電荷耦合元件及其制造方法、以及固體攝像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將所入射的能量線(光/X射線)轉(zhuǎn)換為電荷(電子)，使半導(dǎo)體內(nèi)部的電位發(fā)生變化，由此傳送所轉(zhuǎn)換的電荷的電荷耦合元件(CCD)及其制造方法、以及具備該電荷耦合元件的固體攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，已知有多種將所入射的能量線轉(zhuǎn)換為電荷的固體攝像元件(參照專利文獻(xiàn)I?3)。尤其是，在醫(yī)療領(lǐng)域等中的電荷耦合元件中，要求像素尺寸較大者。這是因?yàn)?，若使用較大尺寸的像素，則能夠減少電荷的傳送次數(shù)。
[0003][【背景技術(shù)】文獻(xiàn)]
[0004][專利文獻(xiàn)]
[0005]專利文獻(xiàn)I:日本專利文獻(xiàn)特開2004-303982號公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本專利文獻(xiàn)特開2012-151364號公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本專利文獻(xiàn)特開平6-283704號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008][發(fā)明所要解決的問題]
[0009]然而，在電荷親合元件中，利用稱為邊緣電場(fringing electric field)的電位傾斜，傳送已產(chǎn)生的電荷，但存在如下傾向:若像素尺寸變大，則在像素的中央部中，電位相對于位置變得平坦，難以傳送電荷。
[0010]本發(fā)明是鑒于這些問題而開發(fā)的，其目的在于提供一種將所入射的能量線轉(zhuǎn)換為電荷之后，能夠充分傳送該電荷的電荷耦合元件及其制造方法、以及具備該電荷耦合元件的固體攝像裝置。
[0011][解決問題的技術(shù)手段]
[0012]為了解決上述問題，本發(fā)明的電荷耦合元件具備:半導(dǎo)體基板，其具有排列于一個方向的多個像素區(qū)域；以及絕緣膜，其設(shè)置于上述半導(dǎo)體基板上;該電荷耦合元件的特征在于，各個像素區(qū)域具備:光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，其對所入射的能量線進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換;傾斜電位形成構(gòu)件，其在上述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)形成促進(jìn)沿著上述一個方向的電荷的傳送的電位傾斜;第一傳送電極，其設(shè)置于上述絕緣膜上;第二傳送電極，其設(shè)置于上述絕緣膜上，且配置于上述第一傳送電極與鄰接于該像素區(qū)域的像素區(qū)域之間；屏障區(qū)域，其位于上述半導(dǎo)體基板中的上述第一傳送電極的正下方；以及電荷儲存區(qū)域，其位于上述半導(dǎo)體基板中的上述第二傳送電極的正下方;且上述屏障區(qū)域的雜質(zhì)濃度低于上述電荷儲存區(qū)域的雜質(zhì)濃度，上述第一傳送電極與上述第二傳送電極電連接。
[0013]通過傾斜電位形成構(gòu)件，即使在像素尺寸較大的情形下，也能夠?qū)⒃诠怆娹D(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的電荷向一個方向上充分傳送。經(jīng)傳送的電荷經(jīng)由屏障區(qū)域而被傳送至電荷儲存區(qū)域。屏障區(qū)域及電荷儲存區(qū)域的無偏壓狀態(tài)的電位(potential)因雜質(zhì)濃度差而不同，電荷儲存區(qū)域較深，容易儲存電荷。另一方面，在這些屏障區(qū)域及電荷儲存區(qū)域中，通過電連接的第一及第二傳送電極，經(jīng)由絕緣膜，而被給予相同電位。因此，通過使向第一及第二傳送電極的施加電位上下波動，而能夠經(jīng)由屏障區(qū)域?qū)㈦姾蓛Υ嬗陔姾蓛Υ鎱^(qū)域(第一狀態(tài))，將經(jīng)儲存的電荷向后段的像素傳送(第二狀態(tài))。
[0014]另外，上述第一傳送電極及上述第二傳送電極也可以由I個共用電極構(gòu)成。在此情況下，具有結(jié)構(gòu)被簡化的效果。
[0015]另外，該電荷耦合元件的特征在于，在某像素區(qū)域中的上述電荷儲存區(qū)域與鄰接于該像素區(qū)域的后段的像素區(qū)域中的上述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域之間，形成有雜質(zhì)濃度低于上述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的電位障壁區(qū)域。如此，在存在雜質(zhì)濃度較低的電位障壁區(qū)域的情況下，能夠防止自后段的像素區(qū)域向?qū)ο蟮南袼貐^(qū)域的電荷儲存區(qū)域的電荷的逆流。
[0016]該電荷耦合元件的特征在于，上述傾斜電位形成構(gòu)件是位于上述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的正上方、且設(shè)置于上述絕緣膜上的電阻性柵極電極(resistive gate electrode)，在上述電阻性柵極電極的上述一個方向的兩端間施加有特定的固定電壓。通過配置電阻性柵極電極且對其兩端間施加固定電壓，而能夠在電阻性柵極電極的正下方的半導(dǎo)體區(qū)域中形成電位傾斜。因此，在使用大面積的像素的情況下，也能夠充分地傳送電荷。
[0017]在電阻性柵極電極或傳送電極中，可以從驅(qū)動電路給予電位。驅(qū)動電路通過控制裝置而被控制。
[0018]本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于，具備:上述電荷耦合元件;驅(qū)動電路，其驅(qū)動上述電荷耦合元件;及控制裝置，其控制上述驅(qū)動電路;上述控制裝置以上述第一及第二傳送電極的電位同時(shí)上下振動的方式控制上述驅(qū)動電路。在該情形下，通過電位的上下波動，而能夠交替地形成上述第一狀態(tài)及第二狀態(tài)。
[0019]另外，一種電荷耦合元件的制造方法，其是制造具備上述共用電極的電荷耦合元件的方法，其特征在于，上述屏障區(qū)域是，通過將成為上述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的雜質(zhì)添加至上述半導(dǎo)體基板的表面之后，添加一部分與由添加而形成的半導(dǎo)體區(qū)域相反的導(dǎo)電型的雜質(zhì)進(jìn)行載流子補(bǔ)償(carrier compensat1n)而形成的。通過載流子補(bǔ)償，能夠容易地形成低濃度的屏障區(qū)域。
[0020][發(fā)明效果]
[0021]根據(jù)本發(fā)明的電荷耦合元件及固體攝像裝置，能夠?qū)⑺肷涞哪芰烤€轉(zhuǎn)換為電荷之后，充分地傳送該電荷，且若使用其制造方法，則能夠容易地制造其屏障區(qū)域的部分。
【附圖說明】
[0022]圖1是表示具備電荷耦合元件的固體攝像裝置的平面構(gòu)成的圖。
[0023]圖2是圖1所示電荷耦合元件的剖視圖(I1-1I箭頭線剖面)。
[0024]圖3是圖1所示電荷耦合元件的剖視圖(II1-1II箭頭線剖面)。
[0025]圖4是用以說明垂直方向的像素行中的電位變化的圖。
[0026]圖5是表示各信號的電位變化的圖表。
[0027]圖6是電阻性柵極電極的俯視圖。
[0028]圖7是第一形態(tài)的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的俯視圖。
[0029]圖8是第二形態(tài)的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的俯視圖。
[0030]圖9是第三形態(tài)的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的俯視圖。
[0031]圖10是用以說明垂直方向的像素行的終端部的電荷耦合元件的局部性俯視圖。
[0032]圖11是圖10所示電荷耦合元件的剖視圖(A-A箭頭線剖面)。
[0033]圖12是用以說明垂直方向的像素行的終端部的電荷耦合元件的局部性俯視圖。
[0034]圖13是圖12所示電荷耦合元件的剖視圖(A-A箭頭線剖面)(圖13(A))、沿著該剖面的X軸方向的電位圖(B)、(C)。
[0035]圖14是將最終段的像素中的電荷儲存區(qū)域變形的情況下的電荷耦合元件的局部性俯視圖。
[0036]圖15是變形結(jié)構(gòu)的電荷耦合元件的剖視圖。
[0037]圖16是用以說明垂直方向的像素行中的電位變化的圖。
[0038]圖17是背面照射型的電荷耦合元件的局部性剖視圖。
[0039]圖18是共用傳送電極的情況下的電荷耦合元件的傳送電極附近的剖視圖。
[0040]圖19是用以對雜質(zhì)注入進(jìn)行說明的圖。
[0041 ]圖20是表不電子傳送方向的位置(μπι)與電位(V)及電子移動時(shí)間(ys)的關(guān)系的曲線圖。
[0042]符號說明
[0043]10半導(dǎo)體基板
[0044]B 屏障區(qū)域
[0045]SI光電轉(zhuǎn)換區(qū)域
[0046]S2電荷儲存區(qū)域
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下，對實(shí)施形態(tài)相關(guān)的電荷耦合元件及其制造方法、以及具備該電荷耦合元件的固體攝像裝置進(jìn)行說明。另外，對相同要素使用相同符號，并省略重復(fù)說明。
[0048]首先，對完成本發(fā)明的前提進(jìn)行說明。首先，在電荷親合元件(CCD)中，調(diào)查在I個像素內(nèi)通過能量線(光/X射線等)的入射而產(chǎn)生的電子的行為。以下，對于CCD構(gòu)成中一般的2相驅(qū)動型CCD進(jìn)行說明。像素由屏障區(qū)域及電荷儲存區(qū)域構(gòu)成。屏障區(qū)域與電荷儲存區(qū)域成為I對，且被給予共同的偏壓。在相同偏壓下，屏障區(qū)域的電位較電荷儲存區(qū)域的電位淺。一個像素由2對屏障區(qū)域與電荷儲存區(qū)域而構(gòu)成。
[0049]圖20是表不電子傳送方向的位置(μπι)與電位(V)及電子移動時(shí)間(ys)的關(guān)系的曲線圖。
[0050]在正方形的像素尺寸為24μπι、48μπι、96μπι的情況下，成為如圖中的線所示的電位分布。從位置為Ομ??的地點(diǎn)起，向負(fù)方向延伸且電位大致向上增加的區(qū)域?yàn)榈谝黄琳蠀^(qū)域，從位置為Ομ??的地點(diǎn)起向正方向延伸的大致平坦的區(qū)域?yàn)榈谝浑姾蓛Υ鎱^(qū)域，其次