CN102318067A - 影像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式所涉及的影像传感器(1)排列有多个埋入型光电二极管(PD(m，n))。该埋入型光电二极管(PD(m，n))分别具备第1导电类型的第1半导体区域(10)、形成于第1半导体区域(10)上且第2导电类型的杂质浓度低的第2半导体区域(20)、以覆盖第2半导体区域(20)的表面的方式形成于第2半导体区域(20)上的第1导电类型的第3半导体区域(30)、以及用于从第2半导体区域(20)取出电荷的第2导电类型的第4半导体区域(40)，第4半导体区域(40)在第2半导体区域(20)上间隔地配置有多个。

Description

影像传感器
技术领域
本发明涉及排列了多个埋入型光电二极管的影像传感器。
背景技术
已知有例如二维排列有多个具备埋入型光电二极管的受光部的影像传感器。在该埋入型光电二极管中，例如在p型基板上形成有n型低浓度半导体区域，在该n型低浓度半导体区域的表面形成有薄的p型高浓度半导体区域。另外，为了读出电荷而将n型高浓度半导体区域形成于n型低浓度半导体区域。根据该埋入型光电二极管，因为能够完全使n型低浓度半导体区域空乏化，所以能够完全地读出在pn接合部所产生的电荷，并能够抑制漏电流的发生，从而光检测的S/N比表现卓越。
在该埋入型光电二极管中，通过使光感应区域即n型低浓度半导体区域以及p型高浓度半导体区域的面积大面积化，从而能够增大光检测的灵敏度。可是，如果增大n型低浓度半导体区域的面积，那么所产生的电荷的读出变得不完全，而产生了电荷的读出残留。其结果，会产生余像。
关于该问题，专利文献1所记载的影像传感器从作为埋入型光电二极管中的光感应区域的n型低浓度半导体区域的端部朝着作为用于读出电荷的传送电极的n型低浓度半导体区域具有杂质的浓度梯度，并降低电位梯度。在专利文献1中，记载了由此降低了电荷的读出残留。
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2000-236081号公报
专利文献2：日本专利申请公开2006-41189号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，如专利文献1所记载的影像传感器那样，为了将电位梯度形成于埋入型光电二极管中的n型低浓度半导体区域，有必要形成具有阶梯状的杂质浓度分布的表面即p型高浓度半导体区域。阶梯状的杂质浓度分布的制作因为要求离子注入量的微妙控制，所以制造工艺的难度较高，另外，多个光刻的掩膜和光刻的工序成为必要，从而会担心制造成本的上升。
因此，本发明以提供一种与以往相比能够更加简易地减少电荷的读出残留的影像传感器为目的。
解决课题的技术手段
本发明的影像传感器是一种排列有多个埋入型光电二极管的影像传感器。该埋入型光电二极管的各个具备第1导电类型的第1半导体区域、形成于第1半导体区域上且第2导电类型的杂质浓度低的第2半导体区域、以覆盖第2半导体区域的表面的方式形成于第2半导体区域上的第1导电类型的第3半导体区域、以及用于从第2半导体区域取出电荷的第2导电类型的第4半导体区域，第4半导体区域在第2半导体区域上间隔地配置有多个。
根据该影像传感器，用于从第2半导体区域(光感应区域)取出电荷的第4半导体区域因为间隔地配置有多个，所以即使在使n型低浓度半导体区域大面积化的情况下，也能够恰当地缩短从第4半导体区域到第2半导体区域的边缘为止的距离。因此，在埋入型光电二极管中，能够确保向第4半导体区域的电位梯度，并能够降低来自于第2半导体区域的电荷的读出残留。其结果，能够抑制余像的发生。
另外，根据该影像传感器，因为仅形成多个用于从第2半导体区域取出电荷的第4半导体区域，所以与以往相比能够更加简易地减少电荷的读出残留。
上述的影像传感器优选为具备在排列方向上延伸的遮光膜，该遮光膜覆盖第4半导体区域以及连接于第4半导体区域的配线中的一部分。
由第4半导体区域以及连接于第4半导体区域的配线，在实质性的光感应区域的形状为非左右对称以及上下对称的情况下，在入射光跨越所邻接的像素并且照射于一方的像素中的埋入型光电二极管的电荷读出线上的时候，起因于实质性的光感应区域的非对称性而在所邻接的像素的光检测灵敏度产生不均匀性。
然而，根据该结构，因为具备以覆盖第4半导体区域以及连接于第4半导体区域的配线的方式在排列方向上延伸的遮光膜，所以相对于像素的中心轴能够使光感应区域的形状左右对称以及上下对称。因此，即使在光跨越所邻接的像素进行照射的情况下，也能够减少所邻接的像素的光检测灵敏度的不均匀性。
发明的效果
根据本发明，在影像传感器中，与以往相比能够更加简易地减少电荷的读出残留。其结果，能够抑制余像的发生。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的影像传感器的结构的图。
图2是表示作为由图1所表示的像素的第1实施方式且从表面侧看到的像素的图。
图3是表示沿着图2中的III-III线的像素的截面的图。
图4是从表面侧看到本发明的比较例的像素的图。
图5是表示沿着图4中的V-V线的像素的截面的图。
图6是表示作为由图1所表示的像素的第2实施方式且从表面侧看到的像素的图。
图7是表示沿着图6中的VII-VII线的像素的截面的图。
图8是在不具备遮光膜的情况下光跨越所邻接的像素进行入射的时候的图。
图9是在具备遮光膜的情况下光跨越所邻接的像素进行入射的时候的图。
符号的说明
1、1A、1X 影像传感器
P(m，n)、P1(m，n)、P2(m，n)、Px(m，n) 像素
PD(m，n)、PD1(m，n)、PD2(m，n)、PDx(m，n) 埋入型光电二极管
10 p型基板(第1半导体区域)
20 n型低浓度半导体区域(第2半导体区域)
30 p型高浓度半导体区域(第3半导体区域)
40 n型高浓度半导体区域(第4半导体区域)
50 配线
60 遮光膜
70 硅氧化膜
T(m，n)、T1(m，n)、Tx(m，n) 晶体管
DS n型高浓度半导体区域
G 栅电极
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在各个附图中，对相同或者相当的部分标注相同的符号。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的影像传感器的结构的图。由图1所表示的影像传感器1具备二维排列的M×N个(M行N列)的像素P(m，n)。在此，M为2以上的整数，m为1以上M以下的任意的整数。另外，N为2以上的整数，n为1以上N以下的任意的整数。还有，在图1中，为了明确本发明的特征而省略了用于控制各个像素P(m，n)的动作的控制部以及处理从各个像素P(m，n)读出的信号的信号处理部等。以下，对于具有本发明的特征的像素P(m，n)，例示了多个实施方式以进行说明。
[第1实施方式]
图2是表示作为由图1所表示的像素P(m，n)的第1实施方式且从表面侧看到的像素P1(m，n)的图，图3是表示沿着图2中的III-III线的像素P1(m，n)的截面的图。在图2以及图3中，代表M×N个像素P1(m，n)而表示第m行n列的像素P1(m，n)。该像素P1(m，n)具有埋入型光电二极管PD1(m，n)和晶体管T1(m，n)。另外，在图2中，为了容易理解本发明的特征而省略埋入型光电二极管PD1(m，n)中的后面所述的p型高浓度半导体区域30以进行表示。
埋入型光电二极管PD1(m，n)具有p型基板10、形成于该p型基板10上的n型低浓度半导体区域20、形成于该n型低浓度半导体区域20上的p型高浓度半导体区域30、以及形成于n型低浓度半导体区域20上的多个n型高浓度半导体区域40。还有，这些p型基板10、n型低浓度半导体区域20、p型高浓度半导体区域30以及n型高浓度半导体区域40分别相当于权利要求所述的第1半导体区域、第2半导体区域、第3半导体区域以及第4半导体区域，p型以及n型分别相当于权利要求所述的第1导电类型以及第2导电类型。
P型基板10的p型杂质浓度例如为1015cm-3～1017cm-3左右。在p型基板10上以被埋入到p型基板10的一部分的方式形成有n型低浓度半导体区域20。
n型低浓度半导体区域20形成为长方形(例如大致正方形)。例如，n型低浓度半导体区域20的厚度为0.6μm～1.0μm左右，n型低浓度半导体区域20的n型杂质浓度为1016cm-3～1018cm-3左右而比较低。在n型低浓度半导体区域20的表面上形成有p型高浓度半导体区域30以及n型高浓度半导体区域40。
p型高浓度半导体区域30以覆盖n型低浓度半导体区域20的表面的方式形成，其厚度薄至0.2μm～0.4μm。p型高浓度半导体区域30的p型杂质浓度为1017cm-3～1019cm-3左右而比较高。
这些p型基板10、n型低浓度半导体区域20以及p型高浓度半导体区域30形成光感应区域，对应于入射到该光感应区域的光强度而产生的量的电荷被存储于由p型基板10和n型低浓度半导体区域20形成的pn接合部、以及由n型低浓度半导体区域20和p型高浓度半导体区域30形成的pn接合部。
如以上所述，因为n型低浓度半导体区域20的n型杂质浓度低，所以能够完全使n型低浓度半导体区域20空乏化，并能够完全地读出在pn接合部所产生的电荷。
另外，通过将薄的p型高浓度半导体区域30形成于n型低浓度半导体区域20的表面，从而即使在使n型低浓度半导体区域20完全空乏化的情况下，也能够使p型高浓度半导体区域30即基板表面不发生空乏化。其结果，能够减少起因于可能存在于基板表面的电荷而可能产生的漏电流(暗电流)，并能够提高光检测的S/N比。
另一方面，n型高浓度半导体区域40以被p型高浓度半导体区域30包围的方式形成在多个地方(例如4个地方)。这些n型高浓度半导体区域40在n型低浓度半导体区域20的4边的中心附近，间隔地排列。n型高浓度半导体区域40的厚度为0.2μm～0.4μm而比较薄，n型高浓度半导体区域40的n型杂质浓度为1019cm-3～1021cm-3左右而比较高。这些n型高浓度半导体区域40通过接点、中继接点(via)以及配线50而被连接于晶体管T1(m，n)。
晶体管T1(m，n)由相当于漏极(drain)、源极(source)的n型高浓度半导体区域DS和栅电极G所构成。晶体管T1(m，n)邻接于埋入型光电二极管PD1(m，n)的1边的中心附近而形成，例如，n型高浓度半导体区域DS的一方兼用埋入型光电二极管PD(n)中的n型高浓度半导体区域40中的一个，并且被连接于配线50，并被连接于所有的n型高浓度半导体区域40。晶体管T1(m，n)对应于施加于栅电极G的电压成为ON状态，并能够从一方的n型高浓度半导体区域DS向另一方的n型高浓度半导体区域DS读出通过n型高浓度半导体区域40取出的来自于n型低浓度半导体区域20的电荷。
还有，配线50被配置于邻接的埋入型光电二极管PD1(m，n)中的n型低浓度半导体区域20之间的p型基板10上。
另外，基板的表面以及基板的侧面被硅氧化膜70所保护。
以下，一边与本发明的比较例所涉及的影像传感器1X比较，一边说明第1实施方式的影像传感器1的作用效果。
本发明的比较例所涉及的影像传感器1X与由图1所表示的第1实施方式的影像传感器1相同，具备二维排列的M×N个像素Px(m，n)，该像素Px(m，n)在取代埋入型光电二极管PD(m，n)而具备埋入型光电二极管PDx(m，n)的结构上与第1实施方式不同。影像传感器1X的其它结构与影像传感器1相同。影像传感器1X与专利文献2所记载的相同。
图4是从层叠方向的表面侧看到比较例的像素Px(m，n)的图，图5是表示沿着图4中的V-V线的像素Px(m，n)的截面的图。在图4中，也省略埋入型光电二极管PDx(m，n)中的p型高浓度半导体区域30以进行表示。
比较例的埋入型光电二极管PDx(m，n)，在第1实施方式的埋入型光电二极管PD(m，n)中，n型高浓度半导体区域40的个数不同。即，在比较例的埋入型光电二极管PDx(m，n)中，仅有1个用于取出电荷的n型高浓度半导体区域40形成于n型低浓度半导体区域20中的中心附近。
在该比较例的埋入型光电二极管PDx(m，n)中，如果使n型低浓度半导体区域20大面积化，那么从n型高浓度半导体区域40到n型低浓度半导体区域20的边缘为止的距离会变长。因此，从n型低浓度半导体区域20的边缘向n型高浓度半导体区域40的电位梯度基本上没有，取出n型低浓度半导体区域20的边缘的电荷变得困难，并会有发生电荷的读出残留的可能性。其结果，会发生余像。
然而，根据具备第1实施方式的埋入型光电二极管PD1(m，n)以及像素P1(m，n)的影像传感器1，用于从n型低浓度半导体区域(第2半导体区域：光感应区域)20取出电荷的n型高浓度半导体区域(第4半导体区域)40因为间隔地配置有多个，所以即使在使n型低浓度半导体区域20大面积化的情况下，也能够恰当地缩短从n型高浓度半导体区域40到n型低浓度半导体区域20的边缘为止的距离。因此，在埋入型光电二极管PD1(m，n)中，能够确保向第4半导体区域的电位梯度，并能够减少来自n型低浓度半导体区域20的电荷的读出残留。其结果，能够抑制余像的发生。
另外，根据第1实施方式的影像传感器1，因为仅形成多个用于从n型低浓度半导体区域20取出电荷的n型高浓度半导体区域40，所以与以往相比可以更加简易地减少电荷的读出残留。
另外，根据第1实施方式的影像传感器1，因为用于从n型低浓度半导体区域20取出电荷的n型高浓度半导体区域40被形成于n型低浓度半导体区域20的4边附近，配线50被配置于n型低浓度半导体区域20之间的p型基板10上，所以作为光感应区域的n型低浓度半导体区域20以及p型高浓度半导体区域30未被配线50所覆盖。其结果，能够提高光感应区域的开口率，并能够提高光检测的灵敏度。
[第2实施方式]
图6是表示作为由图1所表示的像素P(m，n)的第2实施方式且从表面侧看到的像素P2(m，n)的图，图7(a)是表示沿着图6中的VIIa-VIIa线的像素P2(m，n)的截面的图。另外，图7(b)是表示沿着图6中的VIIb-VIIb线的像素P2(m，n)的截面的图。在图6以及图7中，代表M×N个像素P2(m，n)而表示第m行n列的像素P2(m，n)。该像素P2(m，n)具有埋入型光电二极管PD2(m，n)和上述的晶体管T1(n)。另外，在图6中，为了容易理解本发明的特征而省略埋入型光电二极管PD2(m，n)中的后面所述的p型高浓度半导体区域30以进行表示。
第2实施方式的埋入型光电二极管PD2(m，n)，在第1实施方式的埋入型光电二极管PD1(m，n)中，多个n型高浓度半导体区域40的形成位置不同。即，多个n型高浓度半导体区域40，在n型低浓度半导体区域20，在上下左右大致等间隔地间隔配置。埋入型光电二极管PD2(m，n)的其它结构与埋入型光电二极管PD1(m，n)相同。
另外，第2实施方式的像素P2(m，n)具备多个(例如2个)遮光膜60。遮光膜60在由图1所表示的像素P(m，n)的排列方向上延伸。在本实施方式中，遮光膜60在列方向上延伸。多个遮光膜60分别以覆盖n型高浓度半导体区域40以及连接于该n型高浓度半导体区域40并在列方向上延伸的配线50的方式配置。对于遮光膜的材料，使用Al等，具有光吸收性的材料，例如，如果使用TiN等那么能够防止检测光的散射，因而优选。
在此，详细地说明由遮光膜60所起到的作用效果。图8是在不具备遮光膜60的情况下光跨越所邻接的像素P2(1，1)、P2(2，1)进行入射的时候的图，图9是在具备遮光膜60的情况下光跨越所邻接的像素P2(1，1)、P2(2，1)进行入射的时候的图。
如图8所示，在不具备遮光膜60的像素P2(m，n)中，在入射光A跨越所邻接的像素P2(1，1)、P2(2，1)并且被照射于一方的像素P2(1，1)中的埋入型光电二极管PD2(1，1)的电荷读出线上的情况下，仅有n型高浓度半导体区域40以及在列方向上延伸的配线50的部分，一方的像素P2(1，1)的灵敏度降低，邻接的像素P2(1，1)、P2(2，1)的光检测灵敏度发生不均匀性。
然而，如图9所示，根据具备该第2实施方式的像素P2(m，n)的影像传感器1A，因为以覆盖n型高浓度半导体区域40以及在列方向上延伸的配线50的方式具备在列方向上延伸的遮光膜60，所以相对于像素P2(m，n)的中心轴能够使光感应区域的形状左右对称以及上下对称。即，能够缓和由配线50所产生的部分的非对称性。因此，即使在光A跨越所邻接的像素P2(1，1)、P2(2，1)进行照射的情况下，也能够减小所邻接的像素P2(1，1)、P2(2，1)的光检测灵敏度的不均匀性。
还有，本发明并不限定于以上所述的本实施方式，可以进行各种各样的变形。例如，在本实施方式中，埋入型光电二极管PD(n)以及晶体管T(n)被直接形成于p型基板10上，但是，也可以被形成于n型基板上。在此情况下，可以将p型阱形成于n型基板上，并在该p型阱上形成同样的结构。
产业上的利用可能性
能够应用于减少影像传感器的电荷的读出残留的用途中。

Claims (2)

1.一种影像传感器，其特征在于，
是排列有多个埋入型光电二极管的影像传感器，
所述埋入型光电二极管分别具备：
第1导电类型的第1半导体区域；
形成于所述第1半导体区域上且第2导电类型的杂质浓度低的第2半导体区域；
以覆盖所述第2半导体区域的表面的方式形成于所述第2半导体区域上的第1导电类型的第3半导体区域；以及
用于从所述第2半导体区域取出电荷的第2导电类型的第4半导体区域，
所述第4半导体区域在所述第2半导体区域上间隔地配置有多个。
2.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，
具备在排列方向上延伸的遮光膜，该遮光膜覆盖所述第4半导体区域以及连接于所述第4半导体区域的配线中的一部分。
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