JP2002009270A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
- H10F39/016—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of thin-film-based image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/805—Coatings
- H10F39/8057—Optical shielding
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 感光素子の形成領域の実効面積を拡大するこ
とによりダイナミックレンジをより拡大することが可能
な固体撮像装置を提供する。 【解決手段】 基板2上に感光素子D1とこの感光素子
に直接的、或いは間接的に接続されるアクティブ素子T
r1,Tr2とを形成してなる固体撮像素子において、
前記感光素子の形成領域を、前記アクティブ素子の形成
領域よりも深くなるように設定すると共に、前記アクテ
ィブ素子の形成領域の直下まで広げ、且つ前記感光素子
の形成の不純物濃度は動作時にこの全域に亘って空乏化
するような濃度に設定されている。これにより、感光素
子の形成領域の実効面積を拡大する。
とによりダイナミックレンジをより拡大することが可能
な固体撮像装置を提供する。 【解決手段】 基板2上に感光素子D1とこの感光素子
に直接的、或いは間接的に接続されるアクティブ素子T
r1,Tr2とを形成してなる固体撮像素子において、
前記感光素子の形成領域を、前記アクティブ素子の形成
領域よりも深くなるように設定すると共に、前記アクテ
ィブ素子の形成領域の直下まで広げ、且つ前記感光素子
の形成の不純物濃度は動作時にこの全域に亘って空乏化
するような濃度に設定されている。これにより、感光素
子の形成領域の実効面積を拡大する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高ダイナミックレ
ンジ化が可能な固体撮像装置に関するものである。
ンジ化が可能な固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、固体撮像装置の一例として、例
えばCMOS Active Pixel Image
Sensor(以下、CMOS APSと呼ぶ)やC
CDイメージセンサ等が知られている。図7は標準的な
CMOS APSの1つの画素(Pixel)の等価回
路を示す図である。図示するように、このCMOS A
PSの画素は、1つのフォトダイオードD1と、最低で
も3つのMOSトランジスタTr1、Tr2、Tr3を
有している。Tr1は、ゲートを介してフォトダイオー
ドD1に接続されてこのフォトダイオードD1に初期電
圧を供給するリセットトランジスタであり、Tr2はそ
のゲートが上記フォトダイオードD1の出力側に接続さ
れる増幅トランジスタである。Tr3は選択トランジス
タであり、そのゲートがロー選択信号側に接続され、コ
ラム出力を行なう。
えばCMOS Active Pixel Image
Sensor(以下、CMOS APSと呼ぶ)やC
CDイメージセンサ等が知られている。図7は標準的な
CMOS APSの1つの画素(Pixel)の等価回
路を示す図である。図示するように、このCMOS A
PSの画素は、1つのフォトダイオードD1と、最低で
も3つのMOSトランジスタTr1、Tr2、Tr3を
有している。Tr1は、ゲートを介してフォトダイオー
ドD1に接続されてこのフォトダイオードD1に初期電
圧を供給するリセットトランジスタであり、Tr2はそ
のゲートが上記フォトダイオードD1の出力側に接続さ
れる増幅トランジスタである。Tr3は選択トランジス
タであり、そのゲートがロー選択信号側に接続され、コ
ラム出力を行なう。
【0003】更に、最近にあっては、上記各トランジス
タTr1〜Tr3の他に、ADコンバータ素子、DSP
(Digital Signal Processo
r)素子、画像圧縮機能素子等の他の周辺素子なども各
画素毎に内蔵させようとする試みもなされている。従っ
て、狭い画素領域内に益々多くのトランジスタが必要と
されるようになってきている。図8は上記画素の等価回
路の一部の構造を示す断面図である。図8中において、
Aの部分はフォトダイオードD1とリセットトランジス
タTr1の部分を示し、Bの部分は増幅トランジスタT
r2の部分を示す。この図示例では選択トランジスタT
r3及び配線系の記載は省略している。
タTr1〜Tr3の他に、ADコンバータ素子、DSP
(Digital Signal Processo
r)素子、画像圧縮機能素子等の他の周辺素子なども各
画素毎に内蔵させようとする試みもなされている。従っ
て、狭い画素領域内に益々多くのトランジスタが必要と
されるようになってきている。図8は上記画素の等価回
路の一部の構造を示す断面図である。図8中において、
Aの部分はフォトダイオードD1とリセットトランジス
タTr1の部分を示し、Bの部分は増幅トランジスタT
r2の部分を示す。この図示例では選択トランジスタT
r3及び配線系の記載は省略している。
【0004】図中において、2は例えばシリコン基板等
よりなる基板であり、一方の導電型、例えばP型の不純
物がドープされている。この基板2の表面側に、上記と
は逆の導電型例えばN型の不純物が選択的にドープされ
てパターン化されたドープ層4が設けられ、この上部に
入射光を遮るためのパターン化された遮光層6が形成さ
れている。8はリセットトランジスタTr1のゲート電
極であり、図示例ではゲート酸化膜の記載は省略してい
る。このゲート電極8の両側の下方には、上記リセット
トランジスタTr1のドレイン10及びソース12がそ
れぞれ設けられる。このドレイン10やソース12は、
上記ドープ層4の一部を用いている。ここでソース12
は、できるだけ大きい面積で形成されてフォトダイオー
ドD1の受光領域14としても兼用されており、この受
光領域14のドープ層4の上側にP型の不純物をドープ
してドープ層16を形成し、このP型のドープ層16と
N型のドープ層4との接合によりフォトダイオードD1
を形成している。従って、この受光領域14の上方に
は、遮光層6を配置していない。また、上記増幅トラン
ジスタTr2も、上記ドープ層4よりなるゲート電極1
8、ソース20及びドレイン22を有している。
よりなる基板であり、一方の導電型、例えばP型の不純
物がドープされている。この基板2の表面側に、上記と
は逆の導電型例えばN型の不純物が選択的にドープされ
てパターン化されたドープ層4が設けられ、この上部に
入射光を遮るためのパターン化された遮光層6が形成さ
れている。8はリセットトランジスタTr1のゲート電
極であり、図示例ではゲート酸化膜の記載は省略してい
る。このゲート電極8の両側の下方には、上記リセット
トランジスタTr1のドレイン10及びソース12がそ
れぞれ設けられる。このドレイン10やソース12は、
上記ドープ層4の一部を用いている。ここでソース12
は、できるだけ大きい面積で形成されてフォトダイオー
ドD1の受光領域14としても兼用されており、この受
光領域14のドープ層4の上側にP型の不純物をドープ
してドープ層16を形成し、このP型のドープ層16と
N型のドープ層4との接合によりフォトダイオードD1
を形成している。従って、この受光領域14の上方に
は、遮光層6を配置していない。また、上記増幅トラン
ジスタTr2も、上記ドープ層4よりなるゲート電極1
8、ソース20及びドレイン22を有している。
【0005】図9はインタライン型のCCDイメージセ
ンサの一部の構造を示す断面図である。ここでも、例え
ばP型のシリコン基板よりなる基板24上に他方、例え
ばN型の不純物が選択的にドープされてパターン化され
たドープ層26が設けられ、この上部に遮光層28がパ
ターン化されて形成されている。できるだけ大きい面積
で形成されたフォトダイオードD2の受光領域30のド
ープ層26の上側にP型の不純物をドープしてドープ層
32を形成し、このP型のドープ層32とN型のドープ
層26との接合により、上記フォトダイオードD2を形
成している。従って、この受光領域30の上方には、遮
光層28を配置していない。そして、このフォトダイオ
ードD2の隣には、ドープ層26を用いた転送ライン3
4が離間させて配置されており、この転送ライン34と
上記フォトダイオードD2との上方には、これらを跨ぐ
ようにして、図示しないゲート酸化膜を介して転送ゲー
ト電極36が形成されている。これにより、フォトダイ
オードD2において光電変換、信号電荷の蓄積を行な
い、所定の時間が経過した後に上記転送ゲート電極36
を動作させて信号電荷を転送ライン34側へ転送して出
力する。
ンサの一部の構造を示す断面図である。ここでも、例え
ばP型のシリコン基板よりなる基板24上に他方、例え
ばN型の不純物が選択的にドープされてパターン化され
たドープ層26が設けられ、この上部に遮光層28がパ
ターン化されて形成されている。できるだけ大きい面積
で形成されたフォトダイオードD2の受光領域30のド
ープ層26の上側にP型の不純物をドープしてドープ層
32を形成し、このP型のドープ層32とN型のドープ
層26との接合により、上記フォトダイオードD2を形
成している。従って、この受光領域30の上方には、遮
光層28を配置していない。そして、このフォトダイオ
ードD2の隣には、ドープ層26を用いた転送ライン3
4が離間させて配置されており、この転送ライン34と
上記フォトダイオードD2との上方には、これらを跨ぐ
ようにして、図示しないゲート酸化膜を介して転送ゲー
ト電極36が形成されている。これにより、フォトダイ
オードD2において光電変換、信号電荷の蓄積を行な
い、所定の時間が経過した後に上記転送ゲート電極36
を動作させて信号電荷を転送ライン34側へ転送して出
力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図7及び図
8に示すように、基板2上の同一平面上にフォトダイオ
ードD1とリセットトランジスタTr1と増幅トランジ
スタTr2等の各種のMOSトランジスタを配列して行
くと、必然的にフォトダイオードD1の占有領域(面
積)が少なくなり、これに伴って、このCMOS AP
Sのダイナミックレンジの低下を引き起こしてしまう、
といった問題があった。このような問題は、多くの機能
素子を集積して設けようとすればする程、上記フォトダ
イオードD1の占有面積が相対的に縮小してしまう。ま
た、同様な問題は図9に示すようなCCDイメージセン
サにおいても発生し、素子の微細化が進めば進む程、フ
ォトダイオードD2の領域が占める面積は相対的に狭く
なり、ダイナミックレンジが大幅に狭くなる、といった
問題があった。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、そ
の目的は感光素子の形成領域の実効面積を拡大すること
によりダイナミックレンジをより拡大することが可能な
固体撮像装置を提供することにある。
8に示すように、基板2上の同一平面上にフォトダイオ
ードD1とリセットトランジスタTr1と増幅トランジ
スタTr2等の各種のMOSトランジスタを配列して行
くと、必然的にフォトダイオードD1の占有領域(面
積)が少なくなり、これに伴って、このCMOS AP
Sのダイナミックレンジの低下を引き起こしてしまう、
といった問題があった。このような問題は、多くの機能
素子を集積して設けようとすればする程、上記フォトダ
イオードD1の占有面積が相対的に縮小してしまう。ま
た、同様な問題は図9に示すようなCCDイメージセン
サにおいても発生し、素子の微細化が進めば進む程、フ
ォトダイオードD2の領域が占める面積は相対的に狭く
なり、ダイナミックレンジが大幅に狭くなる、といった
問題があった。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、そ
の目的は感光素子の形成領域の実効面積を拡大すること
によりダイナミックレンジをより拡大することが可能な
固体撮像装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に規定する発明
は、基板上に感光素子とこの感光素子に直接的、或いは
間接的に接続されるアクティブ素子とを形成してなる固
体撮像素子において、前記感光素子の形成領域を、前記
アクティブ素子の形成領域よりも深くなるように設定す
ると共に、前記アクティブ素子の形成領域の直下まで広
げ、且つ前記感光素子の形成の不純物濃度は動作時にこ
の全域に亘って空乏化するような濃度に設定されている
ことを特徴とする固体撮像装置である。このような構成
により、上記感光素子の形成領域の実効面積を実質的に
拡大してダイナミックレンジを拡大させることが可能と
なる。
は、基板上に感光素子とこの感光素子に直接的、或いは
間接的に接続されるアクティブ素子とを形成してなる固
体撮像素子において、前記感光素子の形成領域を、前記
アクティブ素子の形成領域よりも深くなるように設定す
ると共に、前記アクティブ素子の形成領域の直下まで広
げ、且つ前記感光素子の形成の不純物濃度は動作時にこ
の全域に亘って空乏化するような濃度に設定されている
ことを特徴とする固体撮像装置である。このような構成
により、上記感光素子の形成領域の実効面積を実質的に
拡大してダイナミックレンジを拡大させることが可能と
なる。
【0008】この場合、請求項2に規定するように、前
記感光素子の形成領域の上方には、この形成領域に集光
させるためのマイクロ集光手段が設けられるようにして
もよい。これによれば、感光素子の感度の向上とダイナ
ミックレンジの拡大を同時に実現できる。
記感光素子の形成領域の上方には、この形成領域に集光
させるためのマイクロ集光手段が設けられるようにして
もよい。これによれば、感光素子の感度の向上とダイナ
ミックレンジの拡大を同時に実現できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る固体撮像装
置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本
発明の固体撮像装置の一例であるCMOS APSの拡
散法による製造工程を示す図である。尚、本実施例及び
これに続く他の実施例ではP型の導電型の基板を用いた
場合を例にとって説明するが、これに代えてN型の導電
型の基板を用いてもよく、このN型基板を用いた場合に
は、各構成部分の導電型を、P型基板を用いた場合の逆
の導電型に設定すればよい。また、ここでは図7及び図
8において説明した構成と同一構成部分については、同
一の参照符号を付して説明する。
置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本
発明の固体撮像装置の一例であるCMOS APSの拡
散法による製造工程を示す図である。尚、本実施例及び
これに続く他の実施例ではP型の導電型の基板を用いた
場合を例にとって説明するが、これに代えてN型の導電
型の基板を用いてもよく、このN型基板を用いた場合に
は、各構成部分の導電型を、P型基板を用いた場合の逆
の導電型に設定すればよい。また、ここでは図7及び図
8において説明した構成と同一構成部分については、同
一の参照符号を付して説明する。
【0010】まず、P型の例えばシリコン基板よりなる
基板2上に、フォトダイオードや各種のトランジスタを
形成する領域に選択的に不純物としてリン(P)やヒ素
(As)をイオン注入し、この不純物を所定の深さまで
拡散して大きなNウエル3を形成する(図1(A))。
ここで重要な点は、このNウエル3の不純物濃度は、動
作時に、ここに形成されるフォトダイオードが全域に亘
って空乏化するような濃度に設定することである。これ
により、空乏層領域が拡大するので、光感度は従来装置
とは変わらないが、そのダイナミックレンジを拡大する
ことが可能となる。
基板2上に、フォトダイオードや各種のトランジスタを
形成する領域に選択的に不純物としてリン(P)やヒ素
(As)をイオン注入し、この不純物を所定の深さまで
拡散して大きなNウエル3を形成する(図1(A))。
ここで重要な点は、このNウエル3の不純物濃度は、動
作時に、ここに形成されるフォトダイオードが全域に亘
って空乏化するような濃度に設定することである。これ
により、空乏層領域が拡大するので、光感度は従来装置
とは変わらないが、そのダイナミックレンジを拡大する
ことが可能となる。
【0011】次に、Nチャネルトランジスタを形成すべ
き場所にP型の不純物である、例えばボロン(B)をイ
オン注入し、熱処理することにより、図中では2箇所の
Pウエル5を形成する(図1(B))。この時、両Pウ
エル5はP型基板2側と電気的に接続されるようにその
一部が基板2のP型領域に及ぶように設定される。更
に、この両Pウエル5の深さは、フォトダイオード(P
D)の形成領域となる上記Nウエル3の深さよりも浅く
なるように設定する。すなわち、両Pウエル5の直下に
上記Nウエル3の一部が延びたような状態となってい
る。次に、ゲート酸化膜(図示せず)とポリシリコンを
順次成膜した後、これらを例えば反応性イオンエッチン
グ法を用いて所定のパターンにエッチングすることによ
り、ゲート電極8、18を形成する(図1(C))。
き場所にP型の不純物である、例えばボロン(B)をイ
オン注入し、熱処理することにより、図中では2箇所の
Pウエル5を形成する(図1(B))。この時、両Pウ
エル5はP型基板2側と電気的に接続されるようにその
一部が基板2のP型領域に及ぶように設定される。更
に、この両Pウエル5の深さは、フォトダイオード(P
D)の形成領域となる上記Nウエル3の深さよりも浅く
なるように設定する。すなわち、両Pウエル5の直下に
上記Nウエル3の一部が延びたような状態となってい
る。次に、ゲート酸化膜(図示せず)とポリシリコンを
順次成膜した後、これらを例えば反応性イオンエッチン
グ法を用いて所定のパターンにエッチングすることによ
り、ゲート電極8、18を形成する(図1(C))。
【0012】次に、リセットトランジスタのソースとな
る部分7に、N型の不純物をドープしてソース12を形
成すると共に、これをフォトダイオードの形成領域と電
気的に接続する(図1(D))。そして、このソースと
なる部分には、フォトダイオードの形成領域のNウエル
3と同等の不純物濃度となるように不純物をこの時、或
いは別途ドーピングする。次に、上記ソース12以外の
領域に不純物として例えばリンやヒ素をイオン注入して
熱処理してドープ層4を形成することにより各トランジ
スタのソース20、ドレイン10、22を完成する(図
1(E))。これにより、アクティブ素子としてのリセ
ットトランジスタTr1と増幅トランジスタTr2を完
成する。尚、選択トランジスタの記載は省略している。
次に、Nウエル3よりなるフォトダイオードの形成領域
の表面に、例えばボロンイオン注入して熱処理すること
により、P型のドープ層16を形成し、感光素子として
のフォトダイオードD1を完成する(図1(F))。
る部分7に、N型の不純物をドープしてソース12を形
成すると共に、これをフォトダイオードの形成領域と電
気的に接続する(図1(D))。そして、このソースと
なる部分には、フォトダイオードの形成領域のNウエル
3と同等の不純物濃度となるように不純物をこの時、或
いは別途ドーピングする。次に、上記ソース12以外の
領域に不純物として例えばリンやヒ素をイオン注入して
熱処理してドープ層4を形成することにより各トランジ
スタのソース20、ドレイン10、22を完成する(図
1(E))。これにより、アクティブ素子としてのリセ
ットトランジスタTr1と増幅トランジスタTr2を完
成する。尚、選択トランジスタの記載は省略している。
次に、Nウエル3よりなるフォトダイオードの形成領域
の表面に、例えばボロンイオン注入して熱処理すること
により、P型のドープ層16を形成し、感光素子として
のフォトダイオードD1を完成する(図1(F))。
【0013】次に、この表面全体に図示しない層間絶縁
膜等を形成した後に、上記フォトダイオードD1の領域
以外をAl等よりなる遮光層6で覆うようにし、各トラ
ンジスタTr1、Tr2の領域には光が入射しないよう
にしている。このようにして、固体撮像装置が完成され
ることになる(図1(G))。尚、ここでは1つの画素
しか示していないが、このような構成の画素が平面的に
多数配列されているのは勿論である。このように、フォ
トダイオードD1の形成領域をアクティブ素子であるリ
セットトランジスタTr1や増幅トランジスタTr2の
形成領域の直下にまで広がるようにして形成したので、
このダイナミックレンジを大幅に拡大することが可能と
なる。このことは、特に微細化傾向が更に進んで、1つ
のフォトダイオードD1の占有面積がより小さくなる
と、上記ダイナミックレンジの拡大効果が顕著となる。
膜等を形成した後に、上記フォトダイオードD1の領域
以外をAl等よりなる遮光層6で覆うようにし、各トラ
ンジスタTr1、Tr2の領域には光が入射しないよう
にしている。このようにして、固体撮像装置が完成され
ることになる(図1(G))。尚、ここでは1つの画素
しか示していないが、このような構成の画素が平面的に
多数配列されているのは勿論である。このように、フォ
トダイオードD1の形成領域をアクティブ素子であるリ
セットトランジスタTr1や増幅トランジスタTr2の
形成領域の直下にまで広がるようにして形成したので、
このダイナミックレンジを大幅に拡大することが可能と
なる。このことは、特に微細化傾向が更に進んで、1つ
のフォトダイオードD1の占有面積がより小さくなる
と、上記ダイナミックレンジの拡大効果が顕著となる。
【0014】上記実施例では、拡散法を用いてCMOS
APSを製造した場合を例にとって説明したが、この
製造方法に限定されず、例えばエピタキシャル成長法を
用いて本発明のCMOS APSを製造するようにして
もよい。図2は本発明の固体撮像装置の一例であるCM
OS APSのエピタキシャル成長法による製造工程を
示す図である。尚、図1に示す構成と同一部分について
は同一符号を付してその説明を省略する。まず、図2
(A)に示すように、P型の導電型の基板2上にN型の
エピタキシャル層40を厚く、且つ広く形成する。
APSを製造した場合を例にとって説明したが、この
製造方法に限定されず、例えばエピタキシャル成長法を
用いて本発明のCMOS APSを製造するようにして
もよい。図2は本発明の固体撮像装置の一例であるCM
OS APSのエピタキシャル成長法による製造工程を
示す図である。尚、図1に示す構成と同一部分について
は同一符号を付してその説明を省略する。まず、図2
(A)に示すように、P型の導電型の基板2上にN型の
エピタキシャル層40を厚く、且つ広く形成する。
【0015】次に、図2(B)に示すように、個々の画
素を分離するために、拡散法、或いはトレンチ法等によ
って基板2と同じ導電型、すなわちP型の分離壁42を
形成し、上記エピタキシャル層40を区画する。この分
離型42により囲まれたエピタキシャル層40が図1
(A)中のNウエル3に対応するものであり、このエピ
タキシャル層40における不純物濃度も動作時にこの全
域に亘って空乏化するような濃度に設定されている。そ
して、以下の各工程は、図1を参照して説明した工程と
全く同じである。すなわち、以下の図2(C)〜図2
(H)の各工程は、図1(B)〜図1(G)の各工程に
それぞれ対応するものであるので、その説明は省略す
る。この実施例の場合にも、装置のダイナミックレンジ
の拡大を測ることが可能となる。
素を分離するために、拡散法、或いはトレンチ法等によ
って基板2と同じ導電型、すなわちP型の分離壁42を
形成し、上記エピタキシャル層40を区画する。この分
離型42により囲まれたエピタキシャル層40が図1
(A)中のNウエル3に対応するものであり、このエピ
タキシャル層40における不純物濃度も動作時にこの全
域に亘って空乏化するような濃度に設定されている。そ
して、以下の各工程は、図1を参照して説明した工程と
全く同じである。すなわち、以下の図2(C)〜図2
(H)の各工程は、図1(B)〜図1(G)の各工程に
それぞれ対応するものであるので、その説明は省略す
る。この実施例の場合にも、装置のダイナミックレンジ
の拡大を測ることが可能となる。
【0016】上記各実施例では、固体撮像装置としてC
MOS APSの製造工程を説明したが、次に、固体撮
像装置としてCCDイメージセンサの製造工程を説明す
る。図3は本発明の固体撮像装置の一例であるCCDイ
メージセンサの拡散法による製造工程を示す図である。
尚、ここでは図9において説明した構成と同一構成部分
については、同一の参照符号を付して説明する。まず、
P型の導電型のシリコン基板よりなる基板24上のフォ
トダイオードを形成する領域に選択的に不純物としてリ
ンやヒ素等のイオン注入を行なって、これを所定の深さ
まで拡散し、Nウエル25を形成する(図3(A))。
このNウエル25の不純物濃度は、ここに形成されるフ
ォトダイオードの動作時に全域に亘って空乏化するよう
な濃度に設定する。これにより、空乏層領域が拡大する
ので、光感度は従来装置とは変わらないが、そのダイナ
ミックレンジを拡大することが可能となる。
MOS APSの製造工程を説明したが、次に、固体撮
像装置としてCCDイメージセンサの製造工程を説明す
る。図3は本発明の固体撮像装置の一例であるCCDイ
メージセンサの拡散法による製造工程を示す図である。
尚、ここでは図9において説明した構成と同一構成部分
については、同一の参照符号を付して説明する。まず、
P型の導電型のシリコン基板よりなる基板24上のフォ
トダイオードを形成する領域に選択的に不純物としてリ
ンやヒ素等のイオン注入を行なって、これを所定の深さ
まで拡散し、Nウエル25を形成する(図3(A))。
このNウエル25の不純物濃度は、ここに形成されるフ
ォトダイオードの動作時に全域に亘って空乏化するよう
な濃度に設定する。これにより、空乏層領域が拡大する
ので、光感度は従来装置とは変わらないが、そのダイナ
ミックレンジを拡大することが可能となる。
【0017】次に、転送ゲート電極及び転送ラインが形
成されるべき場所に、P型の不純物、例えばボロンをイ
オン注入して熱処理することによりPウエル27を形成
する(図3(B))。この時、このPウエル27の領域
は、P型の基板24側と電気的に接続されるような状態
に配置する。更に、このPウエル27の深さは、フォト
ダイオードの形成領域となる上記Nウエル25よりも浅
くなるように設定する。すなわち、このPウエル27の
直下に、上記Nウエル25の一部が延びたような状態と
なっている。次に、上記Pウエル27の表面にN型の不
純物をドープしてN型のドープ層26を形成することに
より、転送ライン34を完成する(図3(C))。次
に、ゲート酸化膜(図示せず)及びポリシリコン層を順
次成膜した後、反応性イオンエッチング法等を用いてパ
ターニングすることにより、転送ゲート電極36を形成
する(図3(D))。
成されるべき場所に、P型の不純物、例えばボロンをイ
オン注入して熱処理することによりPウエル27を形成
する(図3(B))。この時、このPウエル27の領域
は、P型の基板24側と電気的に接続されるような状態
に配置する。更に、このPウエル27の深さは、フォト
ダイオードの形成領域となる上記Nウエル25よりも浅
くなるように設定する。すなわち、このPウエル27の
直下に、上記Nウエル25の一部が延びたような状態と
なっている。次に、上記Pウエル27の表面にN型の不
純物をドープしてN型のドープ層26を形成することに
より、転送ライン34を完成する(図3(C))。次
に、ゲート酸化膜(図示せず)及びポリシリコン層を順
次成膜した後、反応性イオンエッチング法等を用いてパ
ターニングすることにより、転送ゲート電極36を形成
する(図3(D))。
【0018】次に、上記Nウエル25のフォトダイオー
ドの形成領域の表面にP型の不純物をイオン注入してP
型のドープ層32を形成し、ここにフォトダイオードD
2を完成する(図3(E))。次に、この表面全体に図
示しない層間絶縁膜等を形成した後に、上記フォトダイ
オードD2の領域以外をAl等よりなる遮光層28で覆
うようにし、上記転送ゲート電極36や転送ライン34
の領域には光が入射しないようにしている。このように
して、固体撮像装置が形成されることになる(図3
(F))。尚、ここでは1つの画素しか示していない
が、このような構成の画素が平面的に多数配列されてい
るのは勿論である。
ドの形成領域の表面にP型の不純物をイオン注入してP
型のドープ層32を形成し、ここにフォトダイオードD
2を完成する(図3(E))。次に、この表面全体に図
示しない層間絶縁膜等を形成した後に、上記フォトダイ
オードD2の領域以外をAl等よりなる遮光層28で覆
うようにし、上記転送ゲート電極36や転送ライン34
の領域には光が入射しないようにしている。このように
して、固体撮像装置が形成されることになる(図3
(F))。尚、ここでは1つの画素しか示していない
が、このような構成の画素が平面的に多数配列されてい
るのは勿論である。
【0019】このように、フォトダイオードD2の形成
領域をアクティブ素子である転送ゲート36と転送ライ
ン34とよりなる素子の形成領域の直下にまで広がるよ
うに形成したので、このダイナミックレンジを大幅に拡
大することができる。このことは、特に微細化傾向が更
に進んで、1つのフォトダイオードD2の占有面積がよ
り小さくなると、上記ダイナミックレンジの拡大効果が
顕著となる。上記実施例では、拡散法を用いてCCDイ
メージセンサを製造した場合を例にとって説明したが、
この製造方法に限定されず、例えばエピタキシャル成長
法を用いて本発明のCCDイメージセンサを製造するよ
うにしてもよい。図4は本発明の固体撮像装置の一例で
あるCCDイメージセンサのエピタキシャル成長法によ
る製造工程を示す図である。尚、図3に示す構成と同一
部分については同一符号を付してその説明を省略する。
まず、図4(A)に示すように、P型の導電型の基板2
4上にN型のエピタキシャル層50を厚く、且つ広く形
成する。
領域をアクティブ素子である転送ゲート36と転送ライ
ン34とよりなる素子の形成領域の直下にまで広がるよ
うに形成したので、このダイナミックレンジを大幅に拡
大することができる。このことは、特に微細化傾向が更
に進んで、1つのフォトダイオードD2の占有面積がよ
り小さくなると、上記ダイナミックレンジの拡大効果が
顕著となる。上記実施例では、拡散法を用いてCCDイ
メージセンサを製造した場合を例にとって説明したが、
この製造方法に限定されず、例えばエピタキシャル成長
法を用いて本発明のCCDイメージセンサを製造するよ
うにしてもよい。図4は本発明の固体撮像装置の一例で
あるCCDイメージセンサのエピタキシャル成長法によ
る製造工程を示す図である。尚、図3に示す構成と同一
部分については同一符号を付してその説明を省略する。
まず、図4(A)に示すように、P型の導電型の基板2
4上にN型のエピタキシャル層50を厚く、且つ広く形
成する。
【0020】次に、図4(B)に示すように、個々の画
素を分離するために、拡散法、或いはトレンチ法等によ
って基板24と同じ導電型、すなわちP型の分離壁52
を形成し、上記エピタキシャル層40を区画する。この
分離型52により囲まれたエピタキシャル層50が図3
(A)中のNウエル35に対応するものであり、このエ
ピタキシャル層50における不純物濃度も動作時にこの
全域に亘って空乏化するような濃度に設定されている。
そして、以下の各工程は、図3を参照して説明した工程
と全く同じである。すなわち、以下の図4(C)〜図4
(G)の各工程は、図3(B)〜図3(F)の各工程に
それぞれ対応するものであるので、その説明は省略す
る。この実施例の場合にも、装置のダイナミックレンジ
の拡大を測ることが可能となる。
素を分離するために、拡散法、或いはトレンチ法等によ
って基板24と同じ導電型、すなわちP型の分離壁52
を形成し、上記エピタキシャル層40を区画する。この
分離型52により囲まれたエピタキシャル層50が図3
(A)中のNウエル35に対応するものであり、このエ
ピタキシャル層50における不純物濃度も動作時にこの
全域に亘って空乏化するような濃度に設定されている。
そして、以下の各工程は、図3を参照して説明した工程
と全く同じである。すなわち、以下の図4(C)〜図4
(G)の各工程は、図3(B)〜図3(F)の各工程に
それぞれ対応するものであるので、その説明は省略す
る。この実施例の場合にも、装置のダイナミックレンジ
の拡大を測ることが可能となる。
【0021】また、上記各実施例では、ダイナミックレ
ンジを主として拡大するように構成した場合を例にとっ
て説明したが、図5及び図6に示すようにマイクロ集光
手段を設けて光感度も向上させるようにしてもよい。図
5は図1或いは図2において示したCMOS APS上
に、マイクロ集光手段60を設けた状態を示しており、
装置の上面の透明保護層62上に、例えば透明樹脂より
なる略半球状のマイクロレンズ体64を各フォトダイオ
ードD1に対応させて設けている。これにより、マイク
ロレンズ体64で集めた光をフォトダイオードD1上に
集光させて、その感度を向上させることが可能となる。
ンジを主として拡大するように構成した場合を例にとっ
て説明したが、図5及び図6に示すようにマイクロ集光
手段を設けて光感度も向上させるようにしてもよい。図
5は図1或いは図2において示したCMOS APS上
に、マイクロ集光手段60を設けた状態を示しており、
装置の上面の透明保護層62上に、例えば透明樹脂より
なる略半球状のマイクロレンズ体64を各フォトダイオ
ードD1に対応させて設けている。これにより、マイク
ロレンズ体64で集めた光をフォトダイオードD1上に
集光させて、その感度を向上させることが可能となる。
【0022】また、図6は、図1或いは図2において示
したCMOS APS上に、他の構造のマイクロ集光手
段66を設けた状態を示しており、ここでは、透明保護
層62上に、例えば低屈折率材よりなる集光基板68を
設け、そして、この集光基板68に上記各フォトダイオ
ードD1に対応させて入射面側(図中、上方)が拡径さ
れて射出面側(図中、下方)が縮径された截頭四角錐台
形状の高屈折率透明部材70を嵌め込み、この透明部材
70と集光基板68との接合面で入射光を反射させて下
方のフォトダイオードD1側へ導くようになっている。
この場合にも、入射光がフォトダイオードD1に向けて
集光されるので、その感度を向上させることが可能とな
る。尚、CCDイメージセンサに対しても、図5及び図
6にて説明したマイクロ集光手段60、66を適用でき
るのは勿論である。
したCMOS APS上に、他の構造のマイクロ集光手
段66を設けた状態を示しており、ここでは、透明保護
層62上に、例えば低屈折率材よりなる集光基板68を
設け、そして、この集光基板68に上記各フォトダイオ
ードD1に対応させて入射面側(図中、上方)が拡径さ
れて射出面側(図中、下方)が縮径された截頭四角錐台
形状の高屈折率透明部材70を嵌め込み、この透明部材
70と集光基板68との接合面で入射光を反射させて下
方のフォトダイオードD1側へ導くようになっている。
この場合にも、入射光がフォトダイオードD1に向けて
集光されるので、その感度を向上させることが可能とな
る。尚、CCDイメージセンサに対しても、図5及び図
6にて説明したマイクロ集光手段60、66を適用でき
るのは勿論である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。フォトダイオード等の感光素子の形成領域
を、アクティブ素子の直下まで拡大させて形成したの
で、このダイナミックレンジを拡大させることができ
る。従って、被写体をひずみ無しで再生し得る輝度レベ
ルの範囲を拡大することができる。
装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。フォトダイオード等の感光素子の形成領域
を、アクティブ素子の直下まで拡大させて形成したの
で、このダイナミックレンジを拡大させることができ
る。従って、被写体をひずみ無しで再生し得る輝度レベ
ルの範囲を拡大することができる。
【図1】本発明の固体撮像装置の一例であるCMOS
APSの拡散法による製造工程を示す図である。
APSの拡散法による製造工程を示す図である。
【図2】本発明の固体撮像装置の一例であるCMOS
APSのエピタキシャル成長法による製造工程を示す図
である。
APSのエピタキシャル成長法による製造工程を示す図
である。
【図3】本発明の固体撮像装置の一例であるCCDイメ
ージセンサの拡散法による製造工程を示す図である。
ージセンサの拡散法による製造工程を示す図である。
【図4】本発明の固体撮像装置の一例であるCCDイメ
ージセンサのエピタキシャル成長法による製造工程を示
す図である。
ージセンサのエピタキシャル成長法による製造工程を示
す図である。
【図5】図1或いは図2において示したCMOS AP
S上にマイクロ集光手段を設けた状態を示す図である。
S上にマイクロ集光手段を設けた状態を示す図である。
【図6】図1或いは図2において示したCMOS AP
S上に他の構造のマイクロ集光手段を設けた状態を示す
図である。
S上に他の構造のマイクロ集光手段を設けた状態を示す
図である。
【図7】標準的なCMOS APSの1つの画素(Pi
xel)の等価回路を示す図である。
xel)の等価回路を示す図である。
【図8】画素の等価回路の一部の構造を示す断面図であ
る。
る。
【図9】インタライン型のCCDイメージセンサの一部
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
2,24…基板、4,26,32…ドープ層、6,28
…遮光層、8…ゲート電極、10,22…ドレイン、1
2,20…ソース、34…転送ライン、36…転送ゲー
ト電極、60,66…マイクロ集光手段、D1,D2…
フォトダイオード(感光素子)、Tr1…リセットトラ
ンジスタ(アクティブ素子)、Tr2…増幅トランジス
タ(アクティブ素子)。
…遮光層、8…ゲート電極、10,22…ドレイン、1
2,20…ソース、34…転送ライン、36…転送ゲー
ト電極、60,66…マイクロ集光手段、D1,D2…
フォトダイオード(感光素子)、Tr1…リセットトラ
ンジスタ(アクティブ素子)、Tr2…増幅トランジス
タ(アクティブ素子)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/335 H01L 27/14 B D 31/10 A Fターム(参考) 4M118 AA02 AB01 BA14 CA03 CA17 DD12 EA01 EA15 FA26 FA27 GB11 GD04 5C024 AX01 CX41 CX43 CY47 EX43 GX03 GY01 GY31 5F049 MA02 NA01 NA03 NA12 NB05 QA15 RA03 RA08 SE09 SE11 TA11 TA12 UA11
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上に感光素子とこの感光素子に直接
的、或いは間接的に接続されるアクティブ素子とを形成
してなる固体撮像素子において、前記感光素子の形成領
域を、前記アクティブ素子の形成領域よりも深くなるよ
うに設定すると共に、前記アクティブ素子の形成領域の
直下まで広げ、且つ前記感光素子の形成の不純物濃度は
動作時にこの全域に亘って空乏化するような濃度に設定
されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記感光素子の形成領域の上方には、こ
の形成領域に集光させるためのマイクロ集光手段が設け
られることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000189807A JP2002009270A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000189807A JP2002009270A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002009270A true JP2002009270A (ja) | 2002-01-11 |
Family
ID=18689392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000189807A Pending JP2002009270A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002009270A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006041237A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Sony Corp | 固体撮像装置の製造方法 |
EP1376701A3 (en) * | 2002-06-27 | 2008-08-06 | Canon Kabushiki Kaisha | CMOS image sensor with a special MOS transistor |
-
2000
- 2000-06-23 JP JP2000189807A patent/JP2002009270A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1376701A3 (en) * | 2002-06-27 | 2008-08-06 | Canon Kabushiki Kaisha | CMOS image sensor with a special MOS transistor |
US7705381B2 (en) | 2002-06-27 | 2010-04-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensing device and camera system using the same |
US7723766B2 (en) | 2002-06-27 | 2010-05-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensing device and camera system using the same |
EP2270863A3 (en) * | 2002-06-27 | 2013-04-17 | Canon Kabushiki Kaisha | CMOS image sensor with a special MOS transistor |
US8436406B2 (en) | 2002-06-27 | 2013-05-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensing device and camera system using the same |
US8580595B2 (en) | 2002-06-27 | 2013-11-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensing device and camera system the same |
JP2006041237A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Sony Corp | 固体撮像装置の製造方法 |
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