图像拾取装置和图像拾取系统的制作方法
【专利摘要】公开了图像拾取装置和图像拾取系统。一种图像拾取装置，包括：其中排列像素的像素部分，像素各自包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间。像素部分包括位于基准触点附近的第一类像素和第二类像素。半导体衬底的表面和第一类像素的第二半导体区域之间的距离小于半导体衬底的表面和第二类像素的第二半导体区域之间的距离。
【专利说明】图像拾取装置和图像拾取系统
【技术领域】
[0001 ] 本公开涉及具有用于供给基准电位的触点的图像拾取装置。本公开还涉及包括滤色器的图像拾取装置。
【背景技术】
[0002]在作为半导体装置的图像拾取装置的半导体衬底中，对每个像素来说，蓄积在把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的半导体区域中的信号电荷由把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的半导体区域隔开。向第二导电型的半导体区域供给基准电位的基准触点设置在半导体衬底上。日本专利公开N0.2009-289872和2011-14773描述一种其中衬底触点不是均匀地分布在像素之中而是只分布到特定像素的技术。
[0003]在图像拾取装置的图像拾取单元中，二维地排列各自包括在半导体衬底内的光电转换元件和在半导体衬底上的滤色器的像素。在日本专利公开N0.2009-26984中公开的固态图像传感器件中，像素具有排列成拜耳图案的相应滤色器。各自包括一个R像素、一个B像素和两个G像素的基本的2X2像素单元被排列成矩阵。在像素中生成的信号电荷与透过像素的滤色器的光的强度相关联，并且根据信号电荷形成彩色图像。如果光实际透过的滤色器和与由光生成的信号电荷相关联的像素的滤色器之间的对应关系不适当，那么在捕捉的图像中会出现混色。
【发明内容】
[0004]根据本公开的第一方面的图像拾取装置包括其中排列有像素的像素部分。所述像素各自包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间。两个相邻像素的第一半导体区域由第二导电型的第三半导体区域隔开，所述两个相邻像素的第二半导体区域电连接到第三半导体区域，并且在半导体衬底的所述表面上，设置通过第三半导体区域向第二半导体区域施加基准电位的基准触点。所述像素部分中的所述基准触点的数目小于所述像素部分中的所述像素的数目的四分之一。所述像素部分包括位于每个基准触点附近的第一类像素和第二类像素。所述表面和第一类像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第二类像素的第二半导体区域之间的距离。所述基准触点和第一类像素的第一半导体区域之间的距离小于所述基准触点和第二类像素的第一半导体区域之间的距离。
[0005]根据本公开的第二方面的图像拾取装置包括其中排列有像素的图像拾取单元。所述像素各自包括光电转换元件和传输门(transfer gate).所述光电转换元件包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间。所述传输门包括在半导体衬底的所述表面一侧的多晶娃栅电极，所述传输门被配置成传输信号电荷。所述图像拾取单兀包括第一型像素，第一型像素包括主透射波长是第一波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；第二型像素，第二型像素包括主透射波长是不同于第一波长的第二波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；和第三型像素，第三型像素包括主透射波长是比第一波长和第二波长长的第三波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧。所述表面和第一型像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第三型像素的第二半导体区域之间的距离。在所述图像拾取单元的至少一部分中，从所述图像拾取单元的中心到外缘顺序排列第三型像素的光电转换元件和第一型像素的光电转换元件，并且，第三型像素的传输门被布置在第三型像素的光电转换元件和第一型像素的光电转换元件之间。
[0006]参考附图，根据对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1A和图1B提供图像拾取装置的示意平面图。
[0008]图2是像素部分的等效电路图。
[0009]图3A和图3B提供像素部分的示意平面图。
[0010]图4A和图4B提供像素部分的示意截面图。
[0011]图5A和图5B提供像素部分的示意截面图。
[0012]图6A-图6D提供像素部分的示意截面图。
[0013]图7A-图7F提供图示出制造图像拾取装置的方法的示意截面图。
[0014]图8是图像拾取系统的方框图。
[0015]图9A和图9B各自是像素的示意截面图。
【具体实施方式】
[0016]在靠近基准触点的像素中的噪声电平往往大于在远离基准触点的像素中的噪声电平。因此，本实施例提供一种能够减小由基准触点引起的噪声的影响并且实现高质量图像的图像拾取装置。
[0017]具体地，本实施例提供一种图像拾取装置，所述图像拾取装置包括其中排列像素的像素部分。所述像素各自包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间。各个像素的第一半导体区域由第二导电型的第三半导体区域隔开，并且各个像素的第二半导体区域电连接到第三半导体区域。在该图像拾取装置中，在半导体衬底的所述表面上，设置通过第三半导体区域向第二半导体区域施加基准电位的基准触点。所述像素部分包括位于基准触点附近的第一类像素和第二类像素。所述表面和第一类像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第二类像素的第二半导体区域之间的距离。所述基准触点和第一类像素的第一半导体区域之间的距离小于所述基准触点和第二类像素的第一半导体区域之间的距离。
[0018]本实施例的图像拾取装置能够提供高质量图像。
[0019]在利用现有技术的图像拾取装置捕捉的图像中，存在这样的现象:其中，归因于混色，与图像拾取单元的特定区域对应的部分的颜色不同于与图像拾取单元的另一个区域对应的部分的颜色。
[0020]因此，本实施例还提供一种能够减轻混色的图像拾取装置。
[0021]具体地，本实施例提供一种包括其中排列像素的图像拾取单元的图像拾取装置。所述像素各自包括光电转换元件和传输门。所述光电转换元件包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间。所述传输门包括在半导体衬底的所述表面一侧的多晶娃栅电极，并传输信号电荷。所述图像拾取单元包括:第一型像素，第一型像素包括主透射波长是第一波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；第二型像素，第二型像素包括主透射波长是不同于第一波长的第二波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；和第三型像素，第三型像素包括主透射波长是比第一波长和第二波长长的第三波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧。所述表面和第一型像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第三型像素的第二半导体区域之间的距离。在至少部分的所述图像拾取单元中，从所述图像拾取单元的中心到外缘顺序排列第三型像素的光电转换元件和第一型像素的光电转换元件。第三型像素的传输门被布置在第三型像素的光电转换元件和第一型像素的光电转换元件之间。
[0022]本实施例的图像拾取装置能够减轻混色。
[0023]现在参考附图，描述根据一实施例的图像拾取装置。
[0024]图1A是图像拾取装置1000的示意平面图。本示例的图像拾取装置1000具有像素部分910、中间部分920和周边部分930。像素部分910包括二维排列的多个像素P。像素部分910可包括根据在像素P中获得的信号电荷来生成电信号的像素电路。像素部分910可包括受光像素部分911和遮光像素部分912。图像是根据在受光像素部分911中获得的电信号形成的。在遮光像素部分912中获得的电信号用于信号处理，比如降噪。受光像素部分911充当图像拾取单元。在图1A中，受光像素部分911包括排列成14行和19列的总共266个像素，遮光像素部分912包括总共148个像素。这意味像素部分910总共包括414个像素。在实际使用的图像拾取装置中，像素的数目可以为数十万个到数千万个。尽管本示例的遮光像素部分912沿着图像拾取装置1000的四边延伸，从而围绕受光像素部分911，不过，可以只沿着图像拾取装置1000的两个邻边、两个对边或者一边，设置遮光像素部分912。周边部分930包括驱动像素电路的驱动电路，和所谓的外围电路，比如处理在受光像素部分911中获得的电信号的信号处理电路。除了外围电路之外，周边部分930还包括对齐标记和与外部器件通信的电极焊盘。尽管中间部分920被设置在周边部分930和像素部分910之间以围绕像素部分910，不过，中间部分920可被省略。
[0025]图9A和图9B各自是受光像素部分911中的一个像素P的示意截面图。一个像素P具有布置在半导体衬底100中的一个光电转换兀件。半导体衬底100具有前表面和后表面(未示出)。在本示例中，半导体衬底100的前表面充当受光面。本示例的像素部分910包括至少两种像素，所述至少两种像素具有结构不同的光电转换元件。具体地，像素部分910包括在图9A中图示的A类像素Pl和在图9B中图示的B类像素P2。例如，在图1A中，用“I”和“4”指示的像素是A类像素，而用“2”和“3”指示的像素是B类像素。例如，在图1B中，用“I”指示的像素是A类像素，而用“3”指示的像素是B类像素。尽管在这个示例中，用“2”和“4”指示的像素是B类像素，不过它们可以是A类像素。无数字的像素可以是A类像素或者B类像素。
[0026]返回参见图9A和图9B，A类像素Pl的光电转换元件10具有把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域11。另外，光电转换元件10具有把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域12。第一半导体区域11和第二半导体区域12是按照该顺序从半导体衬底100的前表面到后表面排列的。即，第一半导体区域11位于半导体衬底100的前表面和第二半导体区域12之间。第二半导体区域12邻接到第一半导体区域11。具体地，第一半导体区域11和第二半导体区域12相互连接，从而形成PN结。SP，第二半导体区域12与位于半导体衬底100的更深部分中且不与第一半导体区域11形成PN结的第二导电型的半导体区域不同。
[0027]B类像素P2的光电转换元件20具有把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域21。另外，光电转换元件20具有把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域22。第一半导体区域21和第二半导体区域22是按照该顺序从半导体衬底100的前表面到后表面排列的。即,第一半导体区域21位于半导体衬底100的前表面和第二半导体区域22之间。第二半导体区域22邻接到第一半导体区域21。具体地，第一半导体区域21和第二半导体区域22相互连接，从而形成PN结。S卩，第二半导体区域22与位于半导体衬底100的更深部分中且不与第一半导体区域21形成PN结的第二导电型的半导体区域不同。
[0028]在本示例中，信号电荷是电子，第一导电型是N型，而第二导电型是P型。当信号电荷是空穴时，第一导电型是P型，而第二导电型是N型。极性与信号电荷的极性相同的电荷是多数载流子的半导体区域是第一导电型的半导体区域，而极性与信号电荷的极性相反的电荷是少数载流子的半导体区域是第二导电型的半导体区域。
[0029]A类像素Pl的光电转换元件10和B类像素P2的光电转换元件20在第一和第二半导体区域距半导体衬底100的前表面的深度方面不同。与A类像素Pl的第一半导体区域11相比，B类像素P2的第一半导体区域21从半导体衬底100的前表面起延伸得更深。与B类像素P2的第二半导体区域22相比，A类像素Pl的第二半导体区域12位于距半导体衬底100的前表面更浅的层面。当从半导体衬底100的前表面到第二半导体区域12的距离被定义成第一距离Dl，而从半导体衬底100的前表面到第二半导体区域22的距离被定义成第二距离D2时，第一距离Dl小于第二距离D2 (D1〈D2)。例如，第一距离Dl可以为I μ m?3 μ m,而第二距离D2可以为2μηι?5μηι。与B类像素Ρ2相比,在A类像素Pl中的第一半导体区域和第二半导体区域之间的边界处的PN结面可被定位得更靠近半导体衬底100的前表面。
[0030]第二半导体区域12和22各自可包括在深度方向上连续的第二导电型的半导体区域内的表现出第二导电型的峰值杂质浓度的部分。在图9Α和图9Β中，表现出峰值杂质深度的部分用虚线指示，这样的部分起实质性势垒的作用。A类像素Pl的第二半导体区域12表现出峰值杂质浓度的位置与B类像素Ρ2的第二半导体区域22表现出峰值杂质浓度的位置相比能够被定位得更靠近半导体衬底100的前表面。
[0031]除了半导体衬底100中的光电转换元件10和20之外，A类像素Pl和B类像素Ρ2的结构不必彼此不同。在第一半导体区域11和21周围，设置第二导电型的第三半导体区域33。第三半导体区域33被布置在相邻像素之间，以致相邻像素的光电转换元件被PN结分开(结型隔离)。在本示例中，设置第二导电型的第四半导体区域34，作为半导体衬底100的前表面与第一半导体区域11和21之间的表面遮蔽区域。借助第四半导体区域34，光电转换元件10和20各自起所谓的嵌入型光电二极管的作用。在本示例中，设置第五半导体区域35，作为第三半导体区域33和第四半导体区域34之间的中间区域。
[0032]都是第二导电型的半导体区域的第二半导体区域12和22及第三半导体区域33被电连接，从而能够彼此基本上是等电位的。第三半导体区域33和第四半导体区域34经由第五半导体区域35电连接，从而能够彼此基本上是等电位的。即，存在从半导体衬底100的前表面经第三半导体区域33、第四半导体区域34和第五半导体区域35，到第二半导体区域12和22的电连接。尽管充当中间区域的第五半导体区域35 —般是第二导电型的半导体区域，不过，只要基准电位能够被施加给第三半导体区域33，第五半导体区域35就可以是具有低杂质浓度的第一导电型的半导体区域。第五半导体区域35可被省略，以使第三半导体区域33和第四半导体区域34相互接触。
[0033]在本示例中，在半导体衬底100的前表面一侧，存在朝着半导体衬底100的前表面，顺序排列的第一透镜290、滤色器270、第二透镜250、低折射率膜230、光波导210和绝缘膜200。在第一透镜290和滤色器270之间布置第一中间膜280，在滤色器270和第二透镜250之间布置第二中间膜260。在第二透镜250和低折射率膜230之间布置第一高折射率膜240，在低折射率膜230和光波导210之间布置第二高折射率膜220。
[0034]光波导210和第二高折射率膜220可由相同的材料一体地形成，第一高折射率膜240和第二透镜250也可由相同的材料一体地形成。低折射率膜230具有比第一高折射率膜240和第二高折射率膜220的折射率低的折射率。低折射率膜230可被省略，以使第二高折射率膜220和第一高折射率膜240能够相互接触，并且第二高折射率膜220和第一高折射率膜240可由相同的材料一体地形成。光波导210被绝缘膜200围绕，绝缘膜200至少包括折射率比光波导210的折射率低的低折射率层。借助这种其中光波导210充当核心而低折射率层充当覆层的结构，光能够低损耗地在光波导210中传播。绝缘膜200包括用于配线的多个导电层301和302。
[0035]绝缘膜200的低折射率层可以起用于使导电层301和302绝缘的层间绝缘层的作用。绝缘膜200还可包括用于防止包含在导电层301和302中的金属扩散的防扩散层。防扩散层可具有比光波导210的折射率高的折射率。第一透镜290、第二透镜250、第一高折射率膜240和第二高折射率膜220可各自包括用于减少层间的光的反射的防反射层。在绝缘膜200和半导体衬底100之间，布置用于金属氧化物半导体(MOS)栅极或MOS晶体管的多晶硅栅电极110。
[0036]在像素部分910中，RGB三原色的滤色器被排列成拜耳图案，从而形成滤色器阵列。另外在像素部分910中，多个像素P形成光波导阵列、第一透镜阵列和第二透镜阵列。第一中间膜280和第二中间膜260在像素部分910上方延展，从而起平坦化层的作用。遮光像素部分912中的每个像素具有用于防止光进入光电转换元件的遮光膜(未示出)。像素配置并不局限于这个示例。上述组件中的至少一个组件可被省略，或者可以向上述像素配置中增加某个光学元件、机械元件或者化学元件。尽管在本示例中，使用所谓的前表面照射型的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，不过，CMOS传感器可以是后表面照射型CMOS传感器，或者甚至可以用电荷耦合器件(CCD)传感器代替。
[0037]图像拾取装置1000包含在图像拾取系统(比如照相机或者配备照相机的信息终端)中。
[0038]图8是图像拾取系统2000的方框图。图像拾取系统2000包括把光导引到图像拾取单兀1020的光学系统1010。光学系统1010可包括镜头、快门和光圈。图像拾取系统2000可包括处理从图像拾取单元1020获得的电信号的信号处理单元1030，和基于由信号处理单元1030处理的信号来生成图像信号的图像处理单元1040。信号处理单元1030可包括模拟信号处理器、模-数转换器和数字信号处理器。作为半导体装置的图像拾取装置1000至少包括图像拾取单元1020,不过还可包括信号处理单元1030的一些或者所有组件。从图像拾取装置1000获得的图像信号可以是模拟信号或者数字信号。图像拾取系统2000包括用于同步图像拾取单元1020、信号处理单元1030和图像处理单元1040的定时发生单元1050。图像拾取系统2000还包括进行各种计算以控制图像拾取系统2000的控制单元1060，和保存用于计算的图像数据的存储单元1070。图像拾取系统2000还包括记录图像数据的记录单元1080，具有用于操作图像拾取系统2000的界面的操作单元1090，和显示捕捉的图像的显示单元1100。
[0039]图2是与图1A的受光像素部分911中的阴影区对应的单元结构的等效电路图。如图所示，所述单元结构包括排列成4行和2列的8个像素。下面，位于第I行和第I列处的像素被表示成P11,而位于第i行和第j列处的像素被表示成Pu。
[0040]各个像素的光电转换元件101?108是光电二极管，每个光电二极管可具有在图9A中图示的光电转换元件10或者在图9B中图示的光电转换元件20的结构。第一半导体区域11和21各自可起光电二极管的阴极的作用，而第二半导体区域12和22各自可起光电二极管的阳极的作用。在图2中，用虚线指示的电路径对应于第三半导体区域33。在本示例中，尽管下面详细描述，但是像素P12和P32是A类像素，像素Pn、P21、P31、P41、P22和P42是B类像素。
[0041]图2中的像素包括连接到相应的光电转换元件101?108的相应传输门111?118。像素的光电转换元件101?108经由相应的传输门111?118连接到适当的浮动扩散区域121?124。传输门111?118把在光电转换元件101?108中收集的信号电荷，从光电转换元件101?108传输到对应的浮动扩散区域121?124。传输门111?118、光电转换元件101?108和浮动扩散区域121?124构成把光电转换元件101?108作为其源极且把浮动扩散区域121?124作为其漏极的晶体管。在本示例中，像素P32和P42连接到第一浮动扩散区域121，像素P12和P22连接到第二浮动扩散区域122，像素P31和P41连接到第三浮动扩散区域123，而像素P11和P21连接到第四浮动扩散区域124。尽管如上所述，多个传输门可连接到单个共用浮动扩散区域，不过所有像素的传输门可以连接到不同的浮动扩散区域。
[0042]本示例的图像拾取装置1000是其中像素部分910中的像素电路包括放大晶体管的所谓像素放大型的图像拾取装置。像素部分910包括多个放大晶体管131?134。放大晶体管131?134基于对应像素中的光电转换兀件101?108的信号电荷,生成电信号。为每个像素组设置像素电路。在本示例中，排列成4行和2列的8个像素被分成4组:由像素P32和P42构成的第一像素组，由像素P12和P22构成的第二像素组，由像素P31和P41构成的第三像素组，和由像素P11和P21构成的第四像素组。
[0043]对应于像素P32和P42的第一浮动扩散区域121连接到第一放大晶体管131的栅极。对应于像素P12和P22的第二浮动扩散区域122连接到第二放大晶体管132的栅极。对应于像素P31和P41的第三浮动扩散区域123连接到第三放大晶体管133的栅极。对应于像素P11和P21的第四浮动扩散区域124连接到第四放大晶体管134的栅极。
[0044]第一浮动扩散区域121连接到第一复位晶体管141的源极。第二浮动扩散区域122连接到第二复位晶体管142的源极。第三浮动扩散区域123连接到第三复位晶体管143的源极。第四浮动扩散区域124连接到第四复位晶体管144的源极。
[0045]本示例的像素电路具有其中每个像素组中的两个像素共享一个放大晶体管和一个复位晶体管的像素共享结构。多个像素的信号电荷在浮动扩散区域中相加，从而能够生成基于结果信号电荷的电信号。可替代地，通过控制每个像素的传输定时，在一个浮动扩散区域中能够生成基于每个像素的信号电荷的电信号。像素电路可具有其中每个像素组中的4个像素共享一个放大晶体管的像素共享结构，或者可不具有这样的像素共享结构，而是可为每个像素设置一个放大晶体管。尽管本示例使用包括传输门的三个晶体管的配置，不过，可以使用四个晶体管的配置，所述四个晶体管的配置包括与放大晶体管的源极连接的选择晶体管。尽管像素部分910中的放大晶体管的数目可以和像素部分910中的像素的数目相同，不过它可以小于像素部分910中的像素的数目，或者甚至可以等于或小于像素部分910中的像素的数目的一半。在本示例中，像素部分910中的放大晶体管的数目为像素部分910中的像素的数目的一半。
[0046]图2中用空心圆指示的电连接是所谓的触点，所述触点是连接配线和半导体器件的连接区域。一般地，当例如布置在半导体衬底100和主要由铝或铜构成的配线图案之间的钨接触插塞被欧姆接合到半导体衬底100时，实现配线和半导体器件之间的连接。因此，触点的位置对应于接触插塞的位置。注意，图2中用实心圆指示的电连接是半导体衬底100内的半导体之间的连接。半导体之间的连接可以是PN结，或者具有不同浓度的相同导电型的区域的接合。
[0047]基准电位从作为配线的一部分的基准线起经由基准触点400施加于第三半导体区域33。基准电位还施加于第二半导体区域12和22，第二半导体区域12和22是连接到第三半导体区域33的光电二极管的阳极。基准电位用作光电转换元件的阳极电位，或者用作像素电路中的晶体管的体电位。基准电位一般是固定的电位，不过可以被调制。尽管接地电位被用作固定电位，不过可以施加作为负电位或正电位的栅极偏压。
[0048]当第三半导体区域33是半导体衬底时，基准触点400可被称为衬底触点。当第三半导体区域33是在半导体衬底100中形成的阱时，基准触点400可被称为阱触点。
[0049]第一复位晶体管141的漏极经由第一电源触点421连接到供给电源电位的电源线321。第一放大晶体管131的漏极经由第二电源触点422连接到电源线321。第一放大晶体管131的源极经由第一输出触点431连接到输出线331。第一放大晶体管131的漏极还充当把第二浮动扩散区域122作为其源极的第二复位晶体管142的漏极。第二放大晶体管132的漏极经由第三电源触点423连接到供给电源电位的电源线321。第二放大晶体管132的源极经由第二输出触点432连接到输出线331。这里不描述第三放大晶体管133和第四放大晶体管134，因为它们具有与第一放大晶体管131和第二放大晶体管132之间的关系相同的关系。第二电源触点422、第三电源触点423、第五电源触点425和第六电源触点426分别对应于第一放大晶体管131、第二放大晶体管132、第三放大晶体管133和第四放大晶体管134。第一输出触点431、第二输出触点432、第三输出触点433和第四输出触点434分别对应于第一放大晶体管131、第二放大晶体管132、第三放大晶体管133和第四放大晶体管134。放大晶体管131?134的栅电极(放大栅电极)和浮动扩散区域121?124分别经由第一连接触点451、第二连接触点452、第三连接触点453和第四连接触点454连接。对应于各个像素的传输门111?118的栅电极(传输栅电极)经由传输门插塞411?418连接到供给传输信号的第一扫描线(未不出)。复位晶体管141?144的栅电极(复位栅电极)经由复位栅极插塞441?444连接到供给复位信号的第二扫描线(未示出)。
[0050]图3A和图3B图示出包括通过排列两个相同的单元而获得的含16个像素的区域，图2中图示出所述两个相同单元中的一个单元。图3A是离半导体衬底100的前表面较浅的半导体衬底100的一部分(浅部)的示意平面图。图3B是与图3A的浅部相比，离半导体衬底100的前表面较深的半导体衬底100的另一部分(深部)的示意平面图。注意在图3A和图3B的每个中，不是所有图示的组件都位于相同的平面中。第一列和第三列等同，第二列和第四列等同。图4A是沿图3A的线IVA-1VA取得的示意截面图。图4B是沿图3A的线IVB-1VB取得的示意截面图。图5A是沿图3A的线VA-VA取得的示意截面图。图5B是沿图3A的线VB-VB取得的示意截面图。在图3A和图3B?图5A和图5B中，与参考图2描述的元件相同的元件被赋予相同的附图标记，并且能够彼此相互参照，从而将省略对每个图的详细描述。
[0051]图3A图不出第一导电型的第一半导体区域11和21,浮动扩散区域121?124,和每个晶体管的源极区和漏极区。表示每个晶体管的附图标记被赋予其栅电极。典型的栅电极是多晶娃栅电极。
[0052]如图3A中图示，像素P12和P32是各自具有位于浅层面处的第一半导体区域11的A类像素，像素Pu、p21、P3I> P4I> P22和P42是各自具有位于深层面处的第一半导体区域21的B类像素。
[0053]在半导体衬底100中，在与行方向和列方向相交的方向(倾斜方向)上，顺序地周期排列第一半导体区域、传输沟道区域和浮动扩散区域。传输沟道区域被布置在传输栅电极之下。
[0054]在图3A中，在每个传输栅电极上示出的箭头指示在传输沟道区域中传输信号电荷的传输方向。从图3A中可看出，每个像素中的传输方向为图中的右上方向或者右下方向。当每个传输方向被分解成行方向分量和列方向分量时，对行方向来说，任一传输方向都向右(在图中)。对列方向来说，排列在奇数行中的像素中的传输方向向下，而排列在偶数行中的像素中的传输方向向上。即，对在第一行及第二行和相同列中的像素，和对在第三行及第四行和相同列中的像素来说，它们的信号电荷是沿着朝着彼此的方向传输的，而对在第二行及第三行和相同列中的像素来说，它们的信号电荷是沿着远离彼此的方向传输的。
[0055]图3A图示出当利用绝缘体分隔半导体区域(绝缘隔离)时形成的绝缘隔离区域40。本示例的绝缘隔离区域40具有浅沟槽隔离(STI)结构，其中绝缘体大部分被嵌入半导体衬底100中。绝缘隔离区域40可具有硅的局部氧化(LOCOS)结构。可替代地，如在日本专利公开N0.2005-347325中所述，可以使绝缘体大部分从半导体衬底100的前表面露出。在本示例中，绝缘隔离区域40被布置在列之间，并沿着列方向延伸。如在图5A和图5B中图示，在与绝缘隔离区域40的绝缘体接触的半导体衬底100的前表面上，设置第二导电型的第六半导体区域36，作为界面遮蔽区域。
[0056]图3B图示出作为第二导电型的半导体区域的第二半导体区域12、22和第三半导体区域33。为了易于与图3A进行位置比较，在图3B中，用虚线指示在半导体衬底100的前表面上的栅电极的位置。
[0057]如图3B中图示，像素P12和P32是各自具有位于浅层面处的第二半导体区域12的A类像素，而像素Pn、P21 > P31 > P4I> P22和P42是各自具有位于深层面处的第二半导体区域22的B类像素。从图3B中可以看出，第三半导体区域33沿着行方向和列方向呈矩形网格图案延伸。第三半导体区域33的位置用指示第二导电型的连续半导体区域内的平面方向上的第二导电型的峰值杂质浓度的位置代表。在图4A中，指示峰值杂质浓度的位置用虚线指示，对应的部分起实质性势垒的作用。
[0058]参考图3A和图3B可以看出，在列之间，在半导体衬底100的浅部中设置绝缘隔离区域40，在列之间，在半导体衬底100的深部中设置结型隔离区域。在本示例中，在行之间，不存在绝缘隔离区域40，在行之间只设置结型隔离区域。不过，配置并不局限于此。即，在行之间，可以存在绝缘隔离区域40，而在列之间的绝缘隔离区域40可被省略。
[0059]如图4A中图示，在本示例中，为B类像素的像素P11、P21、P31、P41、P22和P42的所有第二半导体区域22被设置在相同的深度处。不过，这些像素中的一些像素的第二半导体区域22可被设置在比其它像素的第二半导体区域22的层面更深的层面。例如，像素P21和P41的第二半导体区域22可被设置在比像素Pn、P31、P22和P42的第二半导体区域22的层面更深的层面。
[0060]如图4A中图示，第一导电型的第七半导体区域37被定位为比像素P12和P32中的每个的第二半导体区域12更深。在第七半导体区域37下面，存在邻接到像素P22和P42的第二半导体区域22并且与像素P22和P42的第二半导体区域22位于相同深度处的第二导电型的半导体区域。该半导体区域不与像素P12和P32中任一个的第一半导体区域11形成PN结，从而不起像素P12和P32中任一个的第二半导体区域的作用。如图6A中图示，可以从像素P12和P32中任一个的底部除去这样的第二导电型的半导体区域。
[0061]如图5A中图示，浮动扩散区域、源极区和漏极区被布置在第三半导体区域33上方。充当中间区域的第五半导体区域35布置在第三半导体区域33与浮动扩散区域、源极区和漏极区之间。作为势垒或者穿通阻挡层，或者为了设定阈值，设置第五半导体区域35，以调节晶体管的沟道区、源极区和漏极区中的浓度。尽管可以适当地确定第五半导体区域的导电型和第五半导体区域中的浓度的分布，不过通常大部分的第五半导体区域35是第二导电型的半导体区域。即使当第五半导体区域35是第一导电型的半导体区域时，第五半导体区域35中的杂质浓度也比第一半导体区域11和21、浮动扩散区域、源极区和漏极区中的杂质浓度低。位于第三半导体区域33和第四半导体区域34之间的至少一部分的第五半导体区域35可以是第二导电型的半导体区域。
[0062]图3A图示出参考图2描述的各种触点的位置。连接到栅电极的栅极插塞被布置在绝缘隔离区域40上方。连接到半导体衬底100的每个触点被布置在第三半导体区域33上方。基准触点400经由第三半导体区域33电连接到第二半导体区域12。在连接到半导体衬底100的触点之中，除基准触点400以外的所有触点(即，连接触点、电源触点和输出触点)都被布置在结型隔离区域上方。不过，在第三半导体区域33和这些触点之间，存在第一导电型的半导体区域，比如源极区和漏极区。因此，使除基准触点400以外的所有触点与第三半导体区域33和第二半导体区域12电气隔离。本示例的连接触点由所谓的共享接触插塞形成。
[0063]每个基准触点400被设置在至少两个光电转换元件附近。具体地，基准触点400被位于光电转换元件10和20的第一半导体区域11和21附近，同时第三半导体区域33、第四半导体区域34和第五半导体区域35被置于它们之间。下面，光电转换元件10和20将被描述成像素，因为它们是像素的主要组件。
[0064]在本示例中，取决于与基准触点400的位置关系，多个像素被分成两种类别，邻近像素和非邻近像素。邻近像素被进一步分成三种类别，一次邻近像素、二次邻近像素和三次邻近像素。在本示例中，一次邻近像素是A类像素，二次邻近像素是B类像素。三次邻近像素是B类像素,非邻近像素包括A类像素和B类像素两者。
[0065]一次邻近像素的每个是包括最靠近基准触点400的第一半导体区域11的像素。二次邻近像素的每个是包括次靠近基准触点400的第一半导体区域21的像素。二次邻近像素是与一次邻近像素相邻的像素。当从基准触点400到一次邻近像素的第一半导体区域11的距离被定义为第三距离D3，而从基准触点400到二次邻近像素的第一半导体区域21的距离被定义为第四距离D4时，第三距离D3小于第四距离D4 (D3〈D4)。在图4A中，第三距离D3和第四距离D4各自被表示成平面方向上的距离，该距离是它们之间的实质性差异。实际上，在半导体衬底100的深度方向上，第四半导体区域34和第五半导体区域35的厚度也被视为这些距离。图4A中图示的平面方向上的第三距离D3可为O。在这种情况下，如图6A中图示，基准触点400和第一半导体区域11之间的第三距离D3取决于第四半导体区域34的厚度。在与一次邻近像素相邻的像素中，除二次邻近像素以外的所有像素都是三次邻近像素。三次邻近像素各自包括比二次邻近像素的第一半导体区域21更远离基准触点400的第一半导体区域21。关于像素是邻近像素(一次?三次邻近像素之一)还是非邻近像素的判定将参考最靠近该像素的基准触点400作出。非邻近像素是不与一次邻近像素相邻的像素。当与像素Pu相邻的像素被定义为像素Pgh时，像素Pgh是除了像素Pu之外，满足g=1-l、i或i+Ι和h=j-l、j或j+1的所有像素。在本示例中，除了在像素部分910的最外侧部分中的那些像素之外，像素部分910中的每个像素都具有8个相邻像素。
[0066]在图3A的示例中，基准触点400各自被布置在像素P32和P22之间。从而，在本示例中，基准触点400被布置在第二行和第三行之间。像素P32是一次邻近像素，像素P22是二次邻近像素，而像素P21、P31、P41和P42是三次邻近像素。像素P11和P12是非邻近像素。
[0067]在本示例中，基准触点400各自被布置在第三半导体区域33上方。由于第三半导体区域33位于彼此相邻的第一半导体区域11和21之间，因此在平面图中，基准触点400位于相邻的第一半导体区域11和21之间。即，在具有基准触点400位于其间的相邻第一半导体区域11和21的两个像素之中，具有更靠近基准触点400的第一半导体区域11的一个像素是一次邻近像素，而具有更远离基准触点400的第一半导体区域21的另一个像素是二次邻近像素。[0068]在本示例中，每个基准触点400被布置在行之间的空间中，所述空间未设置绝缘隔离区域40。不过，基准触点400可被布置在列之间。例如，基准触点400可被设置在像素P32和P31之间。在这种情况下，基准触点400和像素P32之间的距离可小于基准触点400和像素P31之间的距离。尽管像素P21和P31在第二行和第三行中，不过在它们之间未设置基准触点400。
[0069]如图6B中图不,基准触点400的一部分可以位于第一半导体区域11上方。在这种情况下，再一次地，基准触点400和第一半导体区域11之间的第三距离D3取决于第四半导体区域34的厚度。尽管可以仅仅在第一半导体区域11正上方设置基准触点400，不过可以避免这种情况，因为这会减小受光量，增大噪声电平，和增大到第二半导体区域12的阻力。另外如图6B中图示，基准触点400可以部分地位于第三半导体区域33的势垒的更靠近第一半导体区域21的一侧。然而，可以尽可能地避免这种情况，因为这会增大B类像素中的噪声电平。第四距离D4可大于DP/2，其中DP是一次邻近像素的第一半导体区域11和二次邻近像素的第一半导体区域21之间的距离。基准触点400的直径可以小于DP/2。距离DP可以为Ι.Ομπι或者更小。图6C是变形例的示意平面图。如图所示，A类像素的第一半导体区域11的大小可被减小，以容纳基准触点400。
[0070]图1A中的空心圆概略地指示像素部分910中的基准触点400的位置。从图1A中可以看出，像素部分910中的基准触点400的数目可以小于像素部分910中的像素的数目。如果受光像素部分911中的基准触点400的数目小于受光像素部分911中的像素的数目，那么能够改善图像质量。在图1A中，为像素部分910中的每8个像素，设置一个基准触点400。像素部分910中的基准触点400的数目为55,该数目小于总共414个像素的1/4。像素部分910中的基准触点400的数目可以小于像素部分910中的像素的数目的1/4，小于或等于1/8，或者甚至小于或等于1/16。例如，可以为每100?10000个像素设置一个基准触点400。例如，一个基准触点400可向存在于100 μ m2?10000 μ m2的面积中的所有像素施加基准电位。基准触点400的数目越大，越能够减小遮蔽。尽管在本示例中，基准触点400被排列成矩形格子状，不过它们也可被排列成斜方格子状、六角格子状或者正方格子状。
[0071]为了使遮光像素部分912的配置尽可能地类似于受光像素部分911的配置，可以使遮光像素部分912中的基准触点400的密度(即，单位面积的基准触点400的数目)更接近受光像素部分911中的基准触点400的密度。即，遮光像素部分912中的基准触点400的数目也可小于遮光像素部分912中的像素的数目。为了获得像素的一致特性，可以周期性地排列基准触点400。
[0072]尽管图1A中未示出，不过第二半导体区域12从像素部分910延伸到中间部分920，在中间部分920，也存在电连接到第二半导体区域12的基准触点400。中间部分920中的基准触点400的数目为86,该数目大于像素部分910中的基准触点400的数目。
[0073]中间部分920中的基准触点400的数目可以大于像素部分910中的基准触点400的数目。中间部分920中的基准触点400的密度可以大于像素部分910中的基准触点400的密度。注意所述密度是通过把像素部分910或中间部分920中的基准触点400的数目除以像素部分910或中间部分920的面积获得的值。通过在中间部分920中设置大量的基准触点400，能够在像素部分910中实现稳定或者均匀的电位分布。
[0074]在本示例中，多个像素被分成3种类别，长波长像素、中波长像素和短波长像素。长波长像素、中波长像素和短波长像素在滤色器的主透射波长方面不同。作为长波长像素的滤色器的主透射波长的第一波长比作为中波长像素的滤色器的主透射波长的第二波长更长。作为短波长像素的滤色器的主透射波长的第三波长比第二波长更短。在图3A和图3B中，取决于波长，透过每个像素的滤色器的主透射光用R、G或B指示。例如，长波长光R是具有最长波长的红光，中波长光G是具有次长波长的绿光，而短波长光B是具有最短波长的蓝光。在本示例中，像素P21和P41是各自具有红色滤光器的长波长像素。像素Pn、P31、P22和P42是各自具有绿色滤光器的中波长像素。像素P12和P32是各自具有蓝色滤光器的短波长像素。在本示例中，滤色器的阵列具有拜耳图案。
[0075]如上所述，像素部分910中的多个像素P是根据一定标准分类的。根据标准的组合，所述多个像素P可被分成4种类别，即，第一类像素、第二类像素、第三类像素和第四类像素。具体地，作为A类像素和一次邻近像素的像素被分类成第一类像素,作为B类像素和二次邻近像素的像素被分类成第二类像素，作为长波长像素的像素被分类成第三类像素，作为A类像素和非邻近像素的像素被分类成第四类像素。另外，根据其它标准的组合，所述多个像素可被分成4种类别，S卩，第一型像素、第二型像素、第三型像素和第四型像素。具体地，作为A类像素和短波长像素的像素被分类成第一型像素，作为中波长像素的像素被分类成第二型像素或第四型像素，而作为B类像素和长波长像素的像素被分类成第三型像素。
[0076]在图1A中，第一类像素用“ I”表示，第二类像素用“2”表示，第三类像素用“3”表示，而第四类像素用“4”表示。在图1B中，第一型像素用“I”表示，第二型像素用“2”表示，第三型像素用“3”表示，而第四型像素用“4”表示。无数字的像素可以是第一类?第四类像素任意之一，第一型?第四型像素任意之一，或者其它种类的像素，比如专门用于焦点检测而不是用于图像拾取的像素。
[0077]第二型和第四型像素的共同之处在于两者都是中波长像素，不过在以下方面不同。第二型像素和第一型像素在相同的列中，而第四型像素和第三型像素在相同的列中。第二型像素可以和第一型像素属于相同的像素组，而第四型像素可以和第三型像素属于相同的像素组。在第二型像素的光电转换元件20和第一型像素的光电转换元件10之间，不存在绝缘隔离区域40，而在第四型像素的光电转换元件20和第一型像素的光电转换元件10之间，存在绝缘隔离区域40。在第二型像素的光电转换元件20和第三型像素的光电转换元件10之间，存在绝缘隔离区域40，而在第四型像素的光电转换元件20和第三型像素的光电转换元件20之间，不存在绝缘隔离区域40。
[0078]一个像素可以同时是第一类?第四类像素之一和第一型?第四型像素之一。例如，像素P32既是第一类像素，又是第一型像素。像素P22既是第二类像素，又是第二型像素。像素P21既是第三类像素，又是第三型像素。像素P12既是第四类像素，又是第一型像素。
[0079]在二次邻近像素中，源自基准触点400的暗电流可以小于一次邻近像素中的暗电流。在第三半导体区域33中形成的势垒可以充当源自基准触点400的噪声电荷的分水岭(divide)。因此，源自基准触点400的噪声电荷的量可因像素而异，这取决于基准触点400相对于所述分水岭的位置。基准触点400被位于所述分水岭的更靠近一次邻近像素的一侦U。这可能是与在一次邻近像素中相比，在二次邻近像素中不太易于蓄积源自基准触点400的噪声电荷的原因。[0080]在A类像素中，在半导体衬底100的深部中生成的暗电流比B类像素中的暗电流小。在第二半导体区域12和22中形成的势垒可以充当在半导体衬底100的深部中生成的噪声电荷的分水岭。因此，在半导体衬底100的深部中生成的噪声电荷的量可随所述分水岭在半导体衬底100中的深度而变化。与在B类像素的第二半导体区域22中形成的分水岭相比，在A类像素的第二半导体区域12中形成的分水岭位于较浅的层面处。这可能是与在B类像素中相比，在A类像素中不太易于蓄积在半导体衬底100的深部中生成的噪声电荷的原因。
[0081 ] A类像素的特征在于其动态范围低于B类像素的动态范围。因此，如果和A类像素的第二半导体区域一样，所有像素的第二半导体区域都位于浅层面处，那么整个图像拾取装置1000的动态范围降低。在其中只有一些像素是A类像素的本示例中，能够防止整个图像拾取装置1000的动态范围的显著降低。
[0082]从而，在本示例的图像拾取装置1000中，能够减小第一类像素和第二类像素之间在噪声电平方面的差异。在本示例中，作为一次邻近像素的像素P32同时是A类像素。从而，像素P32中的暗电流的一部分(该部分是在半导体衬底100的深部中生成的)被减小。作为位于基准触点400附近的B类像素的像素P22同时是二次邻近像素。从而，像素P22中的暗电流的一部分(该部分源自基准触点400)被减小。从而能够避免其中一次邻近像素和二次邻近像素之一中的暗电流的量远远大于另一方中的暗电流的量的情况。
[0083]当相邻像素中的传输方向相对于基准触点400相反时，能够减小源自基准触点400的暗电流在信号上的叠加。当相邻像素被连接到不同的放大晶体管时，能够减小特定放大晶体管中的暗电流的显著增大。
[0084]当其中设置基准触点400的半导体衬底100的前表面是受光面时，A类像素的滤色器的主透射波长可以比B类像素的滤色器的主透射波长短。这是因为由于与长波长可见光相比，硅吸收更多的短波长可见光，因此就收集由长波长光生成的信号电荷而论，B类像素比A类像素有利。相反，当与其中设置基准触点400的半导体衬底100的前表面相反的后表面是受光面时，B类像素的滤色器的主透射波长可以比A类像素的滤色器的主透射波长短。图6D是其中在半导体衬底100的后表面侧布置滤色器和微透镜的配置的示意截面图。例如，具有离半导体衬底100的前表面较浅的第二半导体区域12的像素包括红色滤色器270R，而具有离半导体衬底100的前表面较深的第二半导体区域22的像素包括绿色滤色器270G或蓝色滤色器270B。
[0085]图4B示意地图示出长波长光R、中波长光G和短波长光B的光路。图像拾取系统2000包括作为光学系统1010的非远心光学系统或者物侧远心光学系统。在这种情况下，从受光像素部分911的中心到外缘，受光面上的入射角径向增大。具体地，图像拾取装置1000的受光面上的入射角在受光像素部分911的中心附近接近于0，并随着离受光像素部分911的中心的距离的增大而增大。例如，受光像素部分911可被分为成3X3矩阵的9个区域。这9个区域将被称为中心区域、右上区域、右侧区域、右下区域、下部区域、左下区域、左侧区域、左上区域和上部区域。在图1B中，用虚线分隔这些区域。例如，在图1B中，在受光像素部分911的右上区域中，光朝着图的右上方向入射，而在受光像素部分911的左下区域中，光朝着图的左下方向入射。参见图4B，图4B图示出图1B中部分地画阴影线的右上区域中的、包括从中心到外缘(沿着图3A的线IVB-1VB)的方向的截面，光束成一定角度地入射，如图4B中图示。穿过绝缘膜200入射到半导体衬底100的上表面、或者入射到传输门115和113的传输栅电极的上表面的光束(R、G和B)被折射,从而减小相对于受光面的角度。另一方面，入射到传输门115和113的传输栅电极的侧面的光束(R’、G’和B’)被折射，从而增大相对于受光面的角度。这是因为传输门115和113的由多晶娃制成的传输栅电极的折射率(例如，4.0)大于绝缘膜200的折射率(例如，1.4?2.3)。如果入射到传输门115和113的传输栅电极的侧面的这种光束变成杂散光束,并在其它像素中被光电转换,那么发生混色。具有不易被半导体衬底100吸收的波长的光易于变成杂散光，这是混色的主要原因。由于硅不易吸收长波长光，比如红光，因此入射到包括红色滤光器的像素的传输门115的传输栅电极的侧面的光易于变成杂散光。这同样适用于传输门117。如果通过如图9B中图示那样设置光波导210来减小入射光的散逸，那么由上述因素引起的杂散光变得突出。特别地，当如图9B中图示那样光波导210延伸到面对多晶硅栅电极110的侧面的位置时，从光波导210泄漏的光易于入射到多晶硅栅电极110的侧面。在本示例中，长波长像素的传输栅电极被布置在该像素的第一半导体区域21的右上部中，如图3A中图示。因此，在受光像素部分911中，在图1B的右上区域中成一定角度入射的光易于入射到与光电转换元件相邻的传输栅电极的侧面。结果，在受光像素部分911的右上区域中，混色的发生变得突出。在其中沿倾斜方向排列长波长像素和短波长像素的拜耳图案中，由原本设计用于检测蓝光的短波长像素检测到来自长波长像素的红色杂散光。因此，在最终得到的图像的与受光像素部分911的右上区域对应的部分中，蓝色可被强调。在本示例中，由于各自具有图3A和图3B的布局的像素组按照平移对称方式排列在整个受光像素部分911上，因此光不易入射到在图1B的左上、左下和右下区域中的传输栅电极的侧面。因此，与在图像的对应于受光像素部分911的左上、左下和右下区域的其它部分中相比，在图像的对应于受光像素部分911的右上区域的部分中的蓝色的强度更突出。当围绕受光像素部分911的中心，以旋转对称方式排列各自具有图3A和图3B的布局的像素区域时，可获得通常带蓝色的图像。
[0086]尽管在上面描述的例子中，长波长像素的传输栅电极被布置在像素的右上部分中，不过当长波长像素的传输栅电极被布置在像素的右侧部分时，也会出现类似的问题。当滤色器被排列成拜耳图案时，在长波长像素的传输栅电极的紧邻右侧，存在中波长像素。因此，在受光像素部分911的右侧区域中，红光引起中波长像素中的混色，以致在最终得到的图像的对应于受光像素部分911的右侧区域的部分中，绿色的强度突出。从而，出现其中捕捉图像的与受光像素部分911 (它是图像拾取单元)的特定区域对应的部分中的颜色不同于捕捉图像的与受光像素部分911的其它区域对应的其它部分中的颜色的现象。
[0087]在本示例中，如上所述，通过恰当地确定传输栅电极的位置和第二半导体区域12的深度，能够减小由入射到长波长像素的传输门115的传输栅电极的长波长光引起的混色。即，长波长像素的传输栅电极被这样布置，以使得传输栅电极的侧面中的长波长光将入射到的部分位于长波长像素的光电转换元件20和A类像素的光电转换元件10之间。从而，入射到长波长像素的传输栅电极的光被导引到在A类像素的光电转换元件10下面的地方。具体地，如上所述，长波长像素的传输门115的传输栅电极被布置在处于作为长波长像素的像素P41的第一半导体区域21和作为A类像素的像素P32的第一半导体区域11之间的区域上方。在受光像素部分911的至少一个或多个区域中，从受光像素部分911的中心朝着外缘，顺序排列像素P41的光电转换元件20 (第一半导体区域21)和像素P32的光电转换元件10(第一半导体区域11)。像素P41的传输门115被布置在像素P41的光电转换元件20和像素P32的光电转换元件10之间。在本示例中，这种排列顺序在受光像素部分911的右上区域中是可能的。在本示例中，A类像素位于长波长像素的传输方向上。通常，连接长波长像素的受光面中的光学中心和A类像素的受光面中的光学中心的直线经过长波长像素的传输门。参见图1B，空心菱形代表长波长像素的传输门。尽管在图1B中，只有一个空心菱形标有附图标记115,不过每个空心菱形代表图2中图不的传输门115或117。
[0088]在A类像素中，当在第二半导体区域12下方存在第一导电型的半导体区域或者比第二半导体区域12薄的第二导电型的半导体区域时，第二半导体区域12充当这种半导体区域的势垒。因此，即使当在第二半导体区域12下方的区域中出现由杂散光引起的光电转换时，也能够减小该A类像素中的混色。在这个示例中，由来自作为第三类像素和第三型像素的像素P41的杂散光引起的混色被作为第一类像素和第一型像素的像素P32减小。从而，能够使用作为基准触点400的一次邻近像素的像素P32的第二半导体区域12的浅薄。然而，与基准触点400无关，作为第四型像素的像素P12能够减小由来自作为第三型像素的像素P21的杂散光引起的混色。从而，即使当像素是非邻近像素时，设置A类像素也有效。当如上所述，长波长像素的传输栅电极被布置在像素的右侧部分中时，当中波长像素同时是A类像素时，能够减小混色的影响。不过，与在短波长像素中相比，在其中更大量的光到达半导体衬底100的深部的中波长像素中，作为结果的光电转换效率的下降更大。当短波长像素而不是中波长像素是A类像素时，光电转换效率的下降可小于在中波长像素是A类像素的情况下的光电转换效率的下降。由于半导体和绝缘体之间在折射率方面的差异，包括绝缘体的并且深嵌在半导体衬底100的前表面下方的绝缘隔离区域40会反射半导体衬底100中的杂散光。因此，通过在长波长像素和短波长像素之间设置绝缘隔离区域40(STI)，能够减小半导体衬底100中的混色的发生。
[0089]现在描述制造图像拾取装置1000的方法。图7A-图7F图示出用于描述制造图像拾取装置的方法的对应于图5A的截面。
[0090](步骤A)
[0091]下面参考图7A，描述步骤A。在第二导电型的半导体基体上，利用外延沉积形成的第一导电型的半导体层可用作半导体衬底100。所述第一导电型的半导体层(外延层)实质上起半导体衬底100的作用。在半导体衬底100的浅部中形成沟槽，在沟槽的内表面上形成充当第六半导体区域36的第二导电型的杂质层736。例如，可以利用IOKeV?50KeV的注入能量和IXlO13?5X1013 (离子/cm2)的剂量，形成杂质层736。然后，在沟槽中嵌入绝缘体，从而形成绝缘隔离区域40。之后，在半导体衬底100的深部中(即，在外延层的深部中)，形成充当B类像素P2中的第二半导体区域22的第二导电型的杂质层722。例如，可以利用2MeV?4MeV的注入能量和I X IO11?I X IO12 (离子/cm2)的剂量，形成杂质层722。
[0092](步骤B)
[0093]下面参考图7B，描述步骤B。在半导体衬底100的深部中，形成充当第三半导体区域33的第二导电型的杂质层7331?7334。可以利用I X IO11?I X IO12 (离子/cm2)的剂量形成杂质层7331?7334任意之一。例如，可以利用0.75MeV?2.0MeV的注入能量，形成杂质层7331和7332，例如可以利用0.25MeV?0.75MeV的注入能量，形成杂质层7333和7334。[0094]在半导体衬底100的深部中，形成充当第二半导体区域12的第二导电型的杂质层712。例如，可以利用0.75MeV?2.0MeV的注入能量和IXlO11?IXlO12 (离子/cm2)的剂量，形成杂质层712。杂质层712和杂质层7332位于大体相同的深度处。可以堆叠地形成杂质层712和杂质层7332。杂质层712的剂量可以高于杂质层7332的剂量。杂质层7332的剂量可以低于杂质层7331和杂质层7333至少之一的剂量。在本示例中，利用相同的掩模形成杂质层7331、7332、7333和7334，而杂质层712是利用与用于杂质层7331、7332、7333和7334的掩模不同的掩模形成的。杂质层7331、7333和7334可以利用相同的掩模形成，而杂质层712和杂质层7332可以利用单个掩模形成。
[0095](步骤C)
[0096]下面参考图7C，描述步骤C。在半导体衬底100的浅部中，形成充当第五半导体区域35的第二导电型的杂质层7351和7352。在本示例中，在行之间而不在列之间形成杂质层7351。在行之间并在列之间形成杂质层7352。例如，可以利用50KeV?500KeV的注入能量和I X IO11?I X IO13 (离子/cm2)的剂量，形成杂质层7351和7352。在半导体衬底100的浅部中，形成充当第一半导体区域11和21的第一导电型的杂质层711和721。例如，可以利用IOKeV?500KeV的注入能量和I X IO11?I X IO13 (离子/cm2)的剂量，形成杂质层711和721。如上所述，第一半导体区域21可以比第一半导体区域11更深地延伸。不过，可以在相同的条件下同时形成杂质层711和721。在这种情况下，在第一半导体区域21的比第一半导体区域11深的部分中，半导体衬底100 (外延层)的浓度占主导。即，在各个杂质层711和721下面的区域的导电型和浓度分布主要由外延层是否被杂质层712反向掺杂决定。
[0097](步骤D)
[0098]下面参考图7D，描述步骤D。在半导体衬底100上形成栅极绝缘膜之后，沉积多晶硅膜。在多晶硅膜的与像素部分910和周边部分930中的η沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管对应的部分中，注入第一导电型的杂质，并在多晶硅膜的与周边部分930中的P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管对应的部分中，注入第二导电型的杂质。利用适当的掩模使多晶硅膜图案化，从而形成栅电极810。例如，可以利用IKeV?50KeV的注入能量和I X IO14?I X IO16 (离子/Cm2)的剂量，把杂质导入多晶硅膜中。
[0099](步骤E)
[0100]下面参考图7E，描述步骤E。在半导体衬底100的浅部中，形成充当浮动扩散区域和放大晶体管的源极区和漏极区的第一导电型的杂质层723。例如，可以利用IKeV?50KeV的注入能量和IXlO12?IXlO14 (离子/cm2)的剂量，形成杂质层723。
[0101]在半导体衬底100的浅部中，形成充当第四半导体区域34的第二导电型的杂质层734。例如，可以利用IKeV?50KeV的注入能量和I X IO12?I X 1014(离子/cm2)的剂量，形成杂质层734。当在上面描述的各个步骤中，把杂质导入半导体衬底100中的时候，依据适当的定时，加热半导体衬底100。利用所述加热,使每个杂质层中的杂质在半导体衬底100内扩散，以使得能够实现半导体区域中的杂质浓度的适当分布。
[0102](步骤F)
[0103]下面参考图7F，描述步骤F。在半导体衬底100上形成适当的表面绝缘层(未示出)和层间绝缘层201。在层间绝缘层201中形成接触孔203。通过接触孔203，把杂质导入半导体衬底100中。这将降低接触电阻。第二导电型的杂质被导入充当基准触点400的各个部分中，至少第一导电型的杂质被导入充当电源触点、输出触点和连接触点的各个部分中。例如，利用IKeV?IOOKeV的注入能量和I X IO14?I X IO16 (离子/cm2)的剂量，能够形成第一导电型的杂质和第二导电型的杂质。用于基准触点400的第二导电型的杂质的剂量可以高于用于电源触点和输出触点的第一导电型的杂质的剂量。例如，第二导电型的杂质的剂量可以是第一导电型的杂质的剂量的5?20倍。利用钨化学机械抛光(W-CMP)，形成接触插塞。
[0104]进行另外的步骤，以实现例如具有在图9A和图9B中图示的像素的图像拾取装置1000。在进行铜或铝配线的布线步骤以形成绝缘膜200之后，在绝缘膜200中形成开口。把折射率比绝缘膜200的折射率高的材料，比如硅氮化物嵌入所述开口中，从而形成光波导210。为了形成所述开口，在形成层间绝缘层201之前形成的硅氮化物层可用作蚀刻阻挡层。硅氮化物层可以和高折射材料(比如嵌入开口中的硅氮化物)一起形成光波导210。当充当蚀刻阻挡层的硅氮化物层覆盖传输门的多晶硅栅电极110的侧面时，光波导210延伸到面对传输门的多晶硅栅电极HO的侧面的位置。在形成光波导210之后，顺序形成第二透镜250、滤色器270和第一透镜290，从而获得图像拾取装置1000。
[0105]尽管参考示例性实施例，描述了本发明，不过应明白本发明并不局限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽广的解释，以便包含所有这样的变形，以及等同的配置和功能。
【权利要求】
1.一种图像拾取装置，包括: 其中排列有像素的像素部分，所述像素各自包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间， 其中，两个相邻像素的第一半导体区域由第二导电型的第三半导体区域隔开，所述两个相邻像素的第二半导体区域电连接到第三半导体区域，并且，在半导体衬底的所述表面上，设置通过第三半导体区域向第二半导体区域施加基准电位的基准触点； 其中，所述像素部分中的所述基准触点的数目小于所述像素部分中的所述像素的数目的四分之一； 其中，所述像素部分包括位于每个基准触点附近的第一类像素和第二类像素，并且所述表面和第一类像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第二类像素的第二半导体区域之间的距离；并且 其中，所述基准触点和第一类像素的第一半导体区域之间的距离小于所述基准触点和第二类像素的第一半导体区域之间的距离。
2.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述像素部分包括:基于第一类像素的信号电荷来生成电信号的第一放大晶体管，和基于第二类像素的信号电荷来生成电信号的第二放大晶体管。
3.如权利要求2所述的图像拾取装置，其中，第一放大晶体管基于包括第一类像素的第一像素组中的像素的信号电荷来生成电信号，第二放大晶体管基于包括第二类像素的第二像素组中的像素的信号电荷来生成电信号，第一像素组中的像素被连接到第一浮动扩散区域，并且，第二像素组中的像素被连接到第二浮动扩散区域。
4.如权利要求2所述的图像拾取装置，其中，所述基准触点和输出来自第一放大晶体管的电信号的第一输出触点之间的距离小于所述基准触点和输出来自第二放大晶体管的电信号的第二输出触点之间的距离。
5.如权利要求2所述的图像拾取装置，其中，所述像素部分包括:复位第一类像素的信号电荷的第一复位晶体管，和复位第二类像素的信号电荷的第二复位晶体管，并且，第一放大晶体管和第二复位晶体管被连接到共同的触点。
6.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述基准触点被布置在第三半导体区域的一部分上方，所述部分位于第一类像素的第一半导体区域和第二类像素的第一半导体区域之间。
7.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，在第一类像素的第一半导体区域和第二类像素的第一半导体区域之间，不设置绝缘体。
8.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述像素中的每个像素具有传输信号电荷的传输门，并且，在排列第一类像素的第一半导体区域和第二类像素的第一半导体区域的方向上，第一类像素的传输门的传输方向和第二类像素的传输门的传输方向相反。
9.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，所述像素部分包括第三类像素；第一类像素包括主透射波长是第一波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；第二类像素包括主透射波长是比第一波长长的第二波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；并且，第三类像素包括主透射波长是比第二波长长的第三波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧。
10.如权利要求9所述的图像拾取装置，其中，所述像素中的每个像素包括具有多晶硅栅电极并且传输信号电荷的传输门，并且，在所述像素部分的至少一部分中，从所述像素部分的中心朝着外缘顺序排列第三类像素的第一半导体区域、第三类像素的传输门、和第一类像素的第一半导体区域。
11.一种图像拾取装置，包括: 其中排列有像素的图像拾取单元，所述像素各自包括: 光电转换元件，所述光电转换元件包括把信号电荷作为多数载流子的第一导电型的第一半导体区域，和把信号电荷作为少数载流子的第二导电型的第二半导体区域，第二半导体区域邻接到第一半导体区域，第一半导体区域被布置在第二半导体区域和半导体衬底的表面之间，和 传输门，所述传输门包括在半导体衬底的所述表面一侧的多晶娃栅电极，所述传输门被配置成传输信号电荷， 其中，所述图像拾取单元包括:第一型像素，第一型像素包括主透射波长是第一波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；第二型像素，第二型像素包括主透射波长是不同于第一波长的第二波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧；和第三型像素，第三型像素包括主透射波长是比第一波长和第二波长长的第三波长的滤色器，该滤色器被布置在半导体衬底的所述表面一侧； 其中，所述表面和第一型像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第三型像素的第二半导体区域之间的距离；并且 其中，在所述图像拾取单元的至少一部分中，从所述图像拾取单元的中心到外缘顺序排列第三型像素的光电转换元件和第一型像素的光电转换元件，并且，第三型像素的传输门被布置在第三型像素的光电转换元件和第一型像素的光电转换元件之间。
12.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，第三型像素的传输门被配置成沿着排列第一型像素的光电转换元件和第三型像素的光电转换元件的方向传输信号电荷。
13.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，第二波长比第一波长长。
14.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，所述表面和第一型像素的第二半导体区域之间的距离小于所述表面和第二型像素的第二半导体区域之间的距离。
15.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，在半导体衬底的所述表面一侧，设置光波导。
16.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，在第一型像素的第一半导体区域和第三型像素的第一半导体区域之间，设置绝缘体。
17.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，在第一型像素的第一半导体区域和第二型像素的第一半导体区域之间，不设置绝缘体。
18.如权利要求11所述的图像拾取装置，其中，所述图像拾取单元包括:基于第一型像素的信号电荷来生成电信号的第一放大晶体管，和基于第三型像素的信号电荷来生成电信号的第二放大晶体管。
19.一种图像拾取系统,包括:如权利要求1-18中任意一项所述的图像拾取装置；和配置成显示通过所述图像拾取装置获得的图像的显示单元。
20.—种图像拾取系统,包括:如权利要求1-18中任意一项所述的图像拾取装置；和非远心光学系统或物侧远心光学系统。
【文档编号】H01L27/146GK103579274SQ201310345012
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】岩田旬史, 乾文洋, 渡边高典, 篠原真人 申请人:佳能株式会社