[发明专利]固体摄像装置及其制造方法以及电子装置

说明书

本申请是申请日为2009年6月26日、发明名称为“固体摄像装置和电子装置”的第200910142237.2号专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本发明包含与2008年6月27日向日本专利局提交的日本专利申请JP2008-169447相关的主题，将该申请的全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及固体摄像装置以及包括该固体摄像装置的电子装置。

背景技术

固体摄像装置主要分为以CCD(电荷耦合装置)图像传感器为代表的电荷传输型固体摄像装置以及以诸如CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器的MOS型图像传感器为代表的放大型固体摄像装置。将CCD图像传感器与MOS型图像传感器进行比较，在CCD图像传感器中传输信号电荷需要高的驱动电压，因而，与MOS型图像传感器相比，电源电压必然变高。

因此，作为近年来装载于诸如带有相机的蜂窝电话或PDA(个人数字助理)的移动设备上的固体摄像装置，MOS型图像传感器应用更为广泛，其电源电压低于CCD图像传感器，并且从功耗等角度比CCD图像传感器更有优势。

在MOS型图像传感器中，单位像素包括作为光电转换部的光电二极管以及多个MOS晶体管，并且MOS型图像传感器包括由多个单位像素以矩阵形式排列的摄像区域以及周边电路区域。

图15表示出了普通的MOS型图像传感器中像素的电荷读出部的主要部分。在该像素中，作为光电转换部的光电二极管102以及n型半导体区域即浮动扩散区域103形成于半导体基板101上，其中光电二极管102的信号电荷被读出至浮动扩散区域103。在光电二极管102和浮动扩散区域103之间形成传输晶体管Tr1，其中，隔着栅极绝缘膜104形成栅极(所谓的传输栅极)105，这样就形成了电荷读出部。

光电二极管102构造为嵌入型光电二极管，其包括作为电荷累积区域的n型半导体区域107以及形成于其表面的界面部分处的所谓p型累积层108的p型半导体区域。光电二极管102构造为所谓的HAD(空穴累积二极管)传感器。在栅极105的侧壁处，形成由绝缘层构成的侧壁106。

在电荷累积期间，0V施加于栅极105上以使传输晶体管Tr1处于截止(OFF)状态，从而在光电二极管102中累积信号电荷。在读出时，正电压施加于栅极105以将累积于光电二极管102中的信号电荷传输至浮动扩散区域103。

在光电二极管102中，根据入射光量的信号电荷以及即使没有入射光时流入光电二极管102中的暗电流分量(暗电子)在电荷累积时间段内被累积。暗电子是从栅极105下面的绝缘膜和硅区域之间的界面所产生的电子，这些暗电子是导致白点产生的固定模式噪声。

作为一种用于改善上述问题的技术，JP-A-2002-2 17397(专利文献1)提出了通过在电荷累积期间向传输晶体管的栅极施加负电压来减小暗电流的MOS图像传感器。该MOS图像传感器具有这样结构，即如图16所示，在电荷累积期间，负电压-V施加于传输晶体管Tr1的栅极105。在此结构中，通过向栅极105施加负电压-V，在栅极105正下方诱导空穴(正空穴)“h”以使传输晶体管Tr1处于截止(OFF)状态，同时也在栅极105附近的侧壁106正下方通过边缘电容诱导空穴“h”。即在栅极105附近的栅极105正下方和侧壁106正下方以电的方式产生空穴钉扎模式(hole pinning mode)。据此，在栅极绝缘膜104及其附近的侧壁106与硅区域之间的界面处所产生的电子再次与空穴″h″相结合，由此抑制白点的产生。

此外，JP-A-2006-32681(专利文献2)提出了一种MOS图像传感器，其中传输晶体管的栅极由相对于本征半导体具有功函数(work function)差异的p型多晶硅制成，以在即使没有引入负电压时抑制从传输晶体管的界面处产生暗电流。

在光电二极管102中的信号电荷被读出到浮动扩散区域103的情况下，当p型累积层108靠近栅极105时，传输晶体管Tr1的读出电压Vtg变高，因而难于读出信号电荷。图3C表示出了在读出信号电荷之前的电势分布以及读出时的电势分布。在图15中所示的通常的电荷读出部的结构中，通过向传输晶体管Tr1的栅极105施加读出电压来调节读出前的电势“a”，从而读出光电二极管102中的信号电荷。这时，当读出电压低时，如图3C所示，就在侧壁106正下方形成势垒“c”，因此难于读出信号电荷。为了使信号电荷的读出变得容易，读出电压必须足够高以打破势垒“c”。图3A对应于相关技术中的一种示例的读出部。