JP2007142298A - Solid state imaging device, its manufacturing method and camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関し、特に、埋め込みフォトダイオードからなる受光部をもつ固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and a camera, and more particularly, to a solid-state imaging device having a light receiving portion formed of an embedded photodiode, a manufacturing method thereof, and a camera.
CCD(Charge Coupled Device)の受光部として、埋め込みフォトダイオードが採用されている。埋め込みフォトダイオードでは、pn接合がすべて基板中に存在するため、暗電流が抑制される。埋め込みフォトダイオードからなる受光部は、n型領域と、n型領域の表層に形成されたp+領域とを有する(特許文献1参照)。 An embedded photodiode is employed as a light receiving part of a CCD (Charge Coupled Device). In the embedded photodiode, since all pn junctions exist in the substrate, dark current is suppressed. A light-receiving portion made of an embedded photodiode has an n-type region and a p + region formed on the surface layer of the n-type region (see Patent Document 1).
暗電流を抑制するため、p+領域は高濃度に設計される。その際、チャネルストップ領域とp+領域が重なる部位において、局所的にp+濃度が上昇する。この構造の場合、読み出し電圧印加時に、局所的にp+濃度が高い部位において、強電界が発生することになる。最近のCCDイメージセンサの場合、セルサイズのシュリンクに伴い、電位勾配が極めて狭い領域に印加されるため、上記、局所的なp+濃度の濃い部位に発生する電界も高く、それが要因となり、白キズが発生する現象が起こる。 In order to suppress the dark current, the p + region is designed to have a high concentration. At that time, the p + concentration locally increases at the site where the channel stop region and the p + region overlap. In the case of this structure, a strong electric field is generated at a site where the p + concentration is locally high when a read voltage is applied. In recent CCD image sensors, as the cell size shrinks, the potential gradient is applied to a very narrow region. Therefore, the electric field generated in the local p + concentration region is high, which is a factor. A phenomenon that white scratches occur.
この現象を回避するためには、受光部表面のP+濃度を低く設計する必要があるが、これは暗電流の増加を招くため困難である。一方、チャネルストップ領域のp+の濃度を低下させることも可能では有るが、受光部のp+領域に比べ濃度が低く、効果が得られないのが現状である。 In order to avoid this phenomenon, it is necessary to design the P + concentration on the surface of the light receiving portion to be low, but this is difficult because it causes an increase in dark current. On the other hand, although it is possible to reduce the p + concentration in the channel stop region, the concentration is lower than that of the p + region in the light receiving portion, and no effect can be obtained.
また、受光部表面のp+領域の形成は、電極開口に対してセルフアラインで設計されるため、濃度の高いp+領域が読み出しゲート付近に注入されることになる。この際、読み出しゲート付近のバリアが高くなり、読み出し電圧の上昇を引き起こす要因となっている。 Further, since the formation of the p + region on the surface of the light receiving portion is designed by self-alignment with respect to the electrode opening, the p + region having a high concentration is implanted near the readout gate. At this time, the barrier in the vicinity of the read gate is increased, which causes a rise in the read voltage.
また、チャネルストップ領域近傍のp+濃度の上昇は、垂直転送部を構成するn+の転送チャネルのポテンシャルに影響するため、実効的な垂直転送路のW/Lの悪化を誘発する。このため、良好な垂直転送特性を確保するためには、チャネルストップ領域近傍のp+濃度の低減が必要となる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、暗電流を低減し、かつ、読み出し電圧の低減および受光部周囲の電界緩和を図ることができる固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce a dark current, reduce a readout voltage, and reduce an electric field around a light receiving unit, and a method for manufacturing the same. And providing a camera.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に行列状に形成された複数の受光部と、前記受光部の列の間において前記基板に形成された第1導電型の転送チャネルと、前記受光部の周囲に配置され、かつ、前記転送チャネルを被覆する転送電極とを有し、前記受光部は、前記基板に形成された第1導電型領域と、前記基板の表面に形成された第2導電型領域とを有し、前記第2導電型領域は、前記受光部の全面に形成された第1領域と、両側の前記転送電極に対して行方向に離れて形成され、前記第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃い第2領域とを有する。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of light receiving units formed in a matrix on a substrate, and a first conductivity type transfer formed on the substrate between columns of the light receiving units. A transfer electrode disposed around the light receiving portion and covering the transfer channel, the light receiving portion on a surface of the substrate; and a first conductivity type region formed on the substrate. A second conductivity type region formed, and the second conductivity type region is formed in the row direction away from the first region formed on the entire surface of the light receiving portion and the transfer electrodes on both sides. And a second region having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the first region.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板に第1導電型の転送チャネルを形成する工程と、前記基板の受光部となる領域に第1導電型領域を形成する工程と、前記転送チャネル上であって前記受光部を除く領域に、転送電極を形成する工程と、前記基板の受光部となる領域に第2導電型領域を形成する工程とを有し、前記第2導電型領域を形成する工程は、前記転送電極をマスクとして第2導電型不純物をイオン注入して、前記受光部の全面に第1領域を形成する工程と、前記イオン注入マスクを用いて前記第2導電型不純物をイオン注入して、前記第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃く、行方向に隣接する前記転送電極に対して離れた第2領域を形成する工程とを有する。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a first conductivity type transfer channel on a substrate, and a formation of a first conductivity type region in a region serving as a light receiving portion of the substrate. A step of forming a transfer electrode in a region on the transfer channel excluding the light receiving portion, and a step of forming a second conductivity type region in a region to be a light receiving portion of the substrate, The step of forming the second conductivity type region includes the step of ion-implanting a second conductivity type impurity using the transfer electrode as a mask to form the first region over the entire surface of the light receiving portion, and the ion implantation mask. Ion-implanting the second conductivity type impurity to form a second region having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the first region and separated from the transfer electrode adjacent in the row direction; Have
上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、基板に行列状に形成された複数の受光部と、前記受光部の列の間において前記基板に形成された第1導電型の転送チャネルと、前記受光部の周囲に配置され、かつ、前記転送チャネルを被覆する転送電極とを有し、前記受光部は、前記基板に形成された第1導電型領域と、前記基板の表面に形成された第2導電型領域とを有し、前記第2導電型領域は、前記受光部の全面に形成された第1領域と、両側の前記転送電極に対して行方向に離れて形成され、前記第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃い第2領域とを有する。 In order to achieve the above object, a camera of the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that focuses light on the imaging surface of the solid-state imaging device, and a predetermined signal with respect to an output signal from the solid-state imaging device. A signal processing circuit that performs processing, and the solid-state imaging device includes a plurality of light receiving portions formed in a matrix on the substrate, and a first conductivity type formed on the substrate between the rows of the light receiving portions. A transfer channel; and a transfer electrode disposed around the light receiving portion and covering the transfer channel, the light receiving portion including a first conductivity type region formed in the substrate, and a surface of the substrate The second conductivity type region is formed in the row direction away from the first region formed on the entire surface of the light receiving portion and the transfer electrodes on both sides. The second conductivity type impurity concentration is higher than that of the first region. And a frequency.
上記の本発明では、受光部の第2導電型領域は、受光部の全面に形成された第1領域と、両側の転送電極に対して行方向に離れて形成され、第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃い第2領域とを有する。この結果、第2導電型領域の読み出し側および非読み出し側の濃度が低くなる。従って、読み出し側の領域の第2導電型不純物濃度の上昇が抑制され、読み出し電圧の上昇が抑制される。また、非読み出し側の領域の第2導電型不純物濃度の上昇が抑制され、電界集中が緩和される。 In the above-described present invention, the second conductivity type region of the light receiving unit is formed in the row direction away from the first region formed on the entire surface of the light receiving unit and the transfer electrodes on both sides, and is second than the first region. And a second region having a high impurity concentration of two conductivity types. As a result, the concentration on the reading side and the non-reading side of the second conductivity type region is lowered. Accordingly, an increase in the second conductivity type impurity concentration in the read side region is suppressed, and an increase in the read voltage is suppressed. In addition, an increase in the second conductivity type impurity concentration in the non-read side region is suppressed, and electric field concentration is mitigated.
本発明によれば、暗電流を低減し、かつ、読み出し電圧の低減および受光部周囲の電界緩和を図った固体撮像装置およびカメラを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device and a camera that reduce dark current, reduce read voltage, and reduce electric field around a light receiving unit.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のCCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an interline transfer type CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device will be described. However, there is no particular limitation on the transfer method.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置1は、撮像部2と、水平転送部3と、出力部4とを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging apparatus according to the present embodiment. The solid-
撮像部2には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部5と、受光部5の列毎に配置された垂直転送部7と、受光部5と垂直転送部7との間に配置された読み出しゲート部6とを有する。
The
受光部5は、例えば埋め込みフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光(入射光)をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部6は、受光部5に蓄積された信号電荷を垂直転送部7に読み出す。
The
垂直転送部7は、例えば4相の転送パルスφV1,φV2,φV3,φV4によって駆動され、受光部5から読み出された信号電荷を垂直方向(図中、下方向)に転送する。なお、転送パルスとしては、4相に限定されるものではない。転送パルスφV1〜φV4は、例えば0Vあるいは−7Vである。
The
水平転送部3は、2相の転送パルスφH1,φH2によって駆動され、垂直転送部7から垂直転送された信号電荷を、水平方向(図中、左方向)に転送する。
The
垂直転送部7および水平転送部3は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。
The
出力部4は、水平転送部3により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する。出力部4は、例えばフローティングディフュージョンアンプにより構成される。出力部4は、フローティングディフュージョンFDとリセットゲートRGとリセットドレインRDからなるトランジスタ4aと、アンプ4bと、出力端子4cとを有する。
The output unit 4 converts the signal charge horizontally transferred by the
水平転送部により水平転送された信号電荷量に応じてフローティングディフュージョンFDの電圧が変化する。フローティングディフュージョンFDの電圧はアンプ4bにより増幅されて、出力端子4cによりアナログ画像信号として取り出される。その後、リセットゲートRGにリセットパルスが入力されて、トランジスタ4aがオン状態となり、フローティングディフュージョンFDの信号電荷がリセットドレインRDに掃き捨てられる。なお、リセットドレインRDには電源電圧Vddが印加されている。
The voltage of the floating diffusion FD changes according to the amount of signal charges transferred horizontally by the horizontal transfer unit. The voltage of the floating diffusion FD is amplified by the
図2は、撮像部2における要部平面図である。図2では、1つの画素のみを図解している。本例では、第1導電型をn型、第2導電型をp型とした例について説明する。
FIG. 2 is a plan view of the main part of the
受光部5は、図示はしないが、基板深部にまで形成されたn型の信号電荷蓄積領域(第1導電型領域)を有する。受光部5の表面領域には、p+の正孔蓄積領域(第2導電型領域)13が形成されている。
Although not shown, the
本実施形態では、正孔蓄積領域13は2層構造からなり第1領域13aと、第1領域13aよりもp型不純物濃度の高い第2領域13bとを有する。第1領域13aは、受光部5の全面に形成されている。第1領域13aは、受光部5の中央部のみにストライプ状に形成されている。
In the present embodiment, the
受光部5の行方向における両側には、2つのn型の転送チャネル14が配置されている。本例では、受光部5は、左側の転送チャネル14に読み出される。受光部5と、読み出し側の転送チャネル14との間の基板領域には、p型の読み出しゲート領域16が配置されている。
Two n-
受光部5の周囲のうち、読み出しゲート領域16以外の部位には、p型のチャネルストップ領域17が配置されている。すなわち、受光部5と非読み出し側(右側)の転送チャネル14との間、受光部5と列方向(上下方向)に隣接する他の受光部との間には、チャネルストップ領域17が配置されている。チャネルストップ領域17は、所定の電位、例えば接地電位に固定される。第2領域13bの列方向の端部は、チャネルストップ領域17と重なっている。これにより、第2領域13bとチャネルストップ領域17とが電気的に接続され、第2領域13bが所定の電位に固定される。
A p-type
受光部5の周囲における基板上には、絶縁膜を介して転送電極20が形成されている。本実施形態では、転送電極20は、第1転送電極21と第2転送電極22からなる。第1転送電極21および第2転送電極22を区別する必要がない場合には、単に転送電極20と称する。
A
転送電極20は2層構造であり、例えば2層のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、各受光部5に対応して2つの転送電極21,22が配置されている。ただし、転送電極20は、単層構造あるいは3層以上の構造であってもよい。また、1つの受光部5に対して3つ以上の転送電極が形成されていてもよい。
The
第1転送電極21は、1層目のポリシリコン層からなる。第1転送電極21は、転送チャネル14、読み出しゲート領域16、チャネルストップ領域17を覆っている。行方向の複数の第1転送電極21は互いに接続されている。
The
第2転送電極22は、2層目のポリシリコン層からなる。第2転送電極22は、転送チャネル14、読み出しゲート領域16、チャネルストップ領域17を覆っている。転送チャネル14上において、第2転送電極22の端部は第1転送電極21の端部に重なっている。列方向に隣接する受光部5間において、第2転送電極22は第1転送電極21上に絶縁膜を介して配置されている。
The
読み出し時には、第2転送電極22に正の読み出し電圧が印加される。読み出し電圧は、例えば+10〜+15Vである。読み出し電圧の印加により、受光部5に蓄積された信号電荷(電子)は、第2転送電極22下の転送チャネル14へ読み出される。
At the time of reading, a positive read voltage is applied to the
読み出し後の垂直転送の際には、垂直方向に交互に並ぶ第1転送電極21および第2転送電極22に0Vあるいは負電圧の転送パルスφV1〜φV4が印加される。転送パルスφV1〜φV4は、例えば0Vあるいは−7Vである。
In the vertical transfer after reading, 0V or negative voltage transfer pulses φV1 to φV4 are applied to the
本実施形態では、正孔蓄積領域13は第1領域13aおよび第2領域13bの2層構造からなり、第1領域13aは転送電極20に対して自己整合的に形成される。第1領域13aのp型不純物濃度は、読み出しゲート領域16およびチャネルストップ領域17に比べて高い。第2領域13bは、その両側の転送電極20に対して距離(例えば0.1〜0.3μm)を隔てて配置されている。また、第2領域13bの列方向の端部は、チャネルストップ領域17と重なっている。また、チャネルストップ領域17のうち受光部5側の部位は、転送電極20からはみ出している。
In the present embodiment, the
図3は、図2のA−A’線に沿った断面図である。図4は、図2のB−B’線に沿った断面図である。なお、図示の簡略化のため遮光膜の上層については、図3のみに図解している。 FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 2. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 2. For simplification of illustration, the upper layer of the light shielding film is illustrated only in FIG.
例えば、n型のシリコン基板10(以下、基板10という)に、p型ウェル11が形成されている。p型ウェル11は、オーバーフローバリアを形成する。
For example, a p-
受光部5は、p型ウェル11に形成されたn型の信号電荷蓄積領域12と、信号電荷蓄積領域12の表層に形成されたp+の正孔蓄積領域13を有する。正孔蓄積領域13は、信号電荷蓄積領域12の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。本実施形態では、正孔蓄積領域13は、p+の第1領域13aと、第1領域13aよりもp型不純物の高い第2領域13bを有する。
The
受光部5には、信号電荷蓄積領域12、p型ウェル11および基板10により、npn構造が形成されている。このnpn構造は、受光部5に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がp型ウェル11により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板10側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。
In the
また、上記の受光部5は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板10に供給される基板電位を高レベル(例えば+12V)にすることにより、p型ウェル11の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域12に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板10に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。
Further, the
垂直転送部7は、信号電荷蓄積領域12と所定間隔を隔ててp型ウェル11に形成されたn型の転送チャネル14と、転送チャネル14上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜30を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極21,22により構成されている。転送チャネル14の下には、比較的高濃度のp型ウェル15が形成されている。p型ウェル15は、転送チャネル14の下に電位障壁を形成する。このため、基板10の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル14へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。
The
読み出しゲート部6は、信号電荷蓄積領域12と転送チャネル14との間のp型の読み出しゲート領域16と、読み出しゲート領域16上にゲート絶縁膜30を介して形成された転送電極20により構成されている。読み出しゲート領域16は、n型の信号電荷蓄積領域12と転送チャネル14との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、第1転送電極21に正の読み出し電圧(例えば+12V)が印加されて、読み出しゲート領域16の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域12から転送チャネル14へと読み出される。
The read
信号電荷蓄積領域12に対して読み出し側とは反対側には、p型のチャネルストップ領域17が形成されている。また、列方向に隣接する受光部5の間であって第1転送電極21下には、チャネルストップ領域17が形成されている(図4参照)。チャネルストップ領域17は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。正孔蓄積領域13の第2領域13bは、列方向に隣接するチャネルストップ領域17に対してオーバーラップするように配置されている。このため、第1転送電極21下において、チャネルストップ領域17と第2領域13bが繋がっている。
A p-type
第1転送電極21および第2転送電極22上には、酸化シリコンからなる絶縁膜31を介して遮光膜50が形成されている。遮光膜50は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜50には、受光部5に光を入射させる開口部50aが形成されている。
A
遮光膜50上には、例えばBPSG(Boron Phosphorous Silicate glass)からなる層間絶縁膜61が形成されている。層間絶縁膜61上には、例えば窒化シリコンからなるパッシベーション膜62が形成されている。パッシベーション膜62の表面は、平坦化されている。
On the
パッシベーション膜62上には、カラーフィルタ70が形成されている。カラーフィルタ70は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタと、ブルーカラーフィルタと、レッドカラーフィルタとを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ70はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。
A
カラーフィルタ70上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜80が形成されている。平坦化膜80上には、マイクロレンズ90が形成されている。
On the
上記の固体撮像装置では、入射光は、マイクロレンズ90により集光されて各カラーフィルタ70に到達する。所定の波長領域の光のみが各カラーフィルタを通過し、受光部5に入射する。受光部5に入射した光は、入射光量に応じた信号電荷に光電変換されて、信号電荷蓄積領域12に蓄積される。その後、転送チャネル14に読み出されて、垂直転送部7により垂直方向に転送される。
In the solid-state imaging device described above, incident light is collected by the
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図5〜図10を参照して説明する。図5〜図10は、固体撮像装置の製造における工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 10 are process cross-sectional views in manufacturing the solid-state imaging device.
図5(a)に示すように、n型のシリコンからなる基板10に、イオン注入法によりp型ウェル11を形成する。基板10としては、例えばn型CZ基板上に20〜40Ωcm程度の抵抗率のn型エピタキシャル層を数μm〜数十μm程度形成した基板を用いる。
As shown in FIG. 5A, a p-
次に、図5(b)に示すように、基板10にイオン注入法により、n型の転送チャネル14、p型ウェル15、p型の読み出しゲート領域16、p型のチャネルストップ領域17を形成する。これらのイオン注入の順序に限定はない。
Next, as shown in FIG. 5B, an n-
次に、図6(a)に示すように、イオン注入法により、基板10の受光部となる領域にn型の信号電荷蓄積領域12を形成する。互いに重なるように、信号電荷蓄積領域12とチャネルストップ領域17が形成される。
Next, as shown in FIG. 6A, an n-type signal
次に、図6(b)に示すように、熱酸化法により基板10上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜30を形成する。なお、ゲート絶縁膜30として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の積層膜を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a
続いて、基板10上にゲート絶縁膜30を介して転送電極20を形成する。例えば基板10上にポリシリコン層を堆積し、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、第1転送電極21を形成する。続いて、酸化シリコンからなる絶縁膜を形成した後に、ポリシリコン層を堆積し、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、第2転送電極22を形成する。これにより、2層構造の転送電極20が形成される。ポリシリコン層の膜厚は、200nm〜500nmである。
Subsequently, the
次に、図7(a)に示すように、転送電極20をマスクとしてp型不純物をイオン注入して、信号電荷蓄積領域12の表層部にp+の第1領域13aを形成する。この第1領域13aは、転送電極20に対してセルフアラインで形成される。また、第1領域13aは、受光部5の全面に形成される。イオン注入のドーズ量は、例えば5×1012atoms/cm2である。
Next, as shown in FIG. 7A, p-type impurities are ion-implanted using the
次に、図7(b)に示すように、レジスト塗布およびリソグラフィ技術により、レジストマスクRを形成する。そして、レジストマスクRを用いたイオン注入により、受光部5の中央部のみに第2領域13bを形成する。イオン注入のドーズ量は、例えば1×1013atoms/cm2である。その後、レジストマスクRを除去する。これにより、第1領域13aおよび第2領域13bからなる正孔蓄積領域13が形成される。なお、第1領域13aよりも第2領域13bを先に形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 7B, a resist mask R is formed by resist application and lithography. Then, the
次に、図8(a)に示すように、全面に絶縁膜31を形成する。例えばCVD法により酸化シリコン膜を堆積する。10数Vの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜32の膜厚は100nm前後に設定する。
Next, as shown in FIG. 8A, an insulating
次に、図8(b)に示すように、絶縁膜31上に、受光部5の位置に開口部50aをもつ遮光膜50を形成する。遮光膜50の形成では、例えば全面にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いて高融点金属膜をドライエッチングする。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次に、図9(a)に示すように、基板10上に、例えばBPSGを堆積させて、リフロー処理を行うことにより層間絶縁膜61を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 9A, for example, BPSG is deposited on the
次に、図9(b)に示すように、層間絶縁膜61上にプラズマCVD法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化することによりパッシベーション膜62を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a silicon nitride film is deposited on the
次に、図10(a)に示すように、パッシベーション膜62上にカラーフィルタ70を形成する。カラーフィルタ70は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えばパッシベーション膜62上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタのパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタおよびレッドカラーフィルタを形成する。なお、カラーフィルタ70の形成順序に限定はない。
Next, as shown in FIG. 10A, a
次に、図10(b)に示すように、カラーフィルタ70の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ70上に透明な平坦化膜80を形成する。平坦化膜80としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。
Next, as shown in FIG. 10B, a
次に、平坦化膜80上にマイクロレンズ90を形成する(図3参照)。例えばレンズ材料を塗布した後に、レンズ形状のレジストマスクを形成し、レジストマスクとレンズ材料のエッチング選択比が1となるような条件でエッチングすることにより、マイクロレンズ90が形成される。
Next, a
上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。 The solid-state imaging device is used for a camera such as a video camera, a digital still camera, or an electronic endoscope camera, for example.
図11は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。 FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a camera in which the above-described solid-state imaging device is used.
カメラ100は、上記した固体撮像装置1と、光学系102と、駆動回路103と、信号処理回路104とを有する。
The
光学系102は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置1の各受光部5において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部5の信号電荷蓄積領域12において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。
The
駆動回路103は、上述した4相の転送パルスφV1,φV2,φV3,φV4および2相の転送パルスφH1,φH2などの各種のタイミング信号を固体撮像装置1に与える。これにより、固体撮像装置1の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置1の出力部4からアナログ画像信号が出力される。
The
信号処理回路104は、固体撮像装置1から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去や、ディジタル信号への変換等の各種の信号処理を行う。信号処理回路104による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。
The
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について、説明する。 Next, effects of the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof and the camera according to the above-described embodiment will be described.
本実施形態では、正孔蓄積領域13は、受光部5の略全面に形成される第1領域13aと、受光部5の中央部にのみストライプ状に形成され、第1領域13aよりもp型不純物濃度が高い第2領域13bとを有する。
In the present embodiment, the
本実施形態では、第1領域13aは第2領域13bに比べて低濃度のため、読み出しゲート領域16のp型不純物濃度が上昇することを抑制することができる。この結果、読み出しゲート領域16の電位障壁が高くなることが抑制され、読み出し電圧の上昇を抑制することができる。
In the present embodiment, since the
同様の理由で、受光部5と転送チャネル14との間のチャネルストップ領域17のp型不純物濃度が高くなることを抑制することができる。この結果、チャネルストップ領域17において強電界の発生が抑制され。白キズの発生を抑制することができる。また、チャネルストップ領域17のp型不純物濃度の上昇を抑制できるため、転送チャネル14の電位変動を抑制することができ、垂直転送特性を維持することができる。
For the same reason, an increase in the p-type impurity concentration of the
また、第1領域13aに比べて高濃度の第2領域13bが受光部5の中央部に形成されている。この第2領域13bは、列方向に隣接するチャネルストップ領域17に接続されており、所定の電位に固定されている。受光部5の正孔蓄積領域13と信号電荷蓄積領域12の濃度差によって誘発される暗電流は、主に受光部5の最深ポテンシャル位置(最大ポテンシャル位置)とセンサ表面p+との位置関係により決まると考えられる。従って、受光部5の中央に高濃度の第2領域13bを配置することにより、受光部5の全面に高濃度p+領域が配置されていなくても、暗電流の抑制効果を十分に有する。
In addition, a
以上のようにして、撮像特性の向上および安定化を図った固体撮像装置を実現することができる。本実施形態に係る固体撮像装置を備えたカメラによれば、撮像特性の向上および安定化を図ったカメラを実現することができる。 As described above, it is possible to realize a solid-state imaging device with improved imaging characteristics and stabilization. According to the camera including the solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to realize a camera that improves and stabilizes imaging characteristics.
(第2実施形態)
図12は、第2実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図12は、図2のA−A’線における断面図に相当する。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the second embodiment. 12 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
本実施形態では、正孔蓄積領域13の第2領域13bは、第1領域13aよりも深く形成されている。本実施形態に係る固体撮像装置は、第2領域13bのイオン注入工程において、第1実施形態よりも第2領域13bを深く形成すればよい。
In the present embodiment, the
本実施形態に係る固体撮像装置の効果について説明する。図13は、画素のポテンシャル図である。 The effect of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described. FIG. 13 is a potential diagram of a pixel.
図13に示すように、電位分布Aで示す固体撮像装置における受光部5(信号電荷蓄積領域12)の蓄積電荷量を増やすためには、信号電荷蓄積領域12のn型不純物濃度を高く設計することが考えられる。この場合の電位分布はBで示される。電位分布Bの場合には、蓄積電荷量が増えるが、中央部において信号電荷蓄積領域12の電位井戸が深くなる。この結果、信号電荷蓄積領域12の全ての信号電荷を読み出すのに必要な読み出し電圧が上昇する。
As shown in FIG. 13, in order to increase the accumulated charge amount of the light receiving unit 5 (signal charge accumulation region 12) in the solid-state imaging device indicated by the potential distribution A, the n-type impurity concentration of the signal
これを防止するために、第1領域13aよりも深い第2領域13bを形成することにより、第2領域13bの影響により、信号電荷蓄積領域12の中央部における電位を下げる(電位井戸を浅くする)ことができる。この結果、電位分布Cが得られ、信号電荷蓄積領域12と読み出しゲート領域16との間のpn接合が急峻となり、読み出し電圧の上昇を抑制することができる。
In order to prevent this, by forming the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、転送電極20の構造には特に限定はない。このため、単層構造の転送電極であっても、2層あるいは3層構造の転送電極であってもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
The present invention can be applied to a solid-state imaging device of a frame transfer system or a frame interline transfer system in addition to the interline transfer system. The structure of the
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…固体撮像装置、2…撮像部、3…水平転送部、4…出力部、4a…トランジスタ、4b…アンプ、4c…出力端子、5…受光部、6…読み出しゲート部、7…垂直転送部、10…基板、11…p型ウェル、12…信号電荷蓄積領域、13…正孔蓄積領域、13a…第1領域、13b…第2領域、14…転送チャネル、15…p型ウェル、16…読み出しゲート領域、17…チャネルストップ領域、20…転送電極、21…第1転送電極、22…第2転送電極、30…ゲート絶縁膜、31…絶縁膜、50…遮光膜、50a…開口部、61…層間絶縁膜、62…パッシベーション膜、70…カラーフィルタ、80…平坦化膜、90…マイクロレンズ、100…カメラ、102…光学系、103…駆動回路、104…信号処理回路、FD…フローティングディフュージョン、RG…リセットゲート、RD…リセットドレイン
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記受光部の列の間において前記基板に形成された第1導電型の転送チャネルと、
前記受光部の周囲に配置され、かつ、前記転送チャネルを被覆する転送電極と
を有し、
前記受光部は、
前記基板に形成された第1導電型領域と、
前記基板の表面に形成された第2導電型領域とを有し、
前記第2導電型領域は、
前記受光部の全面に形成された第1領域と、
両側の前記転送電極に対して行方向に離れて形成され、前記第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃い第2領域と
を有する固体撮像装置。 A plurality of light receiving portions formed in a matrix on the substrate;
A transfer channel of a first conductivity type formed in the substrate between the rows of the light receiving portions;
A transfer electrode disposed around the light receiving portion and covering the transfer channel;
The light receiving unit is
A first conductivity type region formed on the substrate;
A second conductivity type region formed on the surface of the substrate;
The second conductivity type region is
A first region formed on the entire surface of the light receiving unit;
A solid-state imaging device comprising: a second region formed away from the transfer electrodes on both sides in a row direction and having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the first region.
前記第2領域は、前記列方向に隣接する前記チャネルストップ領域に接続されている
請求項1記載の固体撮像装置。 A second conductivity type channel stop region is provided in a region around the light receiving portion, except between the light receiving portion and the transfer channel on the reading side,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second region is connected to the channel stop region adjacent in the column direction.
請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the channel stop region protrudes from the transfer electrode.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second region is deeper than the first region.
前記基板の受光部となる領域に第1導電型領域を形成する工程と、
前記転送チャネル上であって前記受光部を除く領域に、転送電極を形成する工程と、
前記基板の受光部となる領域に第2導電型領域を形成する工程と
を有し、
前記第2導電型領域を形成する工程は、
前記転送電極をマスクとして第2導電型不純物をイオン注入して、前記受光部の全面に第1領域を形成する工程と、
前記イオン注入マスクを用いて前記第2導電型不純物をイオン注入して、前記第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃く、行方向に隣接する前記転送電極に対して離れた第2領域を形成する工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。 Forming a first conductivity type transfer channel on a substrate;
Forming a first conductivity type region in a region to be a light receiving portion of the substrate;
Forming a transfer electrode on the transfer channel in a region excluding the light receiving portion;
Forming a second conductivity type region in a region to be a light receiving portion of the substrate,
The step of forming the second conductivity type region includes:
Ion-implanting a second conductivity type impurity using the transfer electrode as a mask to form a first region over the entire surface of the light receiving unit;
The second conductivity type impurity is ion-implanted using the ion implantation mask, and the second conductivity type impurity concentration is higher than that of the first region, and the second conductivity type impurity is separated from the transfer electrode adjacent in the row direction. A method of manufacturing a solid-state imaging device.
前記第2領域を形成する工程において、前記列方向に隣接する前記チャネルストップ領域に重なる前記第2領域を形成する
請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。 Before the step of forming the transfer electrode, a step of forming a second conductivity type channel stop region around the light receiving portion and excluding the space between the light receiving portion and the transfer channel on the readout side Further comprising
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein in the step of forming the second region, the second region is formed so as to overlap the channel stop region adjacent in the column direction.
請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein in the step of forming the transfer electrode, the transfer electrode is formed so that the channel stop region protrudes from the transfer electrode.
請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein in the step of forming the second region, a second region deeper than the first region is formed.
前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
基板に行列状に形成された複数の受光部と、
前記受光部の列の間において前記基板に形成された第1導電型の転送チャネルと、
前記受光部の周囲に配置され、かつ、前記転送チャネルを被覆する転送電極と
を有し、
前記受光部は、
前記基板に形成された第1導電型領域と、
前記基板の表面に形成された第2導電型領域とを有し、
前記第2導電型領域は、
前記受光部の全面に形成された第1領域と、
両側の前記転送電極に対して行方向に離れて形成され、前記第1領域よりも第2導電型の不純物濃度が濃い第2領域と
を有するカメラ。 A solid-state imaging device;
An optical system for imaging light on the imaging surface of the solid-state imaging device;
A signal processing circuit that performs predetermined signal processing on an output signal from the solid-state imaging device;
The solid-state imaging device
A plurality of light receiving portions formed in a matrix on the substrate;
A transfer channel of a first conductivity type formed in the substrate between the rows of the light receiving portions;
A transfer electrode disposed around the light receiving portion and covering the transfer channel;
The light receiving unit is
A first conductivity type region formed on the substrate;
A second conductivity type region formed on the surface of the substrate;
The second conductivity type region is
A first region formed on the entire surface of the light receiving unit;
And a second region that is formed in a row direction away from the transfer electrodes on both sides and has a second conductivity type impurity concentration higher than that of the first region.
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