶體管15和傳輸晶體管12的操作的時序圖。具體地，圖6A至圖6C分別圖示了施加至選擇晶體管14的地址信號(VSEL)、施加至復(fù)位晶體管15的復(fù)位信號(VRST)和施加至傳輸晶體管12的傳輸信號(VTG)的信號波形。首先，在預(yù)定的像素10中，如圖6A中所示，在光電ニ極管11的電子累積期間選擇晶體管14的柵極電壓VSEL在預(yù)定的時刻tl從低電平(例如，0V)切換至高電平(例如，Vdd)。于是，預(yù)定的像素10處于選擇狀態(tài)。
另外，如圖6B中所示，在時刻tl，向復(fù)位晶體管15的柵極施加例如大小為Vdd的脈沖電壓，并且復(fù)位晶體管15進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。于是，通過復(fù)位晶體管15將浮動擴(kuò)散區(qū)域16中累積的不需要的電荷排出，從而進(jìn)行復(fù)位電平的讀取操作。另外，如圖6C中所示，由于復(fù)位電平的讀取期間也對應(yīng)于電子累積期間，所以在這個期間內(nèi)向傳輸晶體管12的傳輸柵極3施加在VL〈VM〈VH范圍內(nèi)的正偏壓VM。因此，如圖5A和圖5B中所示，在復(fù)位電平的讀取期間(累積期間)，光電ニ極管11內(nèi)的過剩電子通過P層6和表面N層7被排出至浮動擴(kuò)散區(qū)域16。此后，如圖6C中所示，在時刻t2 (>tl)時，傳輸晶體管12的柵極電壓VTG從中間電平(VM)被切換至高電平(例如，VH=Vdd)。因此，傳輸柵極3 (位于光電ニ極管11與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之間)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，光電ニ極管11中累積的信號電荷被完全傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16，并且開始信號電平的讀取操作。另外，信號電平的讀取操作是在時刻t2與時刻t3之間進(jìn)行的，在時刻t3時選擇晶體管14的柵極電壓VSEL從高電平被切換至低電平。在本實施例中，以這樣的方式來進(jìn)行光電ニ極管11中的過剩電子的溢出操作、信號電荷的完全 傳輸操作以及信號電平的讀取操作。CMOS圖像傳感器的制造方法接著，將參照圖7至圖11說明本實施例的CMOS圖像傳感器100的制造方法的示例。這里，將主要說明從制造光電ニ極管11 (受光部)的エ序到制造浮動擴(kuò)散區(qū)域16的エ序。因此，出于簡化說明的目的，圖7至圖11圖示了預(yù)定的像素10的光電ニ極管11的形成區(qū)域附近的示意性橫截面圖。另外，對于圖7至圖11中說明的エ序之外的エ序，可以用與相關(guān)技術(shù)中的背面照射型CMOS圖像傳感器的制造方法中相同的方法來實施。首先，準(zhǔn)備N型的Si基板作為半導(dǎo)體基板I。接著，在半導(dǎo)體基板I上，通過基于淺溝槽隔離(Shadow Trench Isolation, STI)或娃的局部氧化(Local Oxidation ofSilicon, LOCOS)的方法，形成元件隔離區(qū)域(未圖示)。此后，通過離子注入法將P型雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體基板I中，并且在半導(dǎo)體基板I的離子注入側(cè)的表面(基板表面Ia)的預(yù)定區(qū)域中形成預(yù)定深度的P阱4。接著，在半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia上形成光致抗蝕劑膜50。然后，使用光刻技術(shù)對光致抗蝕劑膜50進(jìn)行圖形化處理，并且如圖7中所示，去除在光電ニ極管11的形成區(qū)域中的光致抗蝕劑膜50，從而形成開ロ部50a。于是，在光致抗蝕劑膜50的開ロ部50a中露出了半導(dǎo)體基板I的基板表面la。接著，如圖7中所示，通過離子注入法，從半導(dǎo)體基板I的光致抗蝕劑膜50側(cè)將N型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體基板I中，并且在P阱4內(nèi)的預(yù)定深度的位置處形成光電ニ極管11的N層5。接著，如圖8中所示，通過離子注入法，從半導(dǎo)體基板I的光致抗蝕劑膜50側(cè)將P型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體基板I中，并且在N層5的基板表面Ia側(cè)的表面上形成與N層5的表面相接觸的P層6。在此時，由于P層6是利用在圖7中所示的エ序中使用的光致抗蝕劑膜50 (使用相同的掩模)形成的，所以P層6的端部的位置在基板平面方向上是以關(guān)于N層5的自對準(zhǔn)方式確定的。另外，雖然在本實施例中圖示了以上述順序形成N層5和P層6的示例，但是本發(fā)明的實施例不限于此示例，并且P層6可以在N層5之前形成。接著，在去除了光致抗蝕劑膜50之后，在半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia上再形成光致抗蝕劑膜51。然后，利用光刻技術(shù)，對光致抗蝕劑膜51進(jìn)行圖形化處理，并且如圖9中所示，去除在表面N層7的形成區(qū)域中的光致抗蝕劑膜51，從而形成開ロ部51a。于是，在光致抗蝕劑膜51的開ロ部51a中露出了半導(dǎo)體基板I的基板表面la。接著，如圖9中所示，通過離子注入法，從半導(dǎo)體基板I的光致抗蝕劑膜51側(cè)將N型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體基板I中，并且在P層6和P阱4上形成表面N層7。另外，在此時，表面N層7被形成為使得表面N層7的基板表面Ia側(cè)的表面露出于基板表面la。接著，在去除了光致抗蝕劑膜51之后，通過熱氧化法在半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia上的預(yù)定區(qū)域中形成SiO2膜。接著，例如通過化學(xué)氣相沉積(Chemical VaporDeposition, CVD)法在SiO2膜上層疊多晶娃膜或金屬膜,從而形成柵極電極膜。 接著，在柵極電極膜中的傳輸柵極3的形成區(qū)域中形成抗蝕劑掩模。具體地，在光電ニ極管11的上部中形成的柵極電極膜的區(qū)域中和在表面N層7的一部分區(qū)域上形成的柵極電極膜的區(qū)域中形成抗蝕劑掩模，上述表面N層7的一部分將成為在稍后的エ序中形成的用于連接光電ニ極管11和浮動擴(kuò)散區(qū)域16的區(qū)域。另外，去除位于抗蝕劑掩模之外的區(qū)域中的柵極電極膜和SiO2膜。然后，去除抗蝕劑掩模。于是，如圖10中所示，在基板表面Ia上或上方，按順序形成柵極絕緣膜2和傳輸柵極3從而覆蓋光電ニ極管11的上部和表面N層7的一部分,上述表面N層7的一部分將成為用于連接光電ニ極管11和浮動擴(kuò)散區(qū)域16的區(qū)域。接著，在位于浮動擴(kuò)散區(qū)域16的形成區(qū)域(包括露出于基板表面Ia的那一部分表面N層7)之外的區(qū)域形成掩模。另外，通過離子注入法，將N型雜質(zhì)注入到浮動擴(kuò)散區(qū)域16的形成區(qū)域中，并且在此之后，對浮動擴(kuò)散區(qū)域16的形成區(qū)域進(jìn)行激活退火處理，從而形成浮動擴(kuò)散區(qū)域16。這樣，如圖11中所示，形成了與表面N層7相連的浮動擴(kuò)散區(qū)域16。然后，雖然未圖示，以與相關(guān)技術(shù)的背面照射型CMOS圖像傳感器的制造方法相同的方式，通過例如化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)法等對半導(dǎo)體基板I的基板背面Ib進(jìn)行研磨和薄化。接著，例如，通過CVD法等在半導(dǎo)體基板I的基板背面Ib上按順序形成濾色器和片上透鏡。另外，在片上透鏡上形成保護(hù)膜。在本實施例中，通過上述方式，制造出了 CMOS圖像傳感器100。本實施例中獲得的各種有益效果如上所述，在本實施例的CMOS圖像傳感器100中，在光電ニ極管11的N層5上設(shè)置有P層6，此外，在P層6上設(shè)置有露出于基板表面Ia并且與浮動擴(kuò)散區(qū)域16相連的表面N層7。另外，傳輸晶體管12的傳輸柵極3被設(shè)置為覆蓋表面N層7。在本實施例中，使各像素10具有如上所述的構(gòu)造，因此在P層6中形成了電子的溢出勢壘。另外，在本實施例中，在電子累積期間，向傳輸柵極3施加正偏壓VM，正偏壓VM處于使溢出勢壘消失的高電平電壓VH (例如，電源電壓Vdd)與使傳輸柵極3進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)的低電平電壓VL (例如，0V)之間。于是，使得表面N層7的電位勢壘低于P層6的溢出勢壘，并且光電ニ極管11中的過剩電子通過P層6 (溢出勢壘)被排出至表面N層7。另外，被排出至表面N層7的過剩電子被傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16，從而最終被排出至像素外部。因此，在本實施例中，同樣在背面照射型CMOS圖像傳感器100中，能夠?qū)⒐怆姤藰O管11中的過剩電子更可靠地排出至像素的外部，并且能夠進(jìn)一歩抑制例如暈染(blooming)或混色等的發(fā)生。另外，相比于例如在日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中提出的過剩電子的排出機(jī)制，本發(fā)明的CMOS圖像傳感器100中的過剩電子的上述排出機(jī)制具有下面的優(yōu)點。在日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中，如上所述，在背面照射型固體攝像裝置中，在光電ニ極管的上部中形成觸頭，并且光電ニ極管中的過剩電子通過觸頭排出。在該方法中，由于在半導(dǎo)體基板上形成能夠?qū)崿F(xiàn)歐姆接觸的觸頭，所以需要使載流子借助量子力學(xué)隧道效應(yīng)通過肖特基勢魚(Schottky barrier)ο在此情況下，需要利用濃度大約為I X IO2ciCnT3的高濃度雜質(zhì)層形成與觸頭接 觸的半導(dǎo)體層。即，在日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報提出的技術(shù)中，需要在光電ニ極管的上部設(shè)置具有高雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)層。另外，在日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報提出的技術(shù)中，為了獲得作為光電ニ極管的HAD型光電ニ極管，需要在表面N+層的周圍形成未被耗盡的高雜質(zhì)濃度的P+層或者厚度使得在深度方向上未發(fā)生耗盡的雜質(zhì)層。然而，日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中的過剩電子的排出機(jī)制易于給像素特性帶來下面的不良影響。(I)由于用來在光電ニ極管的上部中形成觸頭的開ロ部是通過蝕刻形成的，所以蝕刻損傷進(jìn)入了形成在光電ニ極管周圍的耗盡層，并且易于產(chǎn)生暗電流。(2)當(dāng)利用高濃度P型雜質(zhì)層形成溢出勢壘部時，在P型雜質(zhì)層與光電ニ極管的N層之間的界面中的結(jié)密度的變化變得非常急劇，并且結(jié)電場變高。在此情況下，同樣易于產(chǎn)生暗電流。(3)當(dāng)溢出勢壘部中的P層在基板的深度方向上形成有足夠的厚度時，由于光電ニ極管中的N層的位置變得更深，所以難以將信號電荷傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域，并且在ー些情況下產(chǎn)生殘像(afterimage)。另ー方面，在本實施例中，表面N層7的電位控制是通過傳輸柵極3來進(jìn)行的，并且形成有過剩電子的溢出路徑。即，在本實施例中，不需要直接在光電ニ極管11的上部形成觸頭。因此，在本實施例中，由于不會發(fā)生觸頭形成時的損害，所以能夠解決在上述(I)中所述的日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中的問題，并且能夠改善抑制暗電流的效
果O另外，在本實施例中，由于不需要將形成在半導(dǎo)體基板I的最上表面?zhèn)鹊谋砻鍺層7的雜質(zhì)濃度設(shè)為高濃度，所以還能夠?qū)⒆鳛橐绯鰟輭镜腜層6的雜質(zhì)濃度設(shè)為低濃度。在此情況下，由于能夠?qū)⑹芄獠康腜N結(jié)界面的結(jié)電場設(shè)定得較低，所以還能夠解決在上述
(2)中所述的日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中的問題，并且能夠抑制暗電流的產(chǎn)生。此外，在本實施例中，由于不需要加厚作為溢出勢壘的P層6，所以還能夠解決在上述(3)中所述的日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中的問題。另外，除了日本專利申請?zhí)亻_第2008-103668號公報中提出的過剩電子的排出方法，在相關(guān)技術(shù)的HAD型光電ニ極管中，還可以考慮例如在電子累積期間向傳輸柵極施加電壓(該電壓不使傳輸柵極進(jìn)入完全非導(dǎo)通狀態(tài))的方法。在此情況下，傳輸晶體管的形成于傳輸柵極的下部的溝道部被用作溢出路徑。即，在此情況下，在半導(dǎo)體基板的基板平面方向上形成溢出路徑。然而，由于制造時的掩模錯位或形成エ藝導(dǎo)致的偏差等，例如光電ニ極管與浮動擴(kuò)散區(qū)域之間的距離、傳輸柵極長度和抗蝕劑線寬度等的尺寸是波動的。因此，當(dāng)像素向微小化發(fā)展時，例如光電ニ極管與浮動擴(kuò)散區(qū)域之間的距離、傳輸柵極長度和抗蝕劑線寬度等的尺寸的偏差在平面方向上變大。當(dāng)這樣的在平面方向上的尺寸偏差變大時，每個像素的溢出勢壘的電位的偏差變得明顯。即，在將傳輸柵極的下部用作溢出勢壘的方法中，當(dāng)像素向微小化發(fā)展時，可能難以穩(wěn)定地形成在傳輸柵極的下部的溢出勢壘。另外，當(dāng)溢出勢壘的電位的偏差變大時，這樣的偏差在電荷飽和情況下在輸出時可能成為固定模式噪聲。另ー方面，在本實施例中，如上所述，光電ニ極管11中的過剩電子的溢出通道形成在半導(dǎo)體基板I的厚度方向上。此外，在本實施例中，改變了通過離子注入形成N型或P型的雜質(zhì)層時的雜質(zhì)注入深度，從而形成溢出路徑。即，在本實施例中，由于溢出路徑的長 度是基于形成N層5、P層6和表面N層7時的雜質(zhì)的注入深度確定的，所以溢出路徑的長度不依賴于基板表面Ia的平面方向上的加工差異。另外，在本實施例中，由于P層6的雜質(zhì)濃度不基于基板表面Ia的平面方向上的加工差異而變化，所以溢出勢壘的電位不會由于加工差異而產(chǎn)生波動。因此，在本實施例的CMOS圖像傳感器100中，即使像素10向微小化發(fā)展，仍能夠減小溢出勢壘的電位的差異，并且能夠穩(wěn)定地形成溢出勢壘。因此，在本實施例中，不論CMOS圖像傳感器100的加工差異，都能夠均勻地準(zhǔn)確地排出光電ニ極管11中的過剩電子。此外，作為過剩電子的另ー排出方法，在相關(guān)技術(shù)的背面照射型CMOS圖像傳感器中，可以考慮在基板的平面方向上單獨形成溢出路徑的方法。然而，在該方法中，芯片的面積増大。另ー方面，在本實施例中，如上所述，由于溢出路徑形成在半導(dǎo)體基板I的深度方向上(不需要単獨在平面方面上形成溢出通道)，所以能夠避免増大芯片的面積。即，在本實施例中，能夠穩(wěn)定地形成溢出勢壘而不增大芯片的面積。電子設(shè)備的構(gòu)造本實施例的上述CMOS圖像傳感器100 (固體攝像裝置)可以被安裝在使用固體攝像裝置作為攝像部的任意的電子設(shè)備中使用。所述電子設(shè)備的示例包括諸如數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)等攝像裝置(相機(jī)系統(tǒng))、諸如手機(jī)等具有攝像功能的移動終端裝置以及將固體攝像裝置用作圖像讀取部的復(fù)印機(jī)等。這里，作為電子設(shè)備的示例，將以攝像裝置為例并且將說明攝像裝置的構(gòu)造。另外，安裝在電子設(shè)備中的相機(jī)模塊在一些情況下也被稱為攝像裝置。圖12圖示了采用本實施例CMOS圖像傳感器100的攝像裝置的示意性框圖構(gòu)造。攝像裝置110包括光學(xué)部111、上述本實施例的CMOS圖像傳感器100和作為相機(jī)信號處理電路的DSP電路112 (信號處理電路)。另外，攝像裝置110包括幀存儲器113、顯示部114、記錄部115、操作部116和電源部117。另外，DSP電路112、幀存儲器113、顯示部114、記錄部115、操作部116和電源部117通過總線118相互電連接。例如，光學(xué)部111是利用透鏡組等構(gòu)成的。光學(xué)部111獲取來自被拍攝對象的入射光(圖像光)，并且借助入射光在CMOS圖像傳感器100的攝像面上形成圖像。CMOS圖像傳感器100以像素為單位將通過光學(xué)部111匯聚在成像表面的入射光的光量轉(zhuǎn)化為電信號，并且輸出電信號作為像素信號。另外，由于CMOS圖像傳感器100具有上述光電ニ極管11中的過剩電子的排出功能，所以在本實施例中能夠形成進(jìn)ー步抑制例如暈染或混色等的高質(zhì)量圖像。例如，顯示部114包括配備有諸如液晶面板或有機(jī)電致發(fā)光(ElectroLuminescence, EL)面板等面板的顯示裝置，并且顯示在CMOS圖像傳感器100中成像的動態(tài)圖像或靜止圖像。記錄部15例如將CMOS圖像傳感器100中成像的動態(tài)圖像或靜止圖像記錄在諸如錄像帶或數(shù)字多功能光盤(DVD)等記錄介質(zhì)中。基于用戶的預(yù)定操作，操作部116輸出用于實現(xiàn)攝像裝置110中包含的各種功能的操作指令信號。電源部117分別向DSP電路112、幀存儲器113、顯示部114、記錄部115和操作部116適當(dāng)?shù)靥峁└鞣N電源從而作為相應(yīng)部的操作電源。另外，在如圖12中所示的攝像裝置110中，CMOS圖像傳感器100還可以具有被形成為單個芯片的形式，并且可以具有攝像部和信號處理部或光學(xué)系統(tǒng)集成封裝的包括攝像功能的模塊化形式。2.第二實施例在第一實施例中，已經(jīng)說明了這樣的示例在光電ニ極管11的電子累積期間調(diào)節(jié)施加至傳輸柵極3的柵極電壓VTG從而在像素10內(nèi)形成過剩電子的溢出路徑。在第二實施例中，將說明通過另一方法在像素內(nèi)形成過剩電子的溢出路徑的結(jié)構(gòu)示例。圖13圖示了本實施例的CMOS圖像傳感器中的像素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖13是光電ニ極管附近的示意性橫截面結(jié)構(gòu)圖。另外，在圖13中，出于簡化說明的目的，只圖示了與光電ニ極管11中過剩電子的排出操作(溢出操作)相關(guān)的主要部分。其它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過與相關(guān)技術(shù)中的背面照射型CMOS圖像傳感器相同的方法來構(gòu)造。另外，在圖13中所示的本實施例的CMOS圖像傳感器200中，將用相同的附圖標(biāo)記表示與圖3中所示的第一實施例的CMOS圖像傳感器100相同的構(gòu)造。本實施例的CMOS圖像傳感器200包括半導(dǎo)體基板I、形成于半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia上的預(yù)定區(qū)域中的柵極絕緣膜2和形成于柵極絕緣膜2上的傳輸晶體管12的傳輸柵極203 (TG)。另外，光電ニ極管11周圍的各種電路(各種晶體管)和CMOS圖像傳感器200的總體構(gòu)造與第一實施例的相同(參照圖I和圖2)。另外，在本實施例中，設(shè)半導(dǎo)體基板I和柵極絕緣膜2具有與第一實施例的半導(dǎo)體基板I和柵極絕緣膜2相同的構(gòu)造。即，在本實施例的CMOS圖像傳感器200中，在形成于半導(dǎo)體基板I的P阱4內(nèi)的光電ニ極管11的N層5上也設(shè)置有與N層5相接觸的低雜質(zhì)濃度的P層6。此外，在本實施例中，在P層6上也設(shè)置有與P層6相接觸的低雜質(zhì)濃度的表面N層7，該表面N層7是過剩電子的排放地點。然而，在這方面，此時以與第一實施例相同的方式，表面N層7形成為露出于半導(dǎo)體基板I的基板表面Ia并與浮動擴(kuò)散區(qū)域16(FD)相連。另外，柵極絕緣膜2形成在基板表面Ia上從而覆蓋著表面N層7。以與第一實施例相同的方式，在柵極絕緣膜2上形成有與柵極絕緣膜2相接觸的傳輸柵極203。然而,在這方面,在本實施例中,傳輸柵極203是利用功函數(shù)小于半導(dǎo)體基板I (N型Si基板)的功函數(shù)的導(dǎo)電材料形成的。具體地，傳輸柵極203是利用功函數(shù)小于或等于4. 6eV，更加優(yōu)選地，小于或等于4. 3eV的導(dǎo)電材料形成的。可以使用例如諸如Ti、V、Ni、Zr、Ni、Mo、Ru、Hf、Ta、W或Pt等金屬、包含這些金屬之一的合金或者這些金屬之一的化合物作為具有上述功函數(shù)的導(dǎo)電材料。在本實施例中，在上述這些導(dǎo)電材料中，特別地，使用諸如Hf或Ta等金屬、包含這些金屬之一的合金或這些金屬之一的化合物是期望的。另外，例如，硅酸鉿(HfSi)的功函數(shù)為大約4. Γ4. 3eV。當(dāng)向上述構(gòu)造的傳輸柵極203施加接地電壓(OV)時，相比于P層6的溢出勢壘，基于傳輸柵極203的功函數(shù)與半導(dǎo)體基板I的功函數(shù)之間的關(guān)系能夠降低表面N層7關(guān)于電子的電位勢壘。即，在本實施例中，當(dāng)向傳輸柵極203施加接地電壓時，能夠獲得與例如在第一實施例中向傳輸柵極3施加正偏壓VM時獲得的狀態(tài)相同的狀態(tài)。在此情況下，通過與第一實施例相同的方式，光電ニ極管11中的過剩電子越過P層6 (溢出勢魚)被從光電ニ極管11的N層5排出至表面N層7。因此，在本實施例中，適當(dāng)?shù)剡x擇傳輸柵極203的形成材料(功函數(shù))，并因此能夠在不向傳輸柵極203單獨施加正偏壓VM的情況下排出光電ニ極管11中的過剩電子。另外，在本實施例中，在光電ニ極管11的信號電荷的完全傳輸時，用與第一實施例相同的方式， 例如向傳輸柵極203施加諸如電源電壓Vdd等高電平電壓VH，并且使得P層6的溢出勢壘消失。如上所述，在本實施例的CMOS圖像傳感器200中，適當(dāng)?shù)剡x擇傳輸柵極203的形成材料的功函數(shù)，并因此能夠控制光電ニ極管11中的過剩電子的溢出操作。另外，在溢出操作時，光電ニ極管11中的過剩電子的溢出路徑以與第一實施例相同的方式形成在半導(dǎo)體基板I的厚度方向上。因此，在本實施例的CMOS圖像傳感器200中，也能夠獲得與第一實施例相同的有益效果。3.第三實施例在第三實施例中，將說明改變了第一實施例的上述CMOS圖像傳感器100中的傳輸柵極的結(jié)構(gòu)的構(gòu)造示例。圖14至圖16圖示了本實施例的CMOS圖像傳感器中的像素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另外，圖14是圖示了光電ニ極管、傳輸晶體管和浮動擴(kuò)散區(qū)域之間的位置關(guān)系的示意性平面圖。另夕卜，圖15和圖16分別圖示了圖14中的XV-XV橫截面和XVI-XVI橫截面，并且圖15和圖16分別是光電ニ極管附近的示意性構(gòu)造橫截面圖。另外，在圖14至圖16中，出于簡化說明的目的，只圖示了與光電ニ極管11中過剩電子的排出操作相關(guān)的主要部分。其它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過與相關(guān)技術(shù)中的背面照射型CMOS圖像傳感器相同的方法來構(gòu)造。另外，在圖14至圖16中所示的本實施例中的CMOS圖像傳感器300中，將用相同的附圖標(biāo)記表示與圖3和圖4中所示的第一實施例的CMOS圖像傳感器100相同的構(gòu)造。本實施例的CMOS圖像傳感器300包括半導(dǎo)體基板301、形成于半導(dǎo)體基板301的基板表面301a上的預(yù)定區(qū)域中的柵極絕緣膜302和形成于柵極絕緣膜302上的傳輸晶體管12的傳輸柵極303 (TG)。另外，光電ニ極管11周圍的各種電路(各種晶體管)和CMOS圖像傳感器300的總體構(gòu)造與第一實施例的相同(參照圖I和圖2)。例如，半導(dǎo)體基板301是使用N型Si基板形成的，包括P阱4以及被形成為埋入P阱4中的N層5、P層6、表面N層7和浮動擴(kuò)散區(qū)域16。另外，可以用與第一實施方式中相應(yīng)部分相同的形成方式來形成P阱4、N層5、P層6、表面N層7和浮動擴(kuò)散區(qū)域16的構(gòu)造(例如，雜質(zhì)濃度和厚度等)。
另外，在本實施例的半導(dǎo)體基板301中，如圖15中所示，在表面N層7的區(qū)域中位于光電ニ極管11與浮動擴(kuò)散區(qū)域16之間的部分中，形成有在半導(dǎo)體基板301的厚度方向上從基板表面301a延伸至預(yù)定的深度位置的垂直孔301c。另外，在圖15中所示的示例中，垂直孔301c被形成為延伸至N層5的底部 附近(基板背面301b側(cè)的表面附近)。柵極絕緣膜302形成在表面N層7的表面和半導(dǎo)體基板301的壁面上,所述壁面限定了垂直孔301c。另外，以與第一實施例相同的方式，例如使用諸如SiO2膜等絕緣膜形成柵極絕緣膜302。傳輸柵極303形成在柵極絕緣膜302上從而與柵極絕緣膜302相接觸，并且是用形成在基板表面301a上方的頂面柵極電極部303a和埋入在垂直孔301c中的柱狀垂直柵極電極部303b構(gòu)成的。另外，以與第一實施例相同的方式，可以使用任意的導(dǎo)電材料形成傳輸柵極303，并且例如可以使用諸如摻雜有雜質(zhì)的多晶硅等材料形成。另外，雖然在本實施例中，如圖14至圖16中所示，圖示了垂直柵極電極部303b的周圍被表面N層7和P阱4覆蓋的構(gòu)造，但是本發(fā)明的實施例不限于該示例。例如，可以采用垂直柵極電極部303b的周圍被表面N層7覆蓋的構(gòu)造。在本實施例的CMOS圖像傳感器300中，以與第一實施例中相同的方式，適當(dāng)調(diào)節(jié)在光電ニ極管11的電子累積期間(光電轉(zhuǎn)換期間)向傳輸柵極303施加的柵極電壓VTG，并且由此進(jìn)行溢出操作。具體地，在光電ニ極管11的電子累積期間，向傳輸柵極303施加正偏壓VM，正偏壓VM處于使P層6的溢出勢壘消失的高電平電壓VH與使溢出勢壘進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)的低電平電壓VL之間。更加具體地，例如，在光電ニ極管11的電子累積期間(光電轉(zhuǎn)換期間)，向傳輸柵極303施加在范圍0〈VM〈Vdd內(nèi)的偏壓VM。在此情況下，由于光電ニ極管11的上部被頂面柵極電極部303a覆蓋，所以表面N層7關(guān)于電子的電位勢壘變得低于P層6的溢出勢壘。因此，在光電ニ極管11的電子累積期間(光電轉(zhuǎn)換期間)，光電ニ極管11中的過剩電子通過P層6和表面N層7被排出至浮動擴(kuò)散區(qū)域16。如上所述，在本實施例的CMOS圖像傳感器300中，以與第一實施例相同的方式，在電荷轉(zhuǎn)換期間也能夠?qū)⒐怆姤藰O管11中的過剩電子排出至像素的外部。另外，在此時，以與第一實施例相同的方式，光電ニ極管11中的過剩電子的溢出路徑形成于半導(dǎo)體基板301的厚度方向上。因此，當(dāng)以與本實施例的CMOS圖像傳感器300中相同的方式利用垂直傳輸柵極構(gòu)成傳輸柵極303吋，也能夠獲得與第一實施例相同的有益效果。另外，在本實施例中，由于垂直柵極電極部303b設(shè)置在傳輸柵極303中，所以當(dāng)光電ニ極管11內(nèi)的信號電荷被完全傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16時，傳輸溝道形成于垂直柵極電極部303b的延伸方向上。即，在本實施例中，當(dāng)光電ニ極管11內(nèi)的信號電荷被完全傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)域16時，能夠在半導(dǎo)體基板I的厚度方向上傳輸信號電荷。因此，在本實施例中，即使像素已經(jīng)微小化，仍能夠提高光電ニ極管11的飽和電荷量或靈敏度，并且能夠提高信號電荷的傳輸效率。4.第四實施例雖然在第一至第三實施例中，已經(jīng)說明了光電ニ極管中的過剩電子被排出至浮動擴(kuò)散區(qū)域的示例，但是本發(fā)明的實施例不限于這樣的示例，過剩電子的排出區(qū)域也可以被設(shè)置在不同于浮動擴(kuò)散區(qū)域的區(qū)域中。在第四實施例中，將說明這樣的構(gòu)造的示例。圖17和圖18圖示了本實施例的CMOS圖像傳感器中的光電ニ極管附近的示意性構(gòu)造。圖17是光電ニ極管附近的示意性構(gòu)造橫截面圖，圖18是圖示了光電ニ極管與溢出排放區(qū)之間的位置關(guān)系的示意性平面圖。然而，在這方面，圖17對應(yīng)于圖18中的XVII-XVII截面。另外，在圖17和圖18中，出于簡化說明的目的，只圖示了與光電ニ極管中過剩電子的排出操作(溢出操作)相關(guān)的主要部分。其它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過與相關(guān)技術(shù)中的背面照射型CMOS圖像傳感器相同的方法來構(gòu)造。另外，在圖17和圖18中所示的本實施例中的CMOS圖像傳感器400中，將用相同的附圖標(biāo)記表不與圖3和圖4中所不的第一實施例的CMOS圖像傳感器100相同的構(gòu)造。本實施例的CMOS圖像傳感器400包括半導(dǎo)體基板401、形成于半導(dǎo)體基板401的基板表面401a上的預(yù)定區(qū)域中的柵極絕緣膜402。此外，CMOS圖像傳感器400包括形成于 柵極絕緣膜402上的控制柵極403 (CG)和傳輸晶體管12的傳輸柵極3 (TG)。另外，由于可以通過與第一實施例相同的方式設(shè)置傳輸柵極3，所以將省略對其構(gòu)造的說明。例如，半導(dǎo)體基板401是使用N型Si基板形成的，并且包括P阱4以及被形成為埋入P阱4中的N層5、浮動擴(kuò)散區(qū)域16、P層404、表面N層405和溢出排放區(qū)406(0FD)。另外，可以用與第一實施例中的對應(yīng)部分相同的方式形成光電ニ極管的N層5和浮動擴(kuò)散區(qū)域16。P層404被形成為與N層5的基板表面401a側(cè)的表面的一部分相接觸。在本實施例中，P層404起到光電ニ極管11中的過剩電子的溢出勢壘的作用。另外，以與第一實施例中P層6相同的方式，P層404的雜質(zhì)濃度例如可以為大約IX IO17CnT3至IX 1018cnT3。表面N層405可以通過與第一實施例中的表面N層7相同的方式來設(shè)置。S卩，表面N層405形成在P層404的基板表面401a側(cè)的表面上從而與P層404相接觸，并且被形成為表面N層405的基板表面401a側(cè)的表面露出于基板表面401a。另外,表面N層405的N型雜質(zhì)濃度例如也可以為大約IX IO17CnT3至IX 1018cm_3，并且表面N層405的深度例如也可以為大約10 50nm。然而，在這方面，在本實施例中，如圖17和圖18中所示，表面N層405形成在P層404的區(qū)域上和位于光電ニ極管11與溢出排放區(qū)406之間的P阱4的區(qū)域上。即，在本實施例中，作為光電ニ極管11中的過剩電子的排出處的表面N層405與溢出排放區(qū)406相連。溢出排放區(qū)406是使用載流子極性為N型的雜質(zhì)層形成的，并且其雜質(zhì)濃度例如可以為大約lX102°cm_3。另外，雖然圖17和圖18中未圖示，溢出排放區(qū)406通過觸頭連接至電源電壓Vdd的供給端子。另外，在本實施例中，溢出排放區(qū)406形成在位于相鄰像素之間的分離部(分離區(qū)域)中，并且溢出排放區(qū)406是相鄰像素共用的。在圖17和圖18中，圖示了這樣的示例溢出排放區(qū)406形成于在ニ維方向上距相互鄰近的四個像素(N層5或光電ニ極管11)幾乎等距離的分離部中，并且ー個溢出排放區(qū)406是對應(yīng)的四個像素共用的。另外，本發(fā)明的實施例不限于此示例，并且各像素均可設(shè)置有一個溢出排放區(qū)406。然而，關(guān)于這點，就CMOS圖像傳感器400的微小化等而論，多個像素通過與本實施例中相同的方式共用ー個溢出排放區(qū)406是期望的。
柵極絕緣膜402形成在表面N層405的區(qū)域和傳輸晶體管12的溝道部分上。另夕卜，以與第一實施例中柵極絕緣膜2相同的方式，例如使用諸如SiO2膜等絕緣膜形成柵極絕緣膜402?？刂茤艠O403形成在形成于表面N層405的區(qū)域中的柵極絕緣膜402上從而與柵極絕緣膜402接觸。S卩，控制柵極403被形成為隔著柵極絕緣膜402覆蓋表面N層405的區(qū)域。另外，以與傳輸柵極3相同的方式，可以使用任意導(dǎo)電材料形成控制柵極403，并且例如可以使用諸如摻雜有雜質(zhì)的多晶硅等材料形成。另外，以與傳輸柵極3相同的方式，控制柵極403的厚度可以為大約10(T300nm。在具有上述結(jié)構(gòu)的本實施例的CMOS圖像傳感器400中，以與第一實施例相同的方式，適當(dāng)調(diào)節(jié)在光電ニ極管11的電子累積期間(光電轉(zhuǎn)換期間)向控制柵極403施加的柵極電壓VTG，并且由此進(jìn)行溢出操作。
具體地，在光電ニ極管11的電子累積期間，向控制柵極403施加正偏壓VM，正偏壓VM處于使P層404的溢出勢壘消失的高電平電壓VH與使P層404進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)的低電平電壓VL之間。更加具體地，例如，在光電ニ極管11的電子累積期間(光電轉(zhuǎn)換期間)，向控制柵極403施加在范圍0〈VM〈Vdd內(nèi)的偏壓VM。在此情況下，由于形成在光電ニ極管11的上部的表面N層405被控制柵極403覆蓋，所以表面N層405的電位勢壘變得低于P層404的溢出勢壘。因此，在光電ニ極管11的電子累積期間，光電ニ極管11中的過剩電子通過P層404和表面N層405被排出至溢出排放區(qū)406。另外，在該溢出操作時施加至控制柵極403的電壓信號例如是從CMOS圖像傳感器400的垂直驅(qū)動部102 (參照圖I)提供的。如上所述，在本實施例的CMOS圖像傳感器400中，以與第一實施例相同的方式，在電荷轉(zhuǎn)換期間也能夠?qū)⒐怆姤藰O管11中的過剩電子排出至像素的外部。另外，在此時，以與第一實施例相同的方式，光電ニ極管11中的過剩電子的溢出路徑形成于半導(dǎo)體基板401的厚度方向上。因此，在本實施例的CMOS圖像傳感器400中，也能夠獲得與第一實施例相同的有益效果。5.各種變形例接著，將說明上述各實施例的CMOS圖像傳感器的變形例。第一變形例雖然在第三和第四實施例中已經(jīng)說明了在光電ニ極管的電子累積期間基于施加至傳輸柵極或控制柵極的電壓來控制表面N層的電位勢壘的示例，但是本發(fā)明的實施例不限于這些示例。例如，第二實施例的結(jié)構(gòu)可以適用于第三和第四實施例。S卩，在第三實施例和第四實施例的結(jié)構(gòu)中，可以使用具有比半導(dǎo)體基板(N型Si基板)的功函數(shù)小的功函數(shù)(小于或等于4. 6eV，更加優(yōu)選地，小于或等于4. 3eV)的導(dǎo)電材料形成傳輸柵極或控制柵極。在此情況下，也能夠獲得與上述各種實施例相同的有益效果。第二變形例雖然在第一至第三實施例中已經(jīng)說明了通過傳輸柵極控制表面N層的電位勢壘的示例，但是本發(fā)明的實施例不限于這些示例?？梢酝瑫r設(shè)置傳輸柵極與用來控制表面N層的電位勢壘的控制柵極，并且可以使用控制柵極與傳輸柵極一起來控制表面N層的電位勢壘。在此情況下，例如，在半導(dǎo)體基板的基板表面上，可以在位于光電ニ極管與浮動擴(kuò)散區(qū)域之間的溝道部上方形成傳輸柵極，并且可以將控制柵極形成為覆蓋著光電ニ極管的N層(或P層)。例如，當(dāng)將該示例的構(gòu)造應(yīng)用于第一至第三實施例時，在光電ニ極管的電子累積期間施加至傳輸柵極的電壓和控制柵極的電壓都被設(shè)定為正偏壓VM (例如，0〈VM〈Vdd)，從而控制溢出操作。另外，當(dāng)將該示例的構(gòu)造應(yīng)用于例如第二實施例時，傳輸柵極和控制柵極都是使用具有比半導(dǎo)體基板(N型Si基板)的功函數(shù)小的功函數(shù)(小于或等于4. 6eV，更加優(yōu)選地，小于或等于4. 3eV)的導(dǎo)電材料形成的。另外，在光電ニ極管的電子累積期間，可以通過向傳輸柵極和控制柵極施加接地電壓來控制溢出操作。通過采用上述構(gòu)造，能夠以與上述各種實施例相同的方式形成像素內(nèi)的溢出路徑，并且能夠獲得與上述各種實施例相同的有益效果。另外，本示例的構(gòu)造不僅適于過剩電子的排出操作，還適合于例如需要単獨地精確地控制諸如光電ニ極管的釘扎效應(yīng)和信號電荷的完全傳輸?shù)雀鞣N操作的用途。第三變形例雖然在上述各種實施例中，已經(jīng)說明了表面N層被形成為覆蓋著形成于光電ニ極管的N層上的P層的基板表面?zhèn)鹊娜勘砻娴氖纠潜景l(fā)明的實施例不限于此示例。如果表面N層與作為過剩電子的傳輸目的地的浮動擴(kuò)散區(qū)域或溢出排放區(qū)相連，則表面N層可以被形成為覆蓋P層的表面的一部分。在此情況下，在溢出操作時，也能夠以與上述各種實施例相同的方式在半導(dǎo)體基板的厚度方向上形成溢出路徑，并且最終能夠通過溢出路徑將過剩電子排出至浮動擴(kuò)散區(qū)域或溢出排放區(qū)。因此，在本示例的構(gòu)造中，也能夠獲得與上述各種實施例相同的有益效
果O第四變形例在上述各種實施例的CMOS圖像傳感器中，可以反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體基板內(nèi)的各種層和各種區(qū)域的導(dǎo)電型(N型或P型)。具體地，雖然在上述各種實施例的CMOS圖像傳感器中，已經(jīng)說明了信號電荷對應(yīng)于電子的示例，但是光電ニ極管可以形成在使用P型雜質(zhì)層的N型半導(dǎo)體基板內(nèi)并且可以使用正空穴作為信號電荷。另外，在上述第四實施例(參見圖17和圖18)中，當(dāng)反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體基板內(nèi)的各種層和各種區(qū)域的導(dǎo)電型(N型或P型)時，溢出排放區(qū)406與接地電壓(OV)的端子相連。以這樣的方式，即使反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體基板內(nèi)的各種層和各種區(qū)域的導(dǎo)電型(N型或P型)，仍可以用相同的方式適用上述各種實施例中的光電ニ極管中的過剩電荷的排出技木，并且能夠獲得與上述各種實施例相同的有益效果。第五變形例雖然在上述各種實施例中已經(jīng)說明了將本發(fā)明實施例的光電ニ極管中的過剩電荷的排出技術(shù)應(yīng)用于背面照射型CMOS圖像傳感器的示例，但是本發(fā)明實施例不限于該示例。本發(fā)明實施例的光電ニ極管中的過剩電荷的排出技術(shù)也可以應(yīng)用于前面照射型CMOS圖像傳感器。在此情況下，在像素內(nèi)形成有兩條溢出路徑，即通過N型硅基板的路徑以及在厚度方向上通過P層和表面N層的路徑。因此，在此情況下，也能夠更加可靠地排出光電ニ極管的過剩電荷，并且能夠進(jìn)一歩抑制例如暈染或混色等的發(fā)生。另外，在此情況下，期望例如傳輸柵極是使用諸如銦錫氧化物(ITO)等透明電極形成的。第六變形例雖然在上述各種實施例中，已經(jīng)例舉并說明了多個像素以矩陣的形式ニ維布置的CMOS圖像傳感器作為示例，但是本發(fā)明的實施例不限于此示例。上述各種實施例中的光電ニ極管中的過剩電荷的排出技術(shù)例如可以適用于像素陣列部的各列布置有列處理部的列方式的普通固體攝像裝置，并且能夠獲得與上述各種實施例相同的有益效果。第七變形例上述各種實施例中的光電ニ極管中的過剩電荷的排出技術(shù)不僅可以適用于檢測可見光的入射光量的分布并拍攝圖像的固體攝像裝置，還可以適用于檢測其它波長區(qū)域中的光束的固體攝像裝置。
例如，上述各種實施例中的過剩電荷的排出技術(shù)還可以適用于獲取紅外線、X射線或粒子等的入射量的分布作為圖像的固體攝像裝置。此外，在廣義上，上述各種實施例中的過剩電荷的排出技術(shù)還可以適用于諸如指紋檢測傳感器等檢測諸如壓カ或電容等其它物理量的分布并且獲取這樣的分布作為圖像的固體攝像裝置(用于檢測物理量分布的裝置)。另外，本發(fā)明的實施例也可以包括下面的構(gòu)造。(I) ー種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括基板；光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部設(shè)置在所述基板內(nèi)，所述光電轉(zhuǎn)換部包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷；雜質(zhì)區(qū)域部，所述雜質(zhì)區(qū)域部設(shè)置在所述基板內(nèi)，其中所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性為所述第一導(dǎo)電型；第二雜質(zhì)層，所述第二雜質(zhì)層形成在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的ー個表面?zhèn)鹊谋砻嫔喜⑶遗c所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，其中所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；第三雜質(zhì)層，所述第三雜質(zhì)層形成在所述第二雜質(zhì)層上并與所述第二雜質(zhì)層接觸，并且所述第三雜質(zhì)層與所述雜質(zhì)區(qū)域部相連，其中所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型；以及柵極電極，所述柵極電極形成在所述第三雜質(zhì)層上方從而覆蓋著所述第三雜質(zhì)層。( 2 )根據(jù)(I)所述的固體攝像裝置，其中設(shè)使得所述光電轉(zhuǎn)換部與所述雜質(zhì)區(qū)域部之間成為導(dǎo)通狀態(tài)時施加至所述柵極電極的電壓為第一電壓，并且設(shè)使得所述光電轉(zhuǎn)換部與所述雜質(zhì)區(qū)域部之間成為非導(dǎo)通狀態(tài)時施加至所述柵極電極的電壓為第二電壓，則在所述光電轉(zhuǎn)換部的光電轉(zhuǎn)換期間向所述柵極電極施加小于所述第一電壓并大于所述第二電壓的第三電壓。( 3 )根據(jù)(I)所述的固體攝像裝置，其中所述柵極電極的功函數(shù)小于或等于4. 6eV。(4)根據(jù)(I)至(3)中任一項所述的固體攝像裝置，還包括浮動擴(kuò)散區(qū)域部，所述浮動擴(kuò)散區(qū)域部將所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的所述信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓；以及傳輸晶體管，所述傳輸晶體管被設(shè)置來將所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的所述信號電荷傳輸至所述浮動擴(kuò)散區(qū)域部，其中所述雜質(zhì)區(qū)域部是所述浮動擴(kuò)散區(qū)域部，并且所述柵極電極是所述傳輸晶體管的傳輸柵扱。(5)根據(jù)(4)所述的固體攝像裝置，其中所述柵極電極包括在所述基板的厚度方向上延伸的垂直柵極電極部，并且所述垂直柵極電極部形成在所述光電轉(zhuǎn)換部與所述雜質(zhì)區(qū)域部之間的部分區(qū)域中。( 6 )根據(jù)(I)至(3 )中任一項所述的固體攝像裝置，還包括 多個像素，所述多個像素分別被設(shè)置為包括所述光電轉(zhuǎn)換部、所述第二雜質(zhì)層、所述第三雜質(zhì)層和所述柵極電極，其中所述雜質(zhì)區(qū)域部形成在相互鄰近的所述像素之間的分離區(qū)域中，并且所述相互鄰近的像素共用所述雜質(zhì)區(qū)域部。( 7 )根據(jù)(I)至(6 )中任一項所述的固體攝像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部從所述基板的另ー表面?zhèn)仁芄狻?8)根據(jù)(I)至(7)中任一項所述的固體攝像裝置，其中所述第一導(dǎo)電型為N型，并且所述第二導(dǎo)電型為P型。(9) ー種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括固體攝像裝置和被設(shè)置來對來自所述固體攝像裝置的輸出信號進(jìn)行預(yù)定的處理的信號處理電路，所述固體攝像裝置包括基板；光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部設(shè)置在所述基板內(nèi)，所述光電轉(zhuǎn)換部包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷；雜質(zhì)區(qū)域部，所述雜質(zhì)區(qū)域部設(shè)置在所述基板內(nèi)，其中所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性為所述第一導(dǎo)電型；第二雜質(zhì)層，所述第二雜質(zhì)層形成在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的ー個表面?zhèn)鹊谋砻嫔喜⑶遗c所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，其中所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；第三雜質(zhì)層，所述第三雜質(zhì)層形成在所述第二雜質(zhì)層上并與所述第二雜質(zhì)層接觸，并且所述第三雜質(zhì)層與所述雜質(zhì)區(qū)域部相連，其中所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型；柵極電極，所述柵極電極形成在所述第三雜質(zhì)層上方從而覆蓋著所述第三雜質(zhì)層。(10) ー種固體攝像裝置的制造方法，所述方法包括以下步驟在基板內(nèi)形成光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被設(shè)置為包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷；在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的ー個表面?zhèn)鹊谋砻嫔闲纬傻诙s質(zhì)層從而使得所述第二雜質(zhì)層與所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；
在所述第二雜質(zhì)層上形成第三雜質(zhì)層從而使得所述第三雜質(zhì)層與所述第二雜質(zhì)層接觸，所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型；在所述第三雜質(zhì)層上方形成柵極電扱，從而使得所述柵極電極覆蓋著所述第三雜質(zhì)層；并且在所述基板內(nèi)形成雜質(zhì)區(qū)域部從而使得所述雜質(zhì)區(qū)域部與所述第三雜質(zhì)層相連，所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以在本發(fā)明隨附的權(quán)利
要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合以及改變。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括 基板； 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部設(shè)置在所述基板內(nèi)，所述光電轉(zhuǎn)換部包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷； 雜質(zhì)區(qū)域部，所述雜質(zhì)區(qū)域部設(shè)置在所述基板內(nèi)，其中，所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性為所述第一導(dǎo)電型； 第二雜質(zhì)層，所述第二雜質(zhì)層形成在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的一個表面?zhèn)鹊谋砻嫔喜⑶遗c所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，其中，所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型； 第三雜質(zhì)層，所述第三雜質(zhì)層形成在所述第二雜質(zhì)層上并與所述第二雜質(zhì)層接觸，并且所述第三雜質(zhì)層與所述雜質(zhì)區(qū)域部相連，其中，所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型；以及 柵極電極，所述柵極電極形成在所述第三雜質(zhì)層上方從而覆蓋著所述第三雜質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像裝置，其中， 設(shè)使得所述光電轉(zhuǎn)換部與所述雜質(zhì)區(qū)域部之間成為導(dǎo)通狀態(tài)時施加至所述柵極電極的電壓為第一電壓，并且設(shè)使得所述光電轉(zhuǎn)換部與所述雜質(zhì)區(qū)域部之間成為非導(dǎo)通狀態(tài)時施加至所述柵極電極的電壓為第二電壓，則在所述光電轉(zhuǎn)換部的光電轉(zhuǎn)換期間向所述柵極電極施加小于所述第一電壓并大于所述第二電壓的第三電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像裝置，其中， 所述柵極電極的功函數(shù)小于或等于4. 6eV。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，還包括 浮動擴(kuò)散區(qū)域部，所述浮動擴(kuò)散區(qū)域部將所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的所述信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓；以及 傳輸晶體管，所述傳輸晶體管用于將所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的所述信號電荷傳輸至所述浮動擴(kuò)散區(qū)域部，其中， 所述雜質(zhì)區(qū)域部是所述浮動擴(kuò)散區(qū)域部，并且 所述柵極電極是所述傳輸晶體管的傳輸柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置，其中， 所述柵極電極包括在所述基板的厚度方向上延伸的垂直柵極電極部，并且 所述垂直柵極電極部形成在所述光電轉(zhuǎn)換部與所述雜質(zhì)區(qū)域部之間的部分區(qū)域中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，還包括 多個像素，各個所述像素包括所述光電轉(zhuǎn)換部、所述第二雜質(zhì)層、所述第三雜質(zhì)層和所述柵極電極，其中， 所述雜質(zhì)區(qū)域部形成在相互鄰近的所述像素之間的分離區(qū)域中，并且所述相互鄰近的像素共用所述雜質(zhì)區(qū)域部。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部從所述基板的另一表面?zhèn)冉邮展狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像裝置，其中，所述第一導(dǎo)電型為N型，并且所述第二導(dǎo)電型為P型。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像裝置，其中，所述雜質(zhì)區(qū)域部的雜質(zhì)濃度高于所述第三雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度。
10.一種電子設(shè)備，其包括 權(quán)利要求I 9中任一項所述的固體攝像裝置，以及 信號處理電路，其對來自所述固體攝像裝置的輸出信號進(jìn)行預(yù)定的處理。
11.一種固體攝像裝置的制造方法，所述 方法包括以下步驟 在基板內(nèi)形成光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層并且將入射光光電轉(zhuǎn)換為信號電荷； 在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的一個表面?zhèn)鹊谋砻嫔闲纬傻诙s質(zhì)層，使得所述第二雜質(zhì)層與所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸，所述第二雜質(zhì)層的載流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型； 在所述第二雜質(zhì)層上與所述第二雜質(zhì)層相接觸地形成第三雜質(zhì)層，所述第三雜質(zhì)層的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型； 以覆蓋所述第三雜質(zhì)層的方式在所述第三雜質(zhì)層上方形成柵極電極；并且在所述基板內(nèi)形成雜質(zhì)區(qū)域部從而使得所述雜質(zhì)區(qū)域部與所述第三雜質(zhì)層相連，所述雜質(zhì)區(qū)域部的載流子極性是所述第一導(dǎo)電型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固體攝像裝置、固體攝像裝置的制造方法和電子設(shè)備。在固體攝像裝置的制造方法中，在基板內(nèi)形成包括載流子極性為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換部；在所述第一雜質(zhì)層的位于所述基板的一個表面?zhèn)鹊谋砻嫔闲纬奢d流子極性為與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)層從而使得所述第二雜質(zhì)層與所述第一雜質(zhì)層的所述表面接觸；在所述第二雜質(zhì)層上形成載流子極性是所述第一導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)層從而使其與所述第二雜質(zhì)層接觸；并且在所述基板內(nèi)形成載流子極性是所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)域部從而使其與所述第三雜質(zhì)層相連。所述電子設(shè)備包括所述固體攝像裝置。本發(fā)明能夠進(jìn)一步抑制諸如暈染或混色等的發(fā)生。
文檔編號H01L27/146GK102867834SQ20121021623
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者大理洋征龍 申請人:索尼公司