CN102282674A - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

阵列状排列的像素部(10)具备光电变换部(11)、将电荷传输到浮动扩散层(12)的传输晶体管(13)、以及将传输的电荷输出到输出线的放大晶体管(14)，相邻的光电变换部(11)间、以及光电变换部(11)和放大晶体管(14)之间通过绝缘隔离部(22)进行隔离。绝缘隔离部(22)具有在光电变换部(11)间未配置有放大晶体管(14)的第1区域(A)、和在光电变换部(11)间配置有放大晶体管(14)的第2区域(B)，在绝缘隔离部(22)的下方，形成有第1隔离扩散层(23)和第2隔离扩散层(24)，在的第1区域(A)，第2隔离扩散层(24)的宽度比第1隔离扩散层(23)的宽度宽。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及将包括光电变换部的像素部排列为阵列状的固体摄像装置。
背景技术
近年来，MOS型的固体摄像装置作为能实现低消耗电力驱动以及高速摄像的装置而受到关注，开始搭载于便携式照相机、车载摄像机以及监视摄像机这样的广泛的领域。
图6是表示一般的MOS型固体摄像装置的构成的电路图。如图6所示，包括光电变换部(光电二极管)101的像素部100排列成阵列状来构成摄像区域200。在光电变换部101被光电变换的电荷通过传输晶体管103而传输到浮动扩散层(floating diffusion)102。被传输到浮动扩散层102的电荷通过放大晶体管104而被放大，经由由垂直移位寄存器108所选择的选择晶体管106，传达到输出信号线111，进一步地，经由水平移位寄存器109，从输出端112输出。另外，积累在浮动扩散层102的剩余电荷通过漏极区域与电源线107连接的复位晶体管105而排出。
图7是表示上述像素部100的一般的构成的剖面图。如图7所示，在基板201上，形成有光电变换部101、浮动扩散层102以及放大晶体管104的源极/漏极区域，相邻的像素部100通过绝缘隔离部202而电隔离。
但是，由于入射到基板201中的红色光等长波长光进入到基板201中的较深的区域，因此，被光电变换的电荷的一部分泄漏扩散至相邻的像素100，成为产生混色或弥散的原因。因此，为了防止由于这样的泄漏扩散而引起的混色等，如图7所示，专利文献1和2等中记载了：在绝缘隔离部202下方的较浅的区域形成隔离扩散层203，并且在隔离扩散层203下方较深的区域进一步形成宽度较窄的隔离扩散层204的方法。
另外，随着固体摄像装置的高速化的发展，若形成放大晶体管104的基板210的电位在放大晶体管的高速动作时变动，放大晶体管的动作就会变得不稳定。因此，如图7所示，采用在基板201形成高浓度阱(well)区域205，在该高浓度阱区域205内，形成放大晶体管104的方法。由此，即使放大晶体管104高速动作，也能抑制阱区域205的电位变动，因此能使放大晶体管104稳定动作。
专利文献
专利文献1：日本特开平11-284168号公报
专利文献2：美国专利第5859462号说明书
在将多个像素部100排列为阵列状的布局中，电隔离相邻的像素部100的绝缘隔离部202具有在光电变换部101间未配置有放大晶体管104的区域和在光电变换部101间配置有放大晶体管104的区域。因此，在光电变换部101之间未配置有放大晶体管104的区域是绝缘隔离部202的宽度最窄的区域。
伴随着像素部100的微细化，若该最小宽度的绝缘隔离部202进一步变得窄小，则形成于较深的区域的隔离扩散层204会比形成于较浅的区域的隔离扩散层203宽度变得更窄，因此，光电变换部101的底部扩大到隔离扩散层204侧的宽度变大。因此，从斜方向入射到基板201中的长波长光(红色光)若进入到在光电变换部101的底部的横向扩大的区域，则被光电变换的电荷的一部分会泄漏扩散到相邻的像素部100，有可能发生混色或弥散。
发明内容
本发明鉴于上述课题而作出，目的在于提供一种即使固体摄像装置微细化，也不会产生混色或弥散的高解析度以及高灵敏度的固体摄像装置。
本发明的一个侧面的固体摄像装置是将多个像素部排列成阵列状的固体摄像装置，其中，像素部具备：光电变换部，其由形成于基板内的第1导电型的扩散区域构成；传输晶体管，其将在光电变换部积蓄的电荷传输到浮动扩散层；和放大晶体管，其将传输到浮动扩散层的电荷输出到输出线，相邻的光电变换部间、以及光电变换部和放大晶体管间分别通过绝缘隔离部进行电隔离，绝缘隔离部至少具有：在光电变换部间未配置有放大晶体管的第1区域、和在光电变换部间配置有放大晶体管的第2区域，在绝缘隔离部的下方，形成有第2导电型的隔离扩散层，隔离扩散层由第1隔离扩散层、和形成于该第1隔离扩散层下方的第2隔离扩散层构成，在第1区域中，形成于绝缘隔离部下方述第2隔离扩散层的宽度比第1隔离扩散层的宽度要宽。
通过这样的构成，即使在第1区域中的最小宽度的绝缘隔离部中，也能抑制光电变换部的底部扩大到第2隔离扩散层侧，因此，即使长波长光(红色光)进入到光电变换部的底部区域，也能抑制被光电变换的电荷的一部分泄漏扩散到相邻的光电变换部。另外，由于第1隔离扩散层比第2隔离扩散层宽度要窄，因此光电变换部的较浅的区域中的开口面积变宽，能提高短波长光(蓝色光或绿色光)的灵敏度。由此，即使固体摄像装置微细化，也能实现不产生混色或弥散的高解析度以及高灵敏度的固体摄像装置。
在某适当的实施方式中，位于所述第2区域中的绝缘隔离部间的放大晶体管的源极/漏极区域形成于和第1隔离扩散层同时形成的阱区域内，形成于第2区域中的绝缘隔离部下方的第2隔离扩散层的宽度比形成于第1区域中的绝缘隔离部下方的第2隔离扩散层的宽度宽。
通过这样的构成，由于能降低阱区域的薄膜电阻(sheet resistance)，因此即使放大晶体管104进行高速动作，也能抑制阱区域的电位变动，由此，能使放大晶体管稳定地高速动作。
在某适当的实施方式中，所述第1隔离扩散层的杂质浓度比第2隔离扩散层的杂质浓度高。
在某适当的实施方式中，所述第1隔离扩散层以及第2隔离扩散层分别通过进行多次不同能量的离子注入而形成。
发明效果
根据本发明，能实现一种即使固体摄像装置微细化，也能抑制混色或弥散的产生，且维持高解析度以及高灵敏度的固体摄像装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式中的阵列状配置的像素部的布局的俯视图。
图2(a)是表示沿图1中的IIa-IIa线的剖面图，图2(b)是表示沿图1中的IIb-IIb线的剖面图。
图3(a)～(c)是表示形成宽度不同的第2隔离扩散层的情况下光电变换部的形状和混色的发生率的图。
图4(a)、(b)是表示本实施方式的变形例的图，图4(a)是表示沿图1中的IIa-IIa线的剖面图，图4(b)是表示沿图1中的IIb-IIb线的剖面图。
图5(a)～(c)是表示本实施方式中的像素部的制造方法的剖面图。
图6是表示现有的MOS型的固体摄像装置的构成的电路图。
图7是表示现有的像素部的构成的剖面图。
(标记说明)
10  像素部
11  光电变换部
12  浮动扩散层
13  传输晶体管
14  放大晶体管
15  复位晶体管
20  n型半导体基板
21  p型半导体层
22  绝缘隔离部
23  第1隔离扩散层
24  第2隔离扩散层
25  阱区域
26  配线
具体实施方式
下面，根据附图来详细说明本发明的实施方式。另外，本发明并不限于下面的实施方式。另外，能在不脱离起到本发明效果的范围的范围内对本发明进行适当的变更。
本发明的固体摄像装置是将多个像素部排列成阵列状的MOS型的固体摄像装置，其基本的电路构成和图6所示的构成相同。
图1是表示本发明的一个实施方式中的配置为阵列状(2×2)的像素部10的布局的俯视图。另外，图2(a)是表示沿图1中的IIa-IIa线的剖面图，图2(b)是表示沿图1中的IIb-IIb线的剖面图。
如图1以及图2(a)、(b)所示，像素部10具备：光电变换部(光电二极管)11，其由形成于基板(在n型半导体基板20上形成p-半导体层21的构成而构成的)内的n型(第1导电型)的扩散区域构成；传输晶体管13，其将积累于光电变换部11的电荷传输到浮动扩散层12；放大晶体管14，其将传输到浮动扩散层12的电荷输出到输出线(未图示)；和复位晶体管，其将积累于浮动扩散层12的剩余电荷排出。
如图1所示，浮动扩散层12以及放大晶体管14以与相邻的像素部10(在图1中为上下方向上相邻的像素部)共有的方式而配置。由此，由于在上下方向上相邻的像素部10之间，未配置有浮动扩散层12以及放大晶体管14，因此，能将光电变换部11在上下方向上延伸，从而扩大光电变换部11的区域。另外，积累于在上下方向上相邻的光电变换部11中的电荷通过各像素部10的传输晶体管13而被独立地传输到浮动扩散层12，因此，不会产生电荷的混杂。
在此，相邻的光电变换部11间、以及光电变换部11和放大晶体管14间分别通过绝缘隔离部22而电隔离。并且，绝缘隔离部22具有如图2(a)所示的在光电变换部11间未配置有放大晶体管14的第1区域A和如图2(b)所示的在光电变换部11间配置有放大晶体管14的第2区域B。
在绝缘隔离部22的下方，形成有p型(第2导电型)的隔离扩散层，隔离扩散层由第1隔离扩散层23和形成于第1隔离扩散层23下方的第2隔离扩散层24构成。并且，如图2(a)所示，在第1区域A，形成于绝缘隔离部22下方的第2隔离扩散层24的宽度比第1隔离扩散层23的宽度要宽。
通过这样的构成，由于在第1区域A中的最小宽度的绝缘隔离部22，也能抑制光电变换部11的底部向第2隔离扩散层24侧扩大，因此，即使光进入到光电变换部11的底部，也能抑制被光电变换的电荷的一部分泄漏扩散到相邻的光电变换部。另外，由于使第1隔离扩散层23比第2隔离扩散层24宽度要窄，因此光电变换部11的较浅的区域中的开口面积变大，由此能提高短波长光(蓝色光或绿色光)的灵敏度。由此，即使固体摄像装置微细化，也能实现不发生混色或弥散的高解析度以及高灵敏度的固体摄像装置。
另外，如图2(b)所示，位于第2区域B中的绝缘隔离部22间的放大晶体管14的源极/漏极区域(未图示)形成于和第1隔离扩散层23同时形成的阱区域25内。
通过这样的构成，由于放大晶体管14形成于高浓度阱区域25内，因此即使放大晶体管14进行高速动作，也能抑制阱区域25的电位变动，由此，能使放大晶体管14稳定动作。
另外，在第2区域B中，相邻的光电变换部11间，比第1区域A中的光电变换部11间充分拉开距离，因此，形成于绝缘隔离部22下方的第2隔离扩散层24的宽度不需要比第1隔离扩散层23的宽度要宽。另外，通过使第1隔离扩散层23的杂质浓度比第2隔离扩散层24的杂质浓度高，形成了更高浓度的阱区域25，因此，能使放大晶体管14更稳定地动作。
另外，在光电变换部11间配置有复位晶体管15或选择晶体管的绝缘隔离部22中，也是通过与第1隔离扩散层23的形成同时形成晶体管的阱区域，能起到和上述相同的效果。
在本发明中，第1隔离扩散层23以及第2隔离扩散层24的杂质浓度不一定必须一样。另外，第1隔离扩散层23以及第2隔离扩散层24分别能通过进行多次不同能量的离子注入来形成。例如，在光电变换部11的深度为1μm程度的情况下，以300keV～3000keV的范围将离子注入的能量分3次以上进行离子注入，由此能比光电变换部11更深地形成第2隔离扩散层24。
第1隔离扩散层23的杂质浓度典型地在1E15～1E20/cm3的范围内，第2隔离扩散层24的杂质浓度典型地在1E14～1E19/cm3的范围内。
图3(a)～(c)是表示求取在图2(a)所示的第1区域A中的绝缘隔离部22的下方形成宽度不同的第2隔离扩散层的情况下的光电变换部11的形状和混色的发生率的结果的图。
在此，设绝缘隔离部22的宽度为0.6μm，第1隔离扩散层23的宽度W1为0.6μm，分别将第2隔离扩散层24的宽度W2改变为0.3μm、0.6μm、0.9μm来形成隔离扩散层。另外，第1隔离扩散层23的杂质浓度为1E19/cm3，通过分100keV、200keV、300keV三次将注入能量进行离子注入而形成。另外，第2隔离扩散层24的杂质浓度为1E18/cm3，通过分400keV、600keV、800keV、1000keV四次将注入能量进行离子注入而形成。
另外，在相邻的像素中的一个像素中设置红色滤光器，在另一个像素中设置蓝色滤光器，在入射红色(650nm)光时，将设置蓝色滤光器的像素的输出相对于设置红色滤光器的像素的输出进行测定，将其作为混色的发生率。
如图3(c)所示可知，在使第2隔离扩散层24的宽度W2比第1隔离扩散层23的宽度W1要宽的情况下，抑制了光电变换部11的底部向第2隔离扩散层24侧扩大。其结果，混色的发生率从10％降低到0％。认为这是因为即使红色光进入到光电变换部11的底部，也能防止被光电变换的电荷的一部分泄漏扩散到相邻的光电变换部11。
在本发明中，“基板”意味着形成光电变换部11的基材。因此，本发明中的“基板”并不限于图2(a)、(b)所示那样的在n型半导体基板20上形成p-半导体层21的构成，能够取各种的构成。例如，也可以是在n型半导体基板20上形成n型的外延层，并在其上形成p-半导体层21的构成。另外，也可以是p型的单一基板。另外，在使用n型半导体基板20的情况下，通过将电源电压施加在n型半导体基板20上，能防止在绝缘隔离部22的下方产生的光电变换而生成的电荷泄漏到光电变换部11。另外，在使用在高浓度的p型半导体基板上形成p型半导体层的构成的基板的情况下，由于少数载流子的寿命较短，因此在光电变换部11或隔离扩散层24下方通过光电变换而产生的电荷立刻消失，能防止泄漏到相邻的光电变换部11。
光电变换部11例如以1E14～1E17/cm3的范围的杂质浓度来形成。这种情况下，优选绝缘隔离部22下方的隔离扩散层23的杂质浓度比光电变换部11的杂质浓度高。由此，由于能提高光电变换部11间的势垒，因此，能防止在光电变换部11积蓄的电荷流入到相邻的光电变换部11中，其结果，降低了混色或弥散。
为了确保光电变换部11的开口面积，绝缘隔离部22优选形成为STI(Shallow Trench Isolation：浅槽隔离)构造，但也可以是LOCOS(LocalOxidation of Silicon：硅的局部氧化)构造。另外，在使绝缘隔离部22为STI构造的情况下，由于防止了在由STI界面的晶格缺陷引起的暗时所产生的电荷流入到光电变换部11，因此优选用p型层覆盖绝缘隔离部22。
图4(a)、(b)是表示本实施方式的变形例中的像素部10的构成的图，图4(a)是表示沿图1中的IIa-IIa线的剖面图，图4(b)是表示沿图1中的IIb-IIb线的剖面图。
如图4所示，本发明的特征为，位于第2区域B中的绝缘隔离部22间的放大晶体管14的源极/漏极区域形成于和第1隔离扩散层23同时形成的阱区域25内，形成于第2区域B中的绝缘隔离部22下方的第2隔离扩散层24的宽度比形成于第1区域A中的绝缘隔离部22下方的第2隔离扩散层24的宽度要宽。
通过这样的构成，即使固体摄像装置微细化，也能使阱区域25的薄膜电阻较低。例如，在使第2隔离扩散层24的杂质浓度为1E18/cm3的情况下，若使第2隔离扩散层24的宽度W2在0.4μm基础上扩大0.2μm，则第2区域B中的阱区域25的薄膜电阻(即第1以及第2隔离扩散层23、24的薄膜电阻)能降低大约20％程度。由此，即使放大晶体管104进行高速动作，也能抑制阱区域25的电位变动，其结果，能使放大晶体管稳定且高速动作。另外，即使在使第2隔离扩散层24的宽度W2为0.9μm的情况下，和W2为0.3μm的情况相比，长波长光(红色光)的灵敏度也只降低了微小的2％程度。
接下来，参照图5(a)～(c)，说明实施方式中的像素部的制造方法。图5(a)～(c)是沿图1中的IIa-IIa线的剖面图。
首先，如图5(a)所示，在n型半导体基板20的表面使用通常的方法形成STI构造的绝缘隔离部22。另外，在STI构造的侧壁周围，设置杂质浓度为1E15cm3～1E19/cm3的p型层。接着，使用抗蚀掩模，通过离子注入，在半导体基板29的像素区域形成p型半导体层21。由于使光电变换部扩大到p型半导体层21的深部，因此，p型半导体层21的杂质浓度为1E14cm3～1E17/cm3的低浓度。
接下来，如图5(b)所示，使用绝缘隔离部22间的期望区域开口的抗蚀掩模，离子注入As或P原子，从而形成n型的光电变换部11。另外，由于使光电变换部11扩大到p型半导体层21的深部，因此，以200keV～1600keV的不同的注入能量进行多次离子注入来形成光电变换部11。在此，光电变换部11的杂质浓度为1E14cm3～1E17/cm3。
接下来，使用绝缘隔离部22间的期望区域开口的抗蚀掩模，离子注入B原子，从而在绝缘隔离部22的下方形成p型的第1隔离扩散层23。另外，和第1隔离扩散层23同时地形成用于构成像素部的放大晶体管、复位晶体管、选择晶体管，以及用于构成周边电路的n型晶体管的阱区域。第1隔离扩散层23的杂质浓度为1E15cm3～1E19/cm3，以10keV～500keV的不同的注入能量进行多次离子注入而形成。
接下来，使用绝缘隔离部22间的期望区域开口的抗蚀掩模，离子注入B原子，从而在第1隔离扩散层23的下方形成p型的第2隔离扩散层24。另外，使抗蚀掩模的开口部比形成第1隔离扩散层23时的抗蚀掩模的开口部要宽。因此，由于不需要较高地设定用于形成抗蚀掩模的开口部的分辨率，因此能使用膜厚较厚的抗蚀剂。因此，即使注入能量较高，离子也不会打穿抗蚀剂，能在第1隔离扩散层23的下方形成第2隔离扩散层24。第2隔离扩散层24的杂质浓度为1E15cm3～1E19/cm3，以300keV～3000keV的不同的注入能量进行多次离子注入而形成。之后，在光电变换部11的表面形成p型层，以使得在光电变换部11的表面产生的电荷不会泄漏到光电变换部11内部。该p型层的杂质浓度为1E16cm3～1E20/cm3。之后，使用抗蚀掩模，通过离子注入，在放大晶体管等的晶体管区域形成源极/漏极区域(未图示)。
最后，如图5(c)所示，在绝缘隔离部22上形成配线26，从而完成如图1所示的像素部10。
以上，通过适当的实施方式说明了本发明，但这并不是限定事项，当然能进行各种的改变。
本发明的固体摄像装置能适用于高解析度以及高灵敏度的固体摄像装置中。

Claims (4)

1.一种固体摄像装置，是将多个像素部排列成阵列状的固体摄像装置，其中，
所述像素部具备：
光电变换部，其由形成于基板内的第1导电型的扩散区域构成；
传输晶体管，其将在所述光电变换部积蓄的电荷传输到浮动扩散层；和
放大晶体管，其将传输到所述浮动扩散层的电荷输出到输出线，
相邻的所述光电变换部间、以及所述光电变换部和所述放大晶体管间分别通过绝缘隔离部而进行电隔离，
所述绝缘隔离部至少具有：在所述光电变换部间未配置有所述放大晶体管的第1区域、和在所述光电变换部间配置有所述放大晶体管的第2区域，
在所述绝缘隔离部的下方，形成有第2导电型的隔离扩散层，
所述隔离扩散层由第1隔离扩散层、和形成于该第1隔离扩散层下方的第2隔离扩散层构成，
在所述第1区域中，形成于所述绝缘隔离部下方的所述第2隔离扩散层的宽度比所述第1隔离扩散层的宽度宽。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
位于所述第2区域中的所述绝缘隔离部间的所述放大晶体管的源极/漏极区域形成于和所述第1隔离扩散层同时形成的阱区域内，
形成于所述第2区域中的所述绝缘隔离部下方的所述第2隔离扩散层的宽度比形成于所述第1区域中的所述绝缘隔离部下方的所述第2隔离扩散层的宽度宽。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，
所述第1隔离扩散层的杂质浓度比所述第2隔离扩散层的杂质浓度高。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述第1隔离扩散层以及所述第2隔离扩散层分别通过进行多次不同能量的离子注入而形成。
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