CN1758440A - 固体摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体摄像装置，从光电二极管部表面通过信号电荷读出部(9)的表面直到电荷转移部，连续形成光电二极管部表面的p+型区域(5)。此外，采用了p+型区域(5)与p++型区域(4)的界面和形成光电二极管部的n型杂质区域(3)的信号电荷读出部侧的界面不在同一平面上的结构。另外，在光电二极管部表面的p+型区域(5)与p++型区域p(4)之间的区域上形成了杂质浓度在两者之间的p+型区域(12)。
Description
技术领域
本发明涉及使用了CCD(Charge Coupled Device、电荷耦合器件)的固体摄像装置，特别是涉及高象素化或芯片尺寸小型化的固体摄像装置及其制造方法。
背景技术
以下关于现有的固体摄像装置进行说明。图1A是现有的行间(インタ一ラインInterline)型固体摄像装置的剖面图。如图1A所示，固体摄像装置具有n型硅衬底1、p--型阱区域2、n型电荷积累区域3、形成在n型电荷积累区域3上面的p++型区域4、包围p++型区域4形成在n型电荷积累区域3上面的p+型区域5、n型埋沟区域7、形成在n型埋沟区域7下层中的p-型区域6、由聚硅膜等形成的读出栅电极8、p+型信号电荷读出区域9、p+型区域10、和铝膜等的遮光膜11。
p--型阱区域2和n型电荷积累区域3形成光电二极管部(光电变换部)。p++型区域4和p+型区域5抑制暗电流。p-型区域6抑制亮斑(スミア)。n型埋沟区域7形成用于转移在光电二极管部中光电变换后的信号电荷的电荷转移部。读出栅电极8通过施加电压，进行从n型电荷积累区域3向n型埋沟区域7光检测信号电荷的读出。p+型信号电荷读出区域9控制读出电压。p+型区域10形成沟道截断层(チヤネルストツパ)。以上在“日本专利公开平7-142696号公报”和“日本专利公开平10-50976号公报”中已有记载。
一般地，由于伴随着象素尺寸的微细化的读出路径的电场强度的增加、和伴随着栅绝缘膜的薄膜化的硅衬底—栅绝缘膜间的电场强度的增加，读出时产生的热载流子被注入到栅绝缘膜中后阈值电压上升，结果，伴随着光照射而读出电压增加，产生出了在规定的电压中产生剩余电荷的可靠性不良。
在上述现有的固体摄像装置中，为了防止阈值电压的上升，在p+型区域5和n型埋沟区域7之间设置了偏置(不相邻)。但是，若为了防止伴随着上述光照射的阈值电压的上升而降低p+型信号电荷读出区域9的杂质浓度、使读出电压降低，则上述偏置区域即p+型信号电荷读出区域9的上部的衬底表面就耗尽，电荷转移部中的暗电流就增加。
图1B是图1A的固体摄像装置截面中的X-X’间的对于电子的电势纵剖面图。X-X′间的区间a与p+型区域5和n型埋沟区域7之间的区间相对应，区间b与p+型区域5相对应，区间c与p++型区域4相对应。在现有的固体摄像装置中，如图1A所示，p+型区域5的信号电荷读出部侧的界面(A)与n型电荷积累区域3的信号电荷读出部侧的界面(B)一致。该情况下，如图1B的电势纵剖面图所示，在杂质浓度界面(示出界面(A)和(B))d中形成对于电子的势垒(ポテンシヤルバリア)，产生剩余电荷q。为了完全读出该剩余电荷，不得不增加读出电压。
其结果，在现有结构中，不能同时抑制剩余电荷所引起的图像亮度的降低和暗电流的产生所引起的图像上的噪声的发生。
发明内容
本发明解决上述课题，其目的在于提供一种在固体摄像装置中抑制剩余电荷所引起的图像亮度的降低的高可靠性的固体摄像装置。
为了达到上述目的，本发明的固体摄像装置的特征在于，具有：多个光电变换部，二维状地配置在半导体衬底上，将入射光光电变换为信号电荷并进行积累；电荷转移部，将在光电变换部中积累的信号电荷进行转移；电荷读出部，形成在光电变换部与电荷转移部之间，在电荷转移部读出光电变换部中被积累的信号电荷，光电变换部具有形成在半导体衬底表面上的多个第一导电型杂质区域、和形成在第一导电型杂质区域的下面的第二导电型杂质区域，第二导电型杂质区域的电荷读出部侧的边界与多个第一导电型杂质区域中的任一个电荷读出部侧的边界都不在同一平面上。
这样地，在本发明的固体摄像装置中，第二导电型杂质区域的电荷读出部侧的边界与多个第一导电型杂质区域中的任一个电荷读出部侧的边界都不在同一平面上。这样，能够防止形成区域边界中的对于电子的如图1B所示的势垒。其结果，能够抑制剩余电荷所产生的图像亮度的降低。
在此，也可以从光电变换部的一部分通过电荷读出部表面直到电荷转移部，连续形成多个第一导电型杂质区域中的一个。
根据该结构，通过从光电变换部表面的一部分直到电荷转移部连续形成一个第一导电型杂质区域，就有能够抑制衬底表面的耗尽、防止电荷转移部暗电流的增加的效果。其结果，能够抑制暗电流的发生所引起的图像上的噪声的发生。
在此，也可以在半导体衬底表面中，被其他第一导电型杂质区域包围地形成多个第一导电型杂质区域中的一个，杂质浓度高于其他第一导电型杂质区域，杂质扩散深度深。
根据该结构，通过使一个第一导电型杂质区域的杂质浓度高于其他区域，此外，使扩散深度深，就有能够降低亮斑的效果。
在此，在半导体衬底表面中，被第二的第一导电型杂质区域包围地形成多个第一导电型杂质区域中的第一的第一导电型杂质区域，杂质浓度高于第二的第一导电型杂质区域，杂质扩散深度相同，也可以在半导体衬底表面中，被第一的第一导电型杂质区域包围地形成多个第一导电型杂质区域中的第三的第一导电型杂质区域，杂质浓度高于第一的第一导电型杂质区域，杂质扩散深度深。
根据该结构，通过将多个第一导电型杂质区域设为具有三种杂质浓度的区域，就有能够实现剩余电荷的减少的效果。
在此，也可以将多个第一导电型杂质区域中的与杂质浓度最高的区域的电荷读出部侧相反侧的边界，形成为比第二导电型杂质区域的与电荷读出部侧相反侧的边界向内侧偏置。
根据该结构，通过比第二导电型杂质区域的与电荷读出部侧相反侧的边界向内侧形成了第一导电型杂质区域中的与杂质浓度最高的区域的电荷读出部侧相反侧的边界，就有能够缓和信号电荷读出时的电位梯度的效果。
在此，也可以使多个第一导电型杂质区域中的杂质浓度最高区域的杂质浓度，比与其相邻的第一导电型杂质区域的杂质浓度高15倍以上。
根据该结构，通过使杂质浓度最高的第一导电型杂质区域的杂质浓度比相邻区域高15倍以上，就有能够降低亮斑的效果。
在此，也可以使多个第一导电型杂质区域中的除了杂质浓度最高区域之外的第一导电型杂质区域中的任一个的杂质浓度，与形成光电变换部的第二导电型杂质区域的杂质浓度相等。
根据该结构，通过使除了杂质浓度最高区域之外的第一导电型杂质区域的任一个区域的杂质浓度与形成光电变换部的第二导电型的杂质区域的浓度相等，就有能够抑制暗电流的效果。
根据本发明中的固体摄像装置，在降低从光电二极管部向电荷转移部的信号电荷的读出电压、抑制光电二极管部中的信号电荷的读出剩余，高效地进行信号电荷的读出的同时，防止信号电荷读出部上部的衬底表面中的耗尽，抑制电荷转移部中的暗电流的增加，这样就能够抑制伴随着光照射的读出电压的增加。
从接下来结合附图对本发明的描述，将使本发明的这些和其它目的、优点和特征变得更明显，附图说明了本发明的特定实施例。
附图说明
图1A是现有的行间型固体摄像装置的剖面图。
图1B是X-X’间的对于电子的电势纵剖面图。
图2A是本发明的第一实施方式中的固体摄像装置的剖面图。
图2B是X-X’间的对于电子的电势纵剖面图。
图3A是本发明的第二实施方式中的固体摄像装置的剖面图。
图3B是X-X’间的对于电子的电势纵剖面图。
具体实施方式
以下，参照图2A、图2B和图3A、图3B，关于本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图2A是本发明的第一实施方式中的固体摄像装置的剖面图。如图2A所示，固体摄像装置具有n型硅衬底101、p--型阱区域102、n型电荷积累区域103、形成在n型电荷积累区域103上面的p++型区域104、包围p++型区域104形成在n型电荷积累区域103上面的p+型区域105、n型埋沟区域107、形成在n型埋沟区域107下层中的p-型区域106、由聚硅膜等形成的读出栅电极108、p+型信号电荷读出区域109、p+型区域110、和铝膜等的遮光膜111。
P--型阱区域102和n型电荷积累区域103形成光电二极管部(光电变换部)。p++型区域104和p+型区域105抑制暗电流。p-型区域106抑制亮斑。n型埋沟区域107形成用于转移在光电二极管部中光电变换后的信号电荷的电荷转移部。读出栅电极108通过施加电压，进行从n型电荷积累区域103向n型埋沟区域107的光检测信号电荷读出。p+型信号电荷读出区域109控制读出电压。p+型区域110形成沟道截断层。
在本实施方式中，从光电二极管部表面通过信号电荷读出部表面直到与电荷转移部连接，连续形成了形成在n型电荷积累区域103上面的用于抑制暗电流的p+型区域105和p++型区域104。从而，能够抑制p+型信号电荷读出区域109上部的衬底表面的耗尽，能够防止电荷转移部暗电流的增加。
利用如下的工序得到这样的结构。在n型硅衬底101上形成p--型阱区域102。使用多个离子注入阻止掩膜(マスク)(无图示)，依次形成n型电荷积累区域103、p-型区域106、p+型信号电荷读出区域109、n型埋沟区域107、p+区域110。使用离子注入阻止掩膜(无图示)，在n型电荷积累区域103的表面和读出区域表面的整个面上形成p+型区域105，接着，在p+型区域105的内侧，使用新的离子注入阻止掩膜(无图示)，形成用于抑制暗电流的p++型区域104。之后，形成读出栅电极108、遮光膜111。
图2B是图2A的固体摄像装置截面中的X-X’间的对于电子的电势纵剖面图。X-X′间的区间a与p+型区域105相对应，区间b与p++型区域104相对应。通过使p+型区域5与p++型区域4的界面(A)和n型电荷积累区域3的信号电荷读出部侧的界面(B)不在同一平面上，就能够如图2B所示，防止杂质浓度界面中的对于电子的势垒的形成，降低读出电压。
此外，通过使p+型区域105的杂质浓度与n型电荷积累区域103的杂质浓度相等，就能够完整高效地埋入硅衬底和栅绝缘膜界面，能够抑制暗电流。
另外，通过使p++型区域104的杂质浓度比p+型区域105的杂质浓度高15倍以上，使p++型区域104的深度比p+型区域105深，就能够降低亮斑。此外，通过使p++型区域104对于p+型区域110(沟道截断层)偏置，就能够缓和信号电荷读出时的电位梯度。以上内容已利用模拟试验进行了验证。
根据本实施方式，能够通过降低暗电流来降低画面上的噪声，此外，能够通过降低读出电压来抑制剩余电荷所产生的画面亮度的降低。
(实施方式2)
图3A是本发明的第二实施方式中的固体摄像装置的剖面图。在与第一实施方式相同的结构要素上标记相同的符号并省略说明。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，如图3A所示，从光电二极管部表面通过读出控制部表面，连续形成了形成在n型电荷积累区域103上面的用于抑制暗电流的p+型区域205和p++型区域104，并且，在p+型区域205与p++型区域104之间的区域上形成了p+型区域212，所述p+型区域212的杂质浓度高于p+型区域205，低于p++型区域104。
这样地，利用从光电二极管部侧向着读出区域侧逐渐降下对于电子的电势电平的结构，就能够实现剩余电荷的减少和读出电压的降低。
利用如下的工序得到这样的结构。在n型硅衬底101上形成p--型阱区域102。使用多个离子注入阻止掩膜(无图示)，依次形成n型电荷积累区域103、p-型区域106、p+型信号电荷读出区域109、n型埋沟区域107、p+区域110。使用离子注入阻止掩膜(无图示)，在n型电荷积累区域103的表面和读出区域表面的整个面上形成p+型区域205，接着，在p+型区域205的内侧，使用新的离子注入阻止掩膜(无图示)，形成p+型区域212，然后在其内侧，使用新的离子注入阻止掩膜(无图示)，形成p++型区域104。之后，形成读出栅电极108、遮光膜111。
图3B是图3A的固体摄像装置截面中的X-X’间的对于电子的电势纵剖面图。X-X′间的区间a与p+型区域205相对应，区间b与p+型区域212相对应，区间c与p++区域104相对应。通过使p+型区域205与p+型区域212的界面(A)和n型电荷积累区域103的信号电荷读出部侧的界面(B)不在同一平面上，就能够如图3B所示，防止杂质浓度界面中的对于电子的势垒的形成，降低读出电压。
此外，通过使p+型区域212的杂质浓度与n型电荷积累区域103的杂质浓度相等，就能够完整高效地埋入硅衬底和栅绝缘膜界面，能够抑制暗电流。或者，通过使除了杂质浓度最高区域之外的p+型杂质区域中的任一个的杂质浓度都与n型杂质区域103的杂质浓度相等，就能够完整高效地埋入硅衬底和栅绝缘膜界面，能够抑制暗电流。
另外，通过使p++型区域104的杂质浓度比p+型区域205和p+型区域212的杂质浓度高15倍以上，使p++型区域104的深度比p+型区域205和p+型区域212深，就能够降低亮斑。
此外，通过使杂质浓度最高的p++型区域104对于与电荷读出部侧相反侧的p+型区域110(沟道截断层)偏置，就能够缓和信号电荷读出时的电位梯度。以上内容已利用模拟试验进行了验证。
根据本实施方式，与第一实施方式相比，能够进一步减少剩余电荷，抑制画面亮度的降低。
再有，也可以用相反的导电型来构成上述实施例中的固体摄像装置中的p型和n型的导电型。
尽管已经参考附图、通过实例完整地描述了本发明，但应注意，各种改变和修改对于本领域的技术人员来说都是很明显的。因此，除非这些改变和修改超出了本发明的范围，否则它们都应作为本发明的一部分被包含在本文中。
Claims (7)
1、一种固体摄像装置，其特征在于，具有：
多个光电变换部，二维状地配置在半导体衬底上，将入射光光电变换为信号电荷并进行积累；
电荷转移部，将在上述光电变换部中积累的上述信号电荷进行转移；
电荷读出部，形成在上述光电变换部与上述电荷转移部之间，在上述电荷转移部读出上述光电变换部中被积累的上述信号电荷，
上述光电变换部具有形成在上述半导体衬底表面上的多个第一导电型杂质区域、和形成在上述第一导电型杂质区域的下面的第二导电型杂质区域，
上述第二导电型杂质区域的上述电荷读出部侧的边界与上述多个第一导电型杂质区域中的任一个上述电荷读出部侧的边界都不在同一平面上。
2、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，从上述光电变换部的一部分通过上述电荷读出部表面直到上述电荷转移部，连续地形成上述多个第一导电型杂质区域中的一个。
3、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，在上述半导体衬底表面中，被其他第一导电型杂质区域包围地形成上述多个第一导电型杂质区域中的一个，杂质浓度高于上述其他第一导电型杂质区域，杂质扩散深度深。
4、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，在上述半导体衬底表面中，被第二的第一导电型杂质区域包围地形成上述多个第一导电型杂质区域中的第一的第一导电型杂质区域，杂质浓度高于上述第二的第一导电型杂质区域，杂质扩散深度相同，
在上述半导体衬底表面中，被上述第一的第一导电型杂质区域包围地形成上述多个第一导电型杂质区域中的第三的第一导电型杂质区域，杂质浓度高于上述第一的第一导电型杂质区域，杂质扩散深度深。
5、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述多个第一导电型杂质区域中的与杂质浓度最高的区域的上述电荷读出部侧相反侧的边界，被形成为比上述第二导电型杂质区域的与上述电荷读出部侧相反侧的边界向内侧偏置。
6、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述多个第一导电型杂质区域中的杂质浓度最高区域的杂质浓度，比与其相邻的第一导电型杂质区域的杂质浓度高15倍以上。
7、如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述多个第一导电型杂质区域中的除了杂质浓度最高的区域之外的第一导电型杂质区域中的任一个的杂质浓度，与形成上述光电变换部的第二导电型杂质区域的杂质浓度相等。
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