[发明专利]固态图像捕捉元件及其驱动、制造方法及电子信息设备

说明书

根据美国法典第35条119(a)款，本非临时申请要求2009年4月10日在日本提交的专利申请No.2009-096445和2009年8月31日在日本提交的No.2009-200447的优先权，该申请全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及：由用于对来自对象(subject)的图像光执行光电转换并捕捉其图像的半导体元件组成的固态图像捕捉元件、用于驱动该固态图像捕捉元件的方法、以及用于制造该固态图像捕捉元件的方法，更具体而言，涉及诸如MOS型图像传感器等能够以低电功率消耗被驱动的固态图像捕捉元件、用于驱动该固态图像捕捉元件的方法、以及用于制造该固态图像捕捉元件的方法；以及电子信息设备，诸如数字摄像机(例如数字视频摄像机或数字静止摄像机)、图像输入摄像机(例如监控摄像机)、扫描仪、传真机、电视电话设备和装配摄像机的蜂窝电话设备，包括固态图像捕捉元件作为在其图像捕捉部中使用的图像输入设备。

背景技术

例如，CCD型固态图像捕捉元件、MOS型固态图像捕捉元件及其它半导体图像传感器对于批量生产而言是优良的，因此，按照传统已被用作诸如数字视频摄像机和数字静止摄像机等数字摄像机、装配摄像机的蜂窝电话设备及其它便携式电子信息设备中的图像输入设备。

此类传统便携式电子信息设备由电池来驱动，因此，实现驱动电力的电压的降低和电功率消耗的降低是重要的。此外，实现成本的降低和模块尺寸的缩小也是重要的。

因此，在用于便携式电子信息设备中的固态图像捕捉元件的领域中，MOS型固态图像捕捉元件比CCD型固态图像捕捉元件消耗较少的电功率。另外，通过使用传统CMOS处理技术，成本降低变成可能。通过在同一芯片上形成传感器元件及其外围电路元件，模块尺寸的减小变成可能。由于此类及其它优点，MOS型固态图像捕捉元件更加引人注意。

另外，具有掩埋光电二极管作为光信号检测部的传统MOS型固态图像捕捉元件在实现噪声降低方面明显有利，并且能够获得高质量图像。

图9(a)是作为参考文献1中的传统示例公开的传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图，其示出用于一个像素的固态图像捕捉元件。图9(b)和9(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、在栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成，并被沿着图9(a)中的虚线a-a’截取。图9(b)是施加于转移栅极(transfer gate)电极的转移脉冲f_TX处于低电平的情况下的电位分布图。图9(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲f_TX处于高电平的情况下的电位分布图。

图9(a)和9(b)示出具有掩埋光电二极管的传统型MOS型图像传感器100和施加于转移栅极电极106的转移脉冲f_TX处于低电平的情况。在这里，在P型阱区102中形成的光电转换和积聚部103被半导体衬底表面中的P型钉扎层(pinning layer)104与半导体衬底表面分离。这防止在P型阱区102与在半导体衬底101中形成的绝缘膜105之间的界面处产生的噪声电荷流入光电转换和积聚部103中而成为暗电压分量。

然而，在图9(c)所示的施加于转移栅极电极106的转移脉冲f_TX处于高电平的情况下，半导体衬底的表面中的P型钉扎层104对电荷转移路径a-a’有影响，并形成位垒，该位垒是光信号电荷从光电转换和积聚部103转移到电荷检测部107的障碍。

由于位垒，当读取信号电荷时，信号电荷仍留在光电转换和积聚部103中且来自光电二极管的信号电荷不能被完全转移。这种情况导致诸如产生噪声、难以降低噪声、产生余像等问题。

为了防止产生此类余像，参考文献1公开了一种用于改变光电转换和积聚部103与相对于转移栅极电极106位于其之上的高浓度、P型钉扎层104之间的位置关系的方法，如图10(a)至10(c)所示。

图10(a)是作为参考文献1中的传统示例公开的另一传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图。图10(b)和10(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、转移栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成，且被沿着图10(a)中的虚线a-a’截取。图10(b)是施加于转移栅极电极的转移脉冲f_TX处于低电平的情况下的电位分布图。图10(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲f_TX处于高电平的情况下的电位分布图。