JP2007067379A - Solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、より特定的には、複数の画素がマトリクス状に配置された固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged in a matrix.
CCDやMOS型イメージセンサーに代表される固体撮像装置では、画像特性の向上を図るために、集光率を高めることが求められている。集光率を高めるためには、集光レンズを用いることが一般的に知られている。 In a solid-state imaging device typified by a CCD or MOS type image sensor, it is required to increase the light collection rate in order to improve image characteristics. In order to increase the light collection rate, it is generally known to use a condensing lens.
また、近年では、固体撮像装置の小型化に伴い、画素の微細化を図ることが望まれている。このような要求を満たすために、隣接する複数の画素で、1つのゲート電極あるいはドレイン領域を共有化することによって、画素の微細化を図る試みがなされている。以下に、2画素を1セル(単位)とした構成の固体撮像装置を例に挙げて、その詳細を説明する。 In recent years, it has been desired to reduce the size of pixels with the miniaturization of solid-state imaging devices. In order to satisfy such requirements, attempts have been made to make pixels finer by sharing one gate electrode or drain region with a plurality of adjacent pixels. The details will be described below by taking a solid-state imaging device having two cells as one cell (unit) as an example.
図9は、従来の固体撮像装置を模式的に示す平面図である。尚、図9は、固体撮像装置の一部の構成を半導体基板の主面へと投影した図である。 FIG. 9 is a plan view schematically showing a conventional solid-state imaging device. FIG. 9 is a diagram in which a part of the configuration of the solid-state imaging device is projected onto the main surface of the semiconductor substrate.
図9に示される固体撮像装置は、半導体基板上にマトリクス状に配列された複数の画素を備える。半導体基板には、一般に、n型のシリコン基板が用いられる。隣接する2つの画素102a及び102bは、1つのセルCを構成し、入射光を信号電荷に変換する光電変換部(図示せず)を含む。また、画素102a及び102b内の所定領域には、当該光電変換部に光を入射可能とする受光領域103a及び103bが形成されている。受光領域103a及び103bの各々は、同一形状を有し、画素102a及び102bの中心mを基準として予め定められた位置に形成されている。
The solid-state imaging device shown in FIG. 9 includes a plurality of pixels arranged in a matrix on a semiconductor substrate. In general, an n-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate. Two
次に、図10及び11を参照して、画素2と受光領域3との位置関係について、より具体的に説明する。
Next, with reference to FIGS. 10 and 11, the positional relationship between the pixel 2 and the
図10は、図9に示される二点鎖線部分の拡大図であり、図11は、図10のXI−XIラインに沿う断面図である。 10 is an enlarged view of the two-dot chain line portion shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
図10及び11に示されるように、従来の固体撮像装置は、半導体基板101と、低濃度p−well層104と、高濃度p−well層105と、素子分離領域106と、p型注入分離層107と、p型の光電変換部108a及び108bと、n型の光電変換部109a及び109bと、ゲート電極110a及び110bと、スペーサー111と、サリサイド領域112a及び112bと、ドレイン領域113と、Vt制御層114と、バリア制御層115と、絶縁膜116と、遮光膜117と、カラーフィルタ118と、集光レンズ119とを備える。
As shown in FIGS. 10 and 11, the conventional solid-state imaging device includes a
画素102aは、フォトダイオードを構成する光電変換部108a及び109aと、ゲート電極110aと、ゲート電極110aの表面に形成されたサリサイド領域112aと、素子分離領域106とを中心に構成されている。同様に、画素102bは、光電変換部108b及び109bと、ゲート電極110bと、ゲート電極110bの表面に形成されたサリサイド領域112bと、素子分離領域106とを中心に構成されている。
The
絶縁膜116は、ゲート電極110a及び110bが形成された半導体基板101の表面を覆うように形成されている。絶縁膜116上には、光電変換部109a及び109b上の所定の領域に開口を有する遮光膜117が形成されている。遮光膜117に設けられた開口によって、入射光を光電変換部109a及び109bに受光するための受光領域103a及び103bが形成される。
The
更に、遮光膜117の上方には、カラーフィルタ118と、画素102a及び102bの各々に対応して設けられる複数の集光レンズ119が形成されている。集光レンズ119は、画素102a及び102bへと、できるだけ多くの光を集光するために、半導体基板101の主面に対して各画素102a及び102bが占める面積を、可能な限り有効に利用するように配置される。すなわち、集光レンズ119は、その光軸Axが画素102a及び102bの中心mを通過するように配置される。
Further, a
従来の固体撮像装置においては、2つの画素102a及び102bが1つのドレイン領域113を共有して、1つのセルを構成することにより、画素の微細化が図られている。
しかしながら、複数の画素が1つのセルを構成する従来の固体撮像装置には、固体撮像装置全体としての集光率が低下し、その結果、画像感度の低下やバラツキや、色シェーディング不良、感度シェーディング不良等が生じるという問題がある。 However, in a conventional solid-state imaging device in which a plurality of pixels constitute one cell, the light collection rate of the solid-state imaging device as a whole is reduced. As a result, the image sensitivity decreases and varies, color shading failure, and sensitivity shading. There is a problem that defects and the like occur.
以下、従来の固体撮像装置の問題点について、図9〜11を再度参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, problems of the conventional solid-state imaging device will be described in detail with reference to FIGS.
図9に示されるように、各画素102a及び102bの中心mは、半導体基板の主面と平行な方向に一定間隔で配置されている。一方、1つのセルCにおいて、2つの画素102a及び102bは、1つのドレイン領域113を共有している。したがって、画素102a及び102b内の受光領域103a及び103bの中心pは、基板の主面と平行な方向において、各画素102a及び102bの中心mからずれた状態で配置される。この結果、画素102a及び102bの中心mの配置ピッチが一定であるのに対して、受光領域103a及び103bの中心pの配置ピッチは、一定ではない。
As shown in FIG. 9, the centers m of the
また、上述したように、集光レンズ119は、画素102a及び102bに可能な限り光を集めるために、半導体基板101の主面に対して各画素102a及び102bが占める面積を、できるだけ広く覆うように配置されている。すなわち、集光レンズ119は、その光軸Axが、画素102a及び102bの中心mを通過するように配置される。尚、図9〜11の例では、集光レンズ119は、画素102a及び102bの受光領域103a及び103bのそれぞれに対応してアレイ状に配列され、隣り合うレンズの外周同士が接するように形成されている。
Further, as described above, the
各画素102a及び102bに入射した光は、集光レンズ119によって集光され、集光レンズ119の光軸Ax方向、すなわち、画素102a及び102bの中心mに向かって入射する。しかしながら、画素102a及び102bの中心mと、受光領域103a及び103bの中心pとが、半導体基板101の主面方向にずれて配置されている場合、画素102a及び102bの中心mに向かって入射した光は、受光領域103a及び103bの中心pからずれてしまう。そのため、光電変換部109a及び109bにおける受光感度が低下する。
The light incident on the
そこで、画素102a及び102bの中心mと、受光領域103a及び103bの中心pとのずれを予め考慮し、集光レンズ119を、その光軸が受光領域103a及び103bの中心pを通過するように配置することによって、集光率を高めることも考えられる。
In view of this, a shift between the center m of the
しかしながら、2つの画素102a及び102bで1つのセルCが構成される場合、上述のように、受光領域103a及び103bの中心pは、半導体基板101上において等間隔で配置されない。したがって、集光レンズ119の光軸と受光領域103a及び103bの中心pとを一致させようとすると、集光レンズ119のレイアウトが複雑になるという問題が生じる。
However, when one cell C is configured by the two
仮に、受光領域103a及び103bの中心pの位置に対応して、集光レンズ19を配置した場合、集光レンズ119の大きさを小さくする必要があるので、画素102a及び102bの面積を有効利用することができない。その結果、逆に集光率の低下を招いてしまう。
If the
それ故に、本発明の目的は、画素の微細化と高い集光率とを両立し、画像感度、色シェーディング、感度シェーディングといった画像特性に優れた固体撮像装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that achieves both miniaturization of pixels and a high light collection rate and is excellent in image characteristics such as image sensitivity, color shading, and sensitivity shading.
本発明は、固体撮像装置に向けられている。当該固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板上に配列され、入射光を受光する受光領域を含む複数の画素とを備える。所定数の画素は、グループ化されて1つの画素単位を構成し、受光領域の各々は、半導体基板の主面と平行な方向において、それぞれの中心が画素の各々の中心と一致するように形成される。 The present invention is directed to a solid-state imaging device. The solid-state imaging device includes a semiconductor substrate and a plurality of pixels that are arranged on the semiconductor substrate and include a light receiving region that receives incident light. The predetermined number of pixels are grouped to form one pixel unit, and each of the light receiving regions is formed such that the center thereof coincides with the center of each pixel in a direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate. Is done.
また、画素の各々は、光電変換領域と、ゲート電極とを含み、光電変換領域は、ゲート電極の下方に拡がるように形成されても良い。 Each of the pixels may include a photoelectric conversion region and a gate electrode, and the photoelectric conversion region may be formed to extend below the gate electrode.
また、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板の表面から所定の深さにまで形成される第1の半導体領域と、第1の半導体領域の表面に形成され、画素単位の各々を分離する分離領域と、第1の半導体領域の内部に形成され、分離領域の下方を中心として部分的に形成され、第1の半導体領域より不純物濃度が高い第2の半導体領域とを更に備え、画素の各々は、光電変換領域を含み、光電変換領域は、第2の半導体領域の間に拡がるように形成されても良い。 The solid-state imaging device according to the present invention is formed on the surface of the first semiconductor region and the first semiconductor region formed from the surface of the semiconductor substrate to a predetermined depth, and separates each pixel unit. An isolation region; and a second semiconductor region formed inside the first semiconductor region, partially formed around the lower part of the isolation region, and having a higher impurity concentration than the first semiconductor region. Each includes a photoelectric conversion region, and the photoelectric conversion region may be formed to extend between the second semiconductor regions.
また、画素の各々は、光電変換領域と、半導体基板表面に形成される表面領域と、ゲート電極とを含み、表面領域は、ゲート電極との間に所定の隙間を有するように形成されても良い。 Each pixel includes a photoelectric conversion region, a surface region formed on the surface of the semiconductor substrate, and a gate electrode, and the surface region may be formed to have a predetermined gap between the gate electrode. good.
また、画素の各々は、集光レンズを更に含み、集光レンズは、その光軸が画素の中心を通過するように配置されても良い。 Each of the pixels may further include a condensing lens, and the condensing lens may be arranged so that its optical axis passes through the center of the pixel.
また、画素単位は、ドレイン領域を含み、画素の各々は、光電変換領域と、ゲート電極と、ゲート電極の表面に形成されるサリサイド領域とを含み、画素単位の各々に含まれる所定数の画素は、ドレイン領域を共有しており、サリサイド領域は、ゲート電極の表面のうち、ドレイン領域側に偏った一部の領域に形成されても良い。 The pixel unit includes a drain region, and each pixel includes a photoelectric conversion region, a gate electrode, and a salicide region formed on the surface of the gate electrode, and a predetermined number of pixels included in each pixel unit. May share the drain region, and the salicide region may be formed in a part of the surface of the gate electrode that is biased toward the drain region.
また、受光領域は、画素単位毎に同一のパターンを構成することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the light receiving region forms the same pattern for each pixel unit.
この場合、画素単位は、隣接する2つの画素と、ドレイン領域とを含み、画素単位の各々に含まれる2つの画素は、画素単位の中心線に対して線対称のレイアウトを有しても良い。 In this case, the pixel unit includes two adjacent pixels and a drain region, and the two pixels included in each pixel unit may have a line-symmetric layout with respect to the center line of the pixel unit. .
あるいは、画素単位は、2×2の行列状に配列される4つの画素と、ドレイン領域とを含み、画素単位の各々に含まれる4つの画素は、画素単位の中心に対して点対称のレイアウトを有しても良い。 Alternatively, the pixel unit includes four pixels arranged in a 2 × 2 matrix and a drain region, and the four pixels included in each pixel unit have a point-symmetric layout with respect to the center of the pixel unit. You may have.
あるいは、画素単位は、2×2の行列状に配列される4つの画素と、ドレイン領域とを含み、画素単位の各々に含まれる4つの画素は、画素単位の中心に対して点対称、かつ、画素単位の中心線に対して線対称のレイアウトを有しても良い。 Alternatively, the pixel unit includes four pixels arranged in a 2 × 2 matrix and a drain region, and the four pixels included in each pixel unit are point-symmetric with respect to the center of the pixel unit, and The layout may be axisymmetric with respect to the center line of the pixel unit.
本発明に係る固体撮像装置は、増幅型の固体撮像装置であることが望ましい。 The solid-state imaging device according to the present invention is preferably an amplification type solid-state imaging device.
本発明に係る固体撮像装置は、画素の中心と受光領域の中心とが一致するように形成されているので、高い集光率を得ることができる。それ故、本発明によれば、画像特性の良い固体撮像装置を実現できる。 Since the solid-state imaging device according to the present invention is formed so that the center of the pixel coincides with the center of the light receiving region, a high light collection rate can be obtained. Therefore, according to the present invention, a solid-state imaging device with good image characteristics can be realized.
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置について、2画素が1セルとして構成された固体撮像装置を例に挙げ、図面を参照しながら説明する。各図中においては、説明の便宜上、破線や鎖線等を用いて位置関係が示されている。
(First embodiment)
Hereinafter, the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a solid-state imaging device in which two pixels are configured as one cell. In each drawing, for convenience of explanation, the positional relationship is shown using a broken line, a chain line, or the like.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置を模式的に示す平面図である。図1においては、図示の都合上、一部の画素の構成要素を半導体基板(図示せず)の主面への投影によって示している。 FIG. 1 is a plan view schematically showing a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, for convenience of illustration, some pixel components are shown by projection onto the main surface of a semiconductor substrate (not shown).
図1に示される固体撮像装置は、半導体基板(図示せず)上に二次元マトリクス状に配列された複数の画素2a及び2bを備える。画素2a及び2bは、入射光を信号電荷に変換する光電変換部(図示せず)を含んでいる。複数の画素2a及び2bの中心を半導体基板(図示せず)に投影した点m(以下、この点を「画素の中心」という)は、半導体基板の主面と平行な方向において、一定の間隔で配置されている。
The solid-state imaging device shown in FIG. 1 includes a plurality of
画素2a及び2bの各々は、入射光を受光するための受光領域3a及び3bと、ゲート電極10a及び10bと、サリサイド領域12a及び12bとをそれぞれ含んでいる。
Each of the
また、隣接する2つの画素2a及び2bは、1つのセルC(画素単位)を構成する。セルは、受光領域3a及び3bの所定数の配置パターンを1つのグループとして構成するものであり、各セルは、同一の構成を有する。本実施形態においては、セルCに含まれる画素2a及び2bは、セルの中心線(図1における画素2a及び2bの境界線)を中心に線対称のレイアウトを有する。尚、以下においては、1つのセルCについてのみ詳細に説明する。
Two
次に、図2及び図3を参照しながら、画素2と受光領域3の位置関係について、より具体的に説明する。
Next, the positional relationship between the pixel 2 and the
図2は、図1に示されるセルCの拡大図であり、図3は、図2に示されるIII−IIIラインに沿う断面図である。 2 is an enlarged view of the cell C shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG.
図2及び3に示されるように、本実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板1と、低濃度p−well層4と、低濃度p−well層4より不純物濃度が高い高濃度p−well層5と、STI6と、p型STI活性層7と、p型光電変換部8a及び8bと、n型光電変換部9a及び9bと、ゲート電極10a及び10bと、スペーサー11a及び11bと、サリサイド領域12a及び12bと、ドレイン領域13と、Vt制御層14と、バリア制御層15と、絶縁膜16と、遮光膜17と、カラーフィルタ18と、集光レンズ19とを備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the solid-state imaging device according to the present embodiment includes a
画素2aは、フォトダイオードを構成する光電変換部8a及び9aと、ゲート電極10aとを中心に構成されている。同様に、画素2bは、光電変換部8b及び9bと、ドレイン領域13と、ゲート電極10bとを中心に構成されている。特に、本実施形態においては、光電変換部8a及び8bは、ゲート電極10a及び10bとの間に隙間を有するように形成されている。尚、画素2a及び2bによって構成されるセルCは、STI6によって互いに分離されている。
The
図3に示されるように、本実施形態においては、高濃度p−well層5は、STI6の下方の領域を中心に形成され、ゲート電極10a及び10bの下方には、形成されていない。代わりに、光電変換部9a及び9bが、ゲート電極10a及び10bの各々の下方にまで拡がるように形成されている。更に、サリサイド領域12a及び12bは、ゲート電極10a及び10bの表面の一部にのみ形成されている。より具体的には、サリサイド領域12a及び12bは、各々の長さ(図3の左右方向の長さ)がゲート電極10a及び10bのゲート長より短くなるように形成されている。また、サリサイド領域12a及び12bは、ゲート電極10a及び10bの表面のうち、ドレイン領域13側に偏って形成されている。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the high concentration p-
ゲート電極10a及び10b上には、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16上には、光電変換部9a及び9bの上方の所定領域に開口を有する遮光膜17が形成されている。更に、遮光膜17上には、カラーフィルタ18が形成され、カラーフィルタ18上に、複数の集光レンズ19が配置されている。
An insulating
集光レンズ19は、対応する画素2にできるだけ多くの光を集めるために、半導体基板の主面において各画素2a及び2bが占める面積を可能な限り広く覆うように配置される。すなわち、集光レンズ19は、その光軸が画素2a及び2bの中心mを通過するように配置される。本実施形態においては、図3に示されるように、複数の集光レンズ19は、複数の画素2a及び2bの各々に対応してアレイ状に配列されるが、隣り合う集光レンズ19の外周同士が接するように形成されている。
In order to collect as much light as possible on the corresponding pixel 2, the
尚、図3に示されるように、本実施形態における受光領域3a及び3bは、遮光膜17の開口と、光電変換部9a及び9bが占める領域(すなわち、半導体基板1の主面への光電変換部9a及び9bの投影)と、半導体基板1の主面のうち入射光が透過可能な領域とによって規定される。入射光が透過可能な半導体基板1主面上の領域は、サリサイド領域12a及び12bの位置及び寸法に依存して変化する。
As shown in FIG. 3, the
一般的に、2画素を1セルとする固体撮像装置においては、隣接する2つの画素が1つのドレイン領域13を共有するため、隣接する2つの画素2a及び2bの中心mと、受光領域3a及び3bの中心pとは、基板の主面方向にずれた位置に配置される。そのため、従来の固体撮像装置では、各画素2a及び2bの中心mのピッチが半導体基板101上で一定であるのに対して、受光領域3の中心pのピッチは、一定ではなかった。
In general, in a solid-state imaging device having two pixels as one cell, two adjacent pixels share one
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置は、図1に示されるように、画素2a及び2bの中心mと、受光領域3a及び3bの中心pとがほぼ一致するように構成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the solid-state imaging device according to the present embodiment is configured such that the center m of the
具体的には、図3に示されるように、高濃度p−well層5をゲート電極10a及び10bの下方に形成せず、STI6の下方の領域を中心として半導体基板1の内部に部分的に形成されている。これに伴い、光電変換部9a及び9bは、ゲート電極10a及び10bの下方にまで拡がるように形成されている。更に、サリサイド領域12a及び12bは、ゲート電極10a及び10b表面の一部のみを覆い、かつ、ドレイン領域13側に偏った位置に形成されている。このように構成されているため、入射光は、ゲート電極10a及び10b表面のうち、サリサイド領域12a及び12bが形成されていない部分を通過して、ゲート電極10a及び10bの下方に拡がる光電変換部9a及び9bにも入射することができる。
Specifically, as shown in FIG. 3, the high-concentration p-
また、本実施形態に係る固体撮像装置においては、集光レンズ19は、その光軸が画素2a及び2bの中心mを通過するように配置されている。したがって、画素2a及び2bに入射する光Lは、集光レンズ19によって集光され、画素2a及び2bの中心mに向かって入射する。上述のように、半導体基板1の主面方向において、画素2a及び2bの中心mと、受光領域3a及び3bの中心pとが、ほぼ一致するように形成されているので、集光レンズ19によって集光された光は、受光領域3a及び3bの中心pへと入射することができる。
Further, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the
このように、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素2a及び2bの中心mと、受光領域3a及び3bの中心pと重なりあうように構成されている。それ故、本実施形態によれば、集光レンズ19の配置を変更することなく、画素2a及び2bの中心mに向かう光を、受光領域3a及び3bの中心pに入射させることを可能とし、高い集光率を得ることができる。その結果、感度低下、画像感度のバラツキ、色シェーディング不良及び感度シェーディング不良等が抑制され、画像特性の良い固体撮像装置を実現できる。
As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment is configured to overlap the center m of the
ここで、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。 Here, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described.
図4A〜4Kは、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の概略を説明する断面図である。 4A to 4K are cross-sectional views for explaining the outline of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図4Aに示されるように、n型の半導体基板1の内部に、低濃度p−well層4(不純物濃度:1×1014〜1×1015cm-3)を、半導体基板1の表面から約3μmの深さにまで形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a low-concentration p-well layer 4 (impurity concentration: 1 × 10 14 to 1 × 10 15 cm −3 ) is formed inside the n-
次に、図4Bに示されるように、半導体基板1に画素分離領域を形成すべき位置に、低濃度p−well層4より不純物濃度が高い高濃度p−well層5(不純物濃度:1×1015〜1×1016cm-3)を、濃度ピーク位置が半導体基板1の表面から0.9μmの深さとなるように形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the high concentration p-well layer 5 (impurity concentration: 1 × impurity concentration) higher than that of the low concentration p-
次に、図4Cに示されるように、半導体基板1の主面から所定の深さにまでSTI6を形成する。より詳細には、まず、素子分離部を形成すべき領域に、ドライエッチング処理によって溝Tを形成する。溝Tの深さは、約0.3μmである。その後、溝Tの内面に向けて、低エネルギーでイオン注入を行う。具体的には、溝Tの内面にホウ素(B)イオンを、30KeV、3.2×1013/cm2の条件で注入する。これによって、溝Tの内面に、p+型内面膜7が形成される。次に、内面膜7が形成された溝Tに、酸化膜等の絶縁膜を埋め込んだ後、表面を平坦化する。以上の工程を経て、STI6が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
次に、図4Dに示されるように、低濃度p−well層4の内部に、p型のVt制御層14及びバリア制御層15を形成する。Vt制御層の濃度ピーク位置は、半導体基板1の表面から0.3μmの深さであり、バリア制御層15の濃度ピーク位置は、半導体基板の表面から0.8μm深さである。
Next, as illustrated in FIG. 4D, the p-type
次に、図4Eに示されるように、p型の光電変換部8a及び8bと、n型の光電変換部9a及び9bを形成する。より詳細には、従来公知の方法に従って、半導体基板1の主面上の光電変換部9a及び9bを形成すべき領域(設計で定められる領域)に、開口部を有するレジストパターンを設ける。そして、このレジストパターンをマスクとして、n型不純物である砒素(As)を、高エネルギーでイオン注入する。具体的には、Asイオンを600KeV、2.2×1012/cm2の条件で注入する。これにより、半導体基板1の内部に、光電変換部9a及び9bが形成される。光電変換部9a及び9bの濃度ピークの半導体基板1表面からの深さは、約0.3μmである。
Next, as shown in FIG. 4E, p-type
次に、公知の方法に従って、半導体基板1の表面に、p型不純物を選択的に導入することによって、光電変換部8a及び8bが形成される。本実施形態においては、半導体基板1の表面上のゲート電極10a及び10bを形成すべき領域(設計によって定められる領域)から所定距離離れた領域にp型不純物が導入される。これにより、n型の光電変換部9a及び9bが、半導体基板1の表層におけるゲート電極10a及び10bの下方部分に拡がった状態が維持される。
Next,
次に、図4Fに示されるように、ゲート電極10a及び10bが形成される。より詳細には、半導体基板1の表面に、CVD法によって、厚さが200nmとなるようにポリシリコン膜を堆積する。そして、堆積されたポリシリコン膜を、フォトリソグラフィ処理及びドライエッチング処理等によってパターニングすることによって、ゲート電極10a及び10bが形成される。
Next, as shown in FIG. 4F,
次に、図4Gは、半導体基板1の主面に、ドレイン領域13が形成される。より詳細には、形成されたゲート電極10a及び10bをマスクとして、半導体基板1の主面のうち、ゲート電極10a及び10bの間から露出する部分に、n型不純物をイオン注入する。具体的には、砒素(As)イオンを、50KeV、2.0×1015/cm2の条件でイオン注入することにより、半導体基板1の主面にドレイン領域13が形成される。
Next, in FIG. 4G, the
次に、図4Hに示されるように、半導体基板1の表面に、CVD法により、厚さが150nmとなるように酸化膜を堆積する。そして、堆積された酸化膜を、フォトリソグラフィ処理およびドライエッチング処理等によってパターニングして、対向するゲート電極10a及び10bの側壁に沿って、スペーサー11を形成する。
Next, as shown in FIG. 4H, an oxide film is deposited on the surface of the
次に、図4Iに示されるように、ゲート電極10a及び10bの表面の一部をサリサイド化する。より詳細には、ゲート電極10a及び10bの表面の一部に、CoSi2等の化合物をスパッタ法によって堆積させる。入射光は、ゲート電極10a及び10b表面の非サリサイド領域(サリサイド領域12が形成されていない部分)を透過できるので、ゲート電極10a及び10bの下方に拡がるように形成された光電変換部9a及び9bへと光を取り込むことが可能となる。
Next, as shown in FIG. 4I, part of the surface of the
次に、図4Jに示されるように、ゲート電極10a及び10bを覆うように、シリコン酸化膜よりなる絶縁膜16を、CVD法によって堆積させる。尚、絶縁膜16には、配線層が含まれるが、説明を簡略化するために、ここでの説明を省略する。続いて、絶縁膜16を覆うように遮光膜17が形成される。具体的には、タングステン、銅、アルミニウム等を用いて、PVD法あるいはCVD法により、絶縁膜16を覆うように薄膜を形成する。その後、形成された薄膜のうち、光電変換部9a及び9bの上部に位置する部分をドライエッチングによって選択的に除去する。これにより、図4Jに示されるように、遮光膜17における光電変換部9a及び9b対応する位置に開口が形成され、受光領域3a及び3bが形成される。
Next, as shown in FIG. 4J, an insulating
そして、図4Kに示されるように、遮光膜17上に、カラーフィルタ18及び集光レンズ19が形成される。集光レンズ19は、熱溶解性透明樹脂や、レジストの熱リフロー転写により形成され、各画素2の受光領域3のそれぞれに対応してアレイ状に配列されるマイクロレンズである。これにより、図7Kに示すような構造を有する固体撮像装置が完成する。
Then, as shown in FIG. 4K, the
以上のように、本実施形態に係る製造方法によれば、画素2a及び2bの中心mに対して、受光領域3a及び3bの中心が重なり合うように固体撮像装置を製造することができる。本実施形態に係る製造方法によれば、集光レンズ19の配置を変えることなく、高い集光率を得ることができる。したがって、画像特性の良い固体撮像装置の製造が可能となる。
As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the solid-state imaging device can be manufactured such that the centers of the
尚、本実施形態では、2画素を1セルとする構造の固体撮像装置を例に挙げて説明したが、本発明は、例えば、3画素を1セルとする固体撮像装置、4画素を1セルとする固体撮像装置等、複数の画素で1つのセルが構成された受光領域を有する固体撮像装置にも同様に適用できる。 In this embodiment, the solid-state imaging device having a structure in which two pixels are one cell has been described as an example. However, the present invention is, for example, a solid-state imaging device in which three pixels are one cell, and four pixels are one cell. The present invention can be similarly applied to a solid-state imaging device having a light-receiving region in which one cell is composed of a plurality of pixels.
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a plan view schematically showing a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態に係る固体撮像装置においては、4つの画素2a〜2dが1つのセルCとして構成されている。セルCに含まれる画素2a〜2dは、セルCの中心に対して点対称のレイアウトを有する。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, four
より詳細には、図5に示されるように、ほぼ矩形形状を有する画素2a〜2d内において、受光領域3a〜3dの各々は、各画素の対角線方向に延びるように形成されている。また、セルCにおいて、対角線上に配置される一対の画素2b及び2cの受光領域3b及び3cは、セルの対角線に沿って配置され、セルの中心に形成される1つのドレイン領域13を共有する。
More specifically, as shown in FIG. 5, in the
図6は、4画素を1セルとして構成する従来の固体撮像装置の一例を示す平面図である。 FIG. 6 is a plan view showing an example of a conventional solid-state imaging device configured with four pixels as one cell.
第1の実施形態と同様に、従来の4画素1セル構成の固体撮像装置においては、受光領域103は、その中心pが画素102の中心mからずれるように形成される。一方、集光効率の向上の観点から、集光レンズ(図示せず)は、通常その光軸が画素102の中心mを通過するように配置される。したがって、図9に示される従来の固体撮像装置においても、集光レンズ(図示せず)によって集光された光は、受光領域103の中心pからずれた位置に入射するため、集光効率が低下する。
Similar to the first embodiment, in the conventional solid-state imaging device having a 4-pixel 1-cell configuration, the
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置は、第1の実施形態と同様に、光電変換部(図示せず)がゲート電極10a〜10dの下方にまで拡がるように形成されると共に、サリサイド領域12a〜12dがゲート電極10a〜10d表面のうち、ドレイン領域13側の一部の領域にのみ形成されている。したがって、本実施形態によれば、図5のような4画素1セルのレイアウトを有する固体撮像装置を、画素2a〜2dの中心mと、受光領域3a〜3dの中心pとが重なり合うように構成することができる。したがって、画像特性の良い固体撮像装置を実現することが可能となる。
On the other hand, the solid-state imaging device according to the present embodiment is formed so that the photoelectric conversion unit (not shown) extends below the
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係る固体撮像装置を模式的に示す平面図である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a plan view schematically showing a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態に係る固体撮像装置は、第2の実施形態と同様に、ほぼ矩形形状を有する4つの画素2a〜2dが1つのセルCを構成する。また、各画素2a〜2d内において、受光領域3a〜3dの各々は、各画素の対角線方向に延びるように形成されている。ただし、セルCに含まれる画素2a〜2dは、セルCの中心に対して点対称、かつ、セルCの中心線に対して線対称のレイアウトを有する点で、第2の実施形態とは異なる。具体的には、行方向に隣接する2つの画素2a及び2bが1つのドレイン領域13を共有する。
In the solid-state imaging device according to this embodiment, four
図8は、4画素を1セルとして構成する従来の固体撮像装置の他の一例を示す平面図である。 FIG. 8 is a plan view showing another example of a conventional solid-state imaging device configured with four pixels as one cell.
第2の実施形態と同様に、従来の4画素1セル構成の固体撮像装置においては、受光領域3は、画素2の中心mに対して、受光領域3の中心pがずれるように形成される。したがって、集光レンズ(図示せず)によって集光された光は、受光領域3の中心pからずれた位置に入射し、集光効率の低下を招いていた。
Similar to the second embodiment, in the conventional solid-state imaging device having a 4-pixel 1-cell configuration, the light-receiving
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、第1の実施形態と同様に、光電変換部(図示せず)がゲート電極10a〜10dの下方にまで拡がるように形成されると共に、サリサイド領域12a〜12dがゲート電極10a〜10d上のドレイン領域13側の一部にのみ形成されるので、集光効率が向上した画像特性の良い固体撮像装置を実現することが可能となる。
On the other hand, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, the photoelectric conversion unit (not shown) is formed so as to extend below the
尚、上記の各実施形態においては、1セルが2画素または4画素で構成される場合についてのみ説明したが、1セルを構成する画素の数は、特に限定されるものではない。 In each of the embodiments described above, only the case where one cell is composed of two pixels or four pixels has been described. However, the number of pixels constituting one cell is not particularly limited.
また、上記の各実施形態においては、セルの構成を特定しているが、セルは、受光領域の所定数の配置パターンを1つのグループとして構成するものであれば良い。 Further, in each of the above embodiments, the configuration of the cell is specified, but the cell may be any cell as long as a predetermined number of arrangement patterns of the light receiving area are configured as one group.
更に、上記の各実施形態においては、MOS型固体撮像装置を例に挙げて説明したが、本発明は、CCD固体撮像装置に適用しても良い。 Further, in each of the above embodiments, the MOS type solid-state imaging device has been described as an example. However, the present invention may be applied to a CCD solid-state imaging device.
本発明は、例えば、増幅型固体撮像装置、特にトレンチ分離構造をもつMOS型固体撮像装置等に適用できる。より具体的には、本発明は、カメラ付き携帯電話、ビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどに使用される固体撮像装置や、プリンターなどに使用されるラインセンサー等に利用できる。 The present invention can be applied to, for example, an amplification type solid-state imaging device, particularly a MOS solid-state imaging device having a trench isolation structure. More specifically, the present invention can be used for a solid-state imaging device used for a camera-equipped mobile phone, a video camera, a digital still camera, and the like, a line sensor used for a printer, and the like.
1 半導体基板
2 画素
3 受光領域
4 低濃度p−well層
5 高濃度p−well層
6 STI
7 p型STI活性層
8 光電変換部(p型)
9 光電変換部(n型)
10 ゲート電極
11 スペーサー
12 サリサイド領域
13 ドレイン領域
14 Vt制御層
15 バリア制御層
16 絶縁膜
17 遮光膜
18 カラーフィルタ
19 集光レンズ
20 入射光
C セル
m 画素の中心
p 受光領域の中心
Ax 光軸
L 入射光
DESCRIPTION OF
7 p-type STI active layer 8 photoelectric conversion part (p-type)
9 Photoelectric conversion part (n-type)
10 Gate electrode 11 Spacer 12
Claims (11)
半導体基板と、
前記半導体基板上に配列され、入射光を受光する受光領域を含む複数の画素とを備え、
所定数の画素がグループ化されて1つの画素単位を構成しており、
前記受光領域の各々は、前記半導体基板の主面と平行な方向において、それぞれの中心が前記画素の各々の中心と一致するように形成される、固体撮像装置。 A solid-state imaging device,
A semiconductor substrate;
A plurality of pixels arranged on the semiconductor substrate and including a light receiving region for receiving incident light;
A predetermined number of pixels are grouped to form one pixel unit,
Each of the light receiving regions is a solid-state imaging device formed such that the center thereof coincides with the center of each of the pixels in a direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate.
前記光電変換領域は、前記ゲート電極の下方に拡がるように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。 Each of the pixels includes a photoelectric conversion region and a gate electrode,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion region is formed so as to extend below the gate electrode.
前記第1の半導体領域の表面に形成され、前記画素単位の各々を分離する分離領域と、
前記第1の半導体領域の内部に形成され、前記分離領域の下方を中心として部分的に形成され、前記第1の半導体領域より不純物濃度が高い第2の半導体領域とを更に備え、
前記画素の各々は、光電変換領域を含み、
前記光電変換領域は、前記第2の半導体領域の間に拡がるように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。 A first semiconductor region formed from the surface of the semiconductor substrate to a predetermined depth;
An isolation region formed on a surface of the first semiconductor region and separating each of the pixel units;
A second semiconductor region formed inside the first semiconductor region, partially formed around the lower part of the isolation region, and having a higher impurity concentration than the first semiconductor region;
Each of the pixels includes a photoelectric conversion region,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion region is formed so as to extend between the second semiconductor regions.
前記表面領域は、前記ゲート電極との間に所定の隙間を有するように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。 Each of the pixels includes a photoelectric conversion region, a surface region formed on the surface of the semiconductor substrate, and a gate electrode.
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the surface region is formed to have a predetermined gap between the surface region and the gate electrode.
前記集光レンズは、その光軸が前記画素の中心を通過するように配置されることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。 Each of the pixels further includes a condenser lens;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the condenser lens is disposed so that an optical axis thereof passes through a center of the pixel.
前記画素の各々は、光電変換領域と、ゲート電極と、前記ゲート電極の表面に形成されるサリサイド領域とを含み、
前記画素単位の各々に含まれる前記所定数の画素は、前記ドレイン領域を共有しており、
前記サリサイド領域は、前記ゲート電極の表面のうち、前記ドレイン領域側に偏った一部の領域に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。 The pixel unit includes a drain region,
Each of the pixels includes a photoelectric conversion region, a gate electrode, and a salicide region formed on the surface of the gate electrode,
The predetermined number of pixels included in each of the pixel units share the drain region;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the salicide region is formed in a part of the surface of the gate electrode that is biased toward the drain region.
前記画素単位の各々に含まれる2つの前記画素は、前記画素単位の中心線に対して線対称のレイアウトを有することを特徴とする、請求項7に記載の固体撮像装置。 The pixel unit includes two adjacent pixels and a drain region,
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the two pixels included in each pixel unit have a line-symmetric layout with respect to a center line of the pixel unit.
前記画素単位の各々に含まれる4つの前記画素は、前記画素単位の中心に対して点対称のレイアウトを有することを特徴とする、請求項7に記載の固体撮像装置。 The pixel unit includes four pixels arranged in a 2 × 2 matrix and a drain region,
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the four pixels included in each of the pixel units have a point-symmetric layout with respect to a center of the pixel unit.
前記画素単位の各々に含まれる4つの前記画素は、前記画素単位の中心に対して点対称、かつ、前記画素単位の中心線に対して線対称のレイアウトを有することを特徴とする、請求項7に記載の固体撮像装置。 The pixel unit includes four pixels arranged in a 2 × 2 matrix and a drain region,
The four pixels included in each pixel unit have a layout that is point-symmetric with respect to the center of the pixel unit and line-symmetric with respect to a center line of the pixel unit. The solid-state imaging device according to 7.
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