JP2011082569A - 固体撮像装置及びカメラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部101と、光電変換部101から電荷があふれ出る場合に当該電荷を蓄積する電荷保持部102と、を含む固体撮像装置において、電荷保持部102は、第1の誘電体膜(シリコン酸化膜)317と、第1の誘電体膜317上の第1の導電膜(ポリシリコン膜)318と、第1の導電膜318上の第2の誘電体膜(シリコン窒化膜)321と、第2の誘電体膜321上の第2の導電膜(ポリシリコン膜)323とを有し、第2の誘電体膜321は、光電変換部101の上部にまで延在している。
【選択図】図12
Description
また、本発明は、上述した固体撮像装置と、当該固体撮像装置からの信号を処理する信号処理部とを有するカメラを含む。
図1は、本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。
固体撮像装置は、図1に示す画素100が2次元配列されて構成されている。また、これらの画素100は、信号出力線401を介して画素信号生成部400に接続されている。以下、nチャネルMOS電界効果トランジスタを単にMOSトランジスタという。1つの画素100は、転送MOSトランジスタTx−MOS,Ty−MOS、リセットMOSトランジスタRES−MOS、ソースフォロアMOSトランジスタSF−MOS及びセレクトMOSトランジスタSEL−MOSを有する。
光電変換部101は、蓄積できる信号電荷量A1が決まっている。したがって、光電変換部101に強い光が照射されると、光電変換部101から電荷があふれ出て、光量t1で光電変換部101は飽和する。光電変換部101からあふれ出た電荷は、電荷保持部102に流入する。
ここで、図3には、図1で示した画素100と、光電変換部101に蓄積された電荷及び電荷保持部102に蓄積された電荷に応じて画素信号を生成する画素信号生成部400が示されている。具体的に、本実施形態では、画素信号生成部400は、以下に示す411〜413、421〜426及び容量CtsFD、CtsPD、Ctnを備えて構成されている。また、図4は、図3に示した固体撮像装置の等価回路図の動作例を示すタイミングチャートである。
まず、半導体基板110の画素100の形成領域にP-領域からなるPウエル層111を形成するとともに、半導体基板110の画素信号生成部400の形成領域にn-領域からなるNウエル層112を形成する。そして、電荷保持部102の形成領域、光電変換部101及び転送MOSトランジスタTx−MOSの形成領域、画素信号生成部400の形成領域を画定するための素子分離部形成領域にトレンチを形成する。そして、画素100の形成領域のトレンチの内壁面に不純物を導入し、P+層113を形成する。このp+層113は、チャネルストップ領域として機能する。
第1の実施形態における電荷保持部102において、シリコン酸化膜117は、下部電極であるn+層115と、第1の導電膜であるポリシリコン膜118との間で第1の誘電体膜として機能する。シリコン窒化膜124は、第1の導電膜であるポリシリコン膜118と、第2の導電膜であるポリシリコン膜125との間で第2の誘電体膜として機能する。また、各構成部の主な膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜117は15.5nm程度、シリコン窒化膜121は50.0nm程度、シリコン窒化膜124は10nm程度である。また、製造プロセスによっては、シリコン窒化膜121とシリコン窒化膜124との間にシリコン酸化膜が形成される場合もある。このシリコン酸化膜は、例えば、膜厚2.0nm程度である。なお、本実施形態では、電荷保持部102の上部電極を2層構造(ポリシリコン膜118及び125)で形成しているため、接続によって容量を増加させることが可能である。
図8及び図9は、本発明の第2の実施形態における固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。ここで、図8及び図9には、図1に示したI−Iにおける断面図示す。また、図8及び図9において、画素信号生成部400の形成領域に形成されるpチャネルMOS電界効果トランジスタ(PMOSトランジスタ)は、例えば、図3に示す421〜426を構成するものに対応する。
まず、半導体基板210の画素100の形成領域にP-領域からなるPウエル層211を形成するとともに、半導体基板210の画素信号生成部400の形成領域にn-領域からなるNウエル層212を形成する。そして、電荷保持部102の形成領域、光電変換部101及び転送MOSトランジスタTx−MOSの形成領域、画素信号生成部400の形成領域を画定するための素子分離部形成領域にトレンチを形成する。そして、画素100の形成領域のトレンチの内壁面に不純物を導入し、P+層213を形成する。このp+層213は、チャネルストップ領域として機能する。
第2の実施形態における電荷保持部102において、シリコン酸化膜217及びシリコン窒化膜218は、下部電極であるn+層215と、第1の導電膜であるポリシリコン膜219との間で第1の誘電体膜として機能する。シリコン窒化膜220は、第1の導電膜であるポリシリコン膜219と、第2の導電膜であるポリシリコン膜222との間で第2の誘電体膜として機能する。また、各構成部の主な膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜217は2.0nm程度、シリコン窒化膜218は10.0nm程度、シリコン窒化膜220は10.0nm程度である。なお、本実施形態では、電荷保持部102の上部電極を2層構造(ポリシリコン膜219及び222)で形成しているため、接続によって容量を増加させることが可能である。
図11及び図12は、本発明の第2の実施形態における固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。ここで、図11及び図12には、図1に示したI−Iにおける断面図示す。また、図11及び図12において、画素信号生成部400の形成領域に形成されるpチャネルMOS電界効果トランジスタ(PMOSトランジスタ)は、例えば、図3に示す421〜426を構成するものに対応する。
まず、半導体基板310の画素100の形成領域にP-領域からなるPウエル層311を形成するとともに、半導体基板310の画素信号生成部400の形成領域にn-領域からなるNウエル層312を形成する。そして、電荷保持部102の形成領域、光電変換部101及び転送MOSトランジスタTx−MOSの形成領域、画素信号生成部400の形成領域を画定するための素子分離部形成領域にトレンチを形成する。そして、画素100の形成領域のトレンチの内壁面に不純物を導入し、P+層313を形成する。このp+層313は、チャネルストップ領域として機能する。
第3の実施形態における電荷保持部102において、シリコン酸化膜317は、下部電極であるn+層315と、第1の導電膜であるポリシリコン膜318との間で第1の誘電体膜として機能する。シリコン窒化膜321は、第1の導電膜であるポリシリコン膜318と、第2の導電膜であるポリシリコン膜323との間で第2の誘電体膜として機能する。また、各構成部の主な膜厚としては、例えば、シリコン酸化膜317は15.5nm程度、シリコン窒化膜321は40.0nm程度である。なお、本実施形態では、電荷保持部102の上部電極を2層構造(ポリシリコン膜315及び321)で形成しているため、接続によって容量を増加させることが可能である。
図14は、本発明の第4の実施形態によるスチルビデオカメラの構成例を示すブロック図である。図14に基づいて、第1及び第2の実施形態の固体撮像装置をスチルビデオカメラに適用した場合の一例について詳述する。ここで、第1及び第2の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像素子54及び撮像信号処理回路55に対応する。
バリア51がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA/D変換部56などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部59は絞り53を開放にし、固体撮像素子54から出力された信号は撮像信号処理回路55を介してA/D変換部56で変換された後、信号処理部57に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部59で行う。この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部59は絞り53を制御する。
図15は、本発明の第5の実施形態によるビデオカメラの構成例を示すブロック図である。図15に基づいて、第1及び第2の実施形態の固体撮像装置をビデオカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。ここで、第1及び第2の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像素子3に対応する。
Claims (9)
- 光電変換により電荷を生成して蓄積する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷があふれ出る場合に前記電荷を蓄積する電荷保持部と、
を含む固体撮像装置において、
前記電荷保持部は、第1の誘電体膜と、前記第1の誘電体膜上の第1の導電膜と、前記第1の導電膜上の第2の誘電体膜と、前記第2の誘電体膜上の第2の導電膜とを有し、
前記第2の誘電体膜は、前記光電変換部の上部にまで延在していることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第2の誘電体膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 当該固体撮像装置は、MOSトランジスタを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の誘電体膜は、前記MOSトランジスタのゲート絶縁膜と同一の膜からなることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記MOSトランジスタは、サイドウォールを有し、
前記第2の誘電体膜は、前記サイドウォールと同一の膜からなることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記サイドウォールは、更にシリコン酸化膜を含むことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
- 前記MOSトランジスタは、前記光電変換部の電荷を転送するための転送MOSトランジスタであることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記MOSトランジスタは、前記光電変換部からの信号を処理するためのMOSトランジスタであることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とするカメラ。
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