JP2017055050A - Solid state image sensor and manufacturing method of solid state image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device.
従来、半導体層内に入射した光を信号電荷に光電変換して蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換素子と、半導体層の表層に設けられるフローティングディフュージョンとを備える固体撮像装置がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a solid-state imaging device that includes a photoelectric conversion element having a charge accumulation region that photoelectrically converts light incident on a semiconductor layer into signal charge and accumulates, and a floating diffusion provided on a surface layer of the semiconductor layer.
かかる固体撮像装置は、フローティングディフュージョンに隣接する位置に、半導体層の表面から電荷蓄積領域の内部まで達するトレンチゲートを備え、トレンチゲートに電圧を印加して、電荷蓄積領域からフローティングディフュージョンへ信号電荷を転送する。 Such a solid-state imaging device includes a trench gate that extends from the surface of the semiconductor layer to the inside of the charge storage region at a position adjacent to the floating diffusion, and applies a voltage to the trench gate to transfer signal charges from the charge storage region to the floating diffusion. Forward.
一つの実施形態は、電荷蓄積領域からフローティングディフュージョンまでの信号電荷の転送特性を向上させることができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of one embodiment is to provide a solid-state imaging device and a method of manufacturing the solid-state imaging device that can improve the transfer characteristics of signal charges from a charge accumulation region to a floating diffusion.
一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、電荷蓄積領域と、フローティングディフュージョンと、柱状のトレンチゲートとを備える。電荷蓄積領域は、半導体層に設けられ、入射した光により光電変換された信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンは、前記半導体層の表層に設けられる。柱状のトレンチゲートは、前記フローティングディフュージョンに隣設され、前記半導体層の表面から前記電荷蓄積領域まで達し、前記フローティングディフュージョンに面する側面の幅および当該側面と対向する側面の幅が、他の側面の幅よりも大きい。 According to one embodiment, a solid-state imaging device is provided. The solid-state imaging device includes a charge accumulation region, a floating diffusion, and a columnar trench gate. The charge accumulation region is provided in the semiconductor layer and accumulates signal charges photoelectrically converted by incident light. The floating diffusion is provided on the surface layer of the semiconductor layer. A columnar trench gate is provided adjacent to the floating diffusion, reaches from the surface of the semiconductor layer to the charge storage region, and the width of the side surface facing the floating diffusion and the width of the side surface facing the side surface are the other side surfaces. Greater than the width of
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法について詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
図1は、実施形態に係る固体撮像装置14を備えるデジタルカメラ1の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、デジタルカメラ1は、カメラモジュール11と後段処理部12とを備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera 1 including a solid-
カメラモジュール11は、撮像光学系13と固体撮像装置14とを備える。撮像光学系13は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置14は、撮像光学系13によって結像される被写体像を撮像し、撮像によって得られた画像信号を後段処理部12へ出力する。かかるカメラモジュール11は、デジタルカメラ1以外に、例えば、カメラ付き携帯端末などの電子機器に適用される。
The
後段処理部12は、ISP(Image Signal Processor)15、記憶部16および表示部17を備える。ISP15は、固体撮像装置14から入力される画像信号の信号処理を行う。かかるISP15は、例えば、ノイズ除去処理、欠陥画素補正処理、解像度変換処理などの高画質化処理を行う。
The
そして、ISP15は、信号処理後の画像信号を記憶部16、表示部17およびカメラモジュール11内の固体撮像装置14が備える後述の信号処理回路21(図2参照)へ出力する。ISP15からカメラモジュール11へフィードバックされる画像信号は、固体撮像装置14の調整や制御に用いられる。
Then, the
記憶部16は、ISP15から入力される画像信号を画像として記憶する。また、記憶部16は、記憶した画像の画像信号をユーザの操作などに応じて表示部17へ出力する。表示部17は、ISP15あるいは記憶部16から入力される画像信号に応じて画像を表示する。かかる表示部17は、例えば、液晶ディスプレイなどである。
The
次に、図2を参照してカメラモジュール11が備える固体撮像装置14について説明する。図2は、実施形態に係る固体撮像装置14の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、固体撮像装置14は、イメージセンサ20と、信号処理回路21とを備える。
Next, the solid-
ここでは、イメージセンサ20が、入射光を光電変換する画素における入射光が入射する側の面とは逆側に配線層が形成される所謂裏面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである場合について説明する。なお、実施形態に係るイメージセンサ20は、裏面照射型CMOSイメージセンサに限定するものではなく、表面照射型CMOSイメージセンサであってもよい。
Here, the
イメージセンサ20は、周辺回路22と、画素アレイ23とを備える。また、周辺回路22は、垂直シフトレジスタ24、タイミング制御部25、CDS(相関二重サンプリング)26、ADC(アナログデジタル変換部)27、およびラインメモリ28を備え、これらは主にアナログ回路で構成される。
The
画素アレイ23は、イメージセンサ20の撮像領域に設けられる。かかる画素アレイ23には、撮像画像の各画素に対応する複数の光電変換素子が、水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)へ2次元アレイ状(マトリックス状)に配置されている。
The pixel array 23 is provided in the imaging region of the
そして、画素アレイ23は、各画素の光電変換素子が入射光量に応じた信号電荷(例えば、電子)を発生させて、各画素内の電荷蓄積領域に蓄積する。また、各画素は、電荷蓄積領域が設けられる半導体層の表層に設けられるフローティングディフュージョン(以下、「FD」と記載する)と、FDに隣設されて電荷蓄積領域の内部まで達するトレンチゲートとを備える。 In the pixel array 23, the photoelectric conversion element of each pixel generates a signal charge (for example, electrons) corresponding to the amount of incident light, and accumulates it in a charge accumulation region in each pixel. Each pixel includes a floating diffusion (hereinafter referred to as “FD”) provided in the surface layer of the semiconductor layer in which the charge storage region is provided, and a trench gate that is adjacent to the FD and reaches the inside of the charge storage region. Prepare.
そして、各画素は、トレンチゲートに電圧が印加される場合に、電荷蓄積領域からFDへ信号電荷を転送し、FDに転送された信号電荷の電荷量に応じた電圧の信号を、撮像画像における各画素の輝度を示す画素信号として出力する。 When a voltage is applied to the trench gate, each pixel transfers a signal charge from the charge storage region to the FD, and a voltage signal corresponding to the amount of the signal charge transferred to the FD is displayed in the captured image. The pixel signal indicating the luminance of each pixel is output.
本実施形態に係る固体撮像装置では、各画素に設けられるトレンチゲートの形状を改良することによって、電荷蓄積領域からFDまでの信号電荷の転送特性を向上させた。かかる各画素の構成については、後に図3〜図5を参照して詳述する。 In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the signal charge transfer characteristic from the charge accumulation region to the FD is improved by improving the shape of the trench gate provided in each pixel. The configuration of each pixel will be described in detail later with reference to FIGS.
タイミング制御部25は、垂直シフトレジスタ24、CDS26、ADC27およびラインメモリ28に対して動作タイミングの基準となるパルス信号を出力する処理部である。垂直シフトレジスタ24は、アレイ(行列)状に2次元配列された複数の画素の中から信号電荷を読み出す画素を行単位で順次選択するための選択信号を画素アレイ23へ出力する処理部である。
The
画素アレイ23は、垂直シフトレジスタ24から入力される選択信号によって行単位で選択される各画素からCDS26へ、各画素に蓄積された信号電荷に応じた画素信号を出力する。
The pixel array 23 outputs a pixel signal corresponding to the signal charge accumulated in each pixel from each pixel selected in units of rows by the selection signal input from the vertical shift register 24 to the
CDS26は、画素アレイ23から入力される画素信号から、相関二重サンプリングによってノイズを除去してADC27へ出力する処理部である。ADC27は、CDS26から入力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号へ変換してラインメモリ28へ出力する処理部である。ラインメモリ28は、ADC27から入力される画素信号を一時的に保持し、画素アレイ23における画素の行毎に信号処理回路21へ出力する処理部である。
The
信号処理回路21は、ラインメモリ28から入力される画素信号に対して所定の信号処理を行って後段処理部12へ出力する処理部であり、主にデジタル回路で構成される。信号処理回路21は、画素信号に対して、例えば、レンズシェーディング補正、傷補正、ノイズ低減処理などの信号処理を行う。
The signal processing circuit 21 is a processing unit that performs predetermined signal processing on the pixel signal input from the
このように、イメージセンサ20では、画素アレイ23に配置される複数の画素が入射光を受光量に応じた量の信号電荷へ光電変換して蓄積し、周辺回路22が各画素に蓄積された信号電荷に応じた画素信号を読み出すことによって撮像を行う。
As described above, in the
次に、図3を参照して、実施形態に係るトレンチゲート32の各画素における配置および形状について説明する。図3は、実施形態に係るトレンチゲート32の説明図である。なお、図3には、1画素内に設けられる電荷蓄積領域31、トレンチゲート32、およびFD33を選択的に示している。電荷蓄積領域31、トレンチゲート32、およびFD33以外の構成要素を含め、1画素の詳細な構成については、図4および図5を参照して後述する。
Next, the arrangement and shape of each pixel of the
また、図3では、便宜上、電荷蓄積領域31、トレンチゲート32、およびFD33の各表面を平面とし、各表面と隣り合う面との角部を直角として記載しているが、実物の表面は、完全な平面ではなく、角部も完全な直角ではなく多少の丸みを帯びている。
In FIG. 3, for convenience, each surface of the
図3に示すように、各画素は、第1導電型(ここでは、P型とする)の半導体層の内部に、第2導電型(ここでは、N型とする)の電荷蓄積領域31を備え、P型の半導体層の表層に第2導電型(ここでは、N型とする)のFD33を備える。また、各画素は、P型の半導体層の表層におけるFD33と隣り合う位置から電荷蓄積領域31の内部まで達するトレンチゲート32を備える。
As shown in FIG. 3, each pixel includes a
N型の電荷蓄積領域31は、P型の半導体層とのPN接合によって光電変換素子となるフォトダイオードを形成し、受光面(ここでは、下面)側から入射する光を光量に応じた信号電荷に光電変換して蓄積する領域である。
The N-type
トレンチゲート32は、例えば、所定の電圧が印加される場合に、周面近傍に信号電荷の転送経路となるチャネルを形成することによって、電荷蓄積領域31からFD33へ信号電荷を転送するゲートである。FD33は、電荷蓄積領域31から転送される信号電荷を保持する領域である。各画素は、FD33に保持した信号電荷を増幅し、画素信号としてCDS26(図2参照)へ出力する。
The
ここで、一般的なトレンチゲートは、P型の半導体層の面方向の断面が略正方形または円形の柱形状である。かかる形状のトレンチゲートは、電圧が印加される場合、側周面全体の電位が均等になり、側周面内に電位勾配が付き難い。 Here, a general trench gate has a pillar shape in which a cross section in a plane direction of a P-type semiconductor layer is substantially square or circular. In the trench gate having such a shape, when a voltage is applied, the potential of the entire side peripheral surface becomes uniform, and a potential gradient is hardly formed in the side peripheral surface.
このため、かかる形状のトレンチゲートを備える画素では、トレンチゲートに電圧を印加しても、電荷蓄積領域とFDとの間に、信号電荷の転送経路であるチャネルが十分に形成されず、信号電荷の転送特性が劣化することがある。例えば、画素では、信号電荷の転送速度が低下したり、信号電荷がFDへ転送されずに電荷蓄積領域に残留したりすることがある。 For this reason, in a pixel including a trench gate having such a shape, even if a voltage is applied to the trench gate, a channel serving as a signal charge transfer path is not sufficiently formed between the charge accumulation region and the FD. Transfer characteristics may deteriorate. For example, in the pixel, the transfer rate of the signal charge may decrease, or the signal charge may remain in the charge accumulation region without being transferred to the FD.
そこで、実施形態に係るトレンチゲート32は、図3に示すように、FD33に面する側面41の幅d1と、この側面41に対向する側面42の幅d1とが、他の側面43,44の幅d2よりも大きい柱状とした。
Therefore, in the
なお、ここでの幅の方向は、例えば、トレンチゲート32が形成される半導体層の表面から電荷蓄積領域31へ向かうトレンチゲート32の延伸方向を法線方向とする平面の面方向と平行な方向である。
The direction of the width here is, for example, a direction parallel to the plane direction of the plane whose normal direction is the extending direction of the
これにより、トレンチゲート32は、所定の電圧が印加される場合に、FD33に面する側面41の電位と、この側面41に対向する側面42の電位とが、他の側面43,44の電位よりも高くなる。
Thereby, when a predetermined voltage is applied to the
つまり、トレンチゲート32は、4つの側面41,42,43,44のうち、面積が広い方の側面41,42の方が、面積の狭い側面43,44の方よりも電位が高くなる。これにより、トレンチゲート32は、FD33に面していない側面43,44側からFD33に面する側面41側へむけて電位勾配を形成することができる。
That is, of the four
したがって、トレンチゲート32によれば、図3に太線矢印で示すように、電荷蓄積領域31から、FD33に面していない側面43,44側、FD33に面する側面41側を経由してFD33へ至る転送特性の高い信号電荷の転送経路を形成することができる。
Therefore, according to the
このように、トレンチゲート32を備える画素は、上記した一般的な形状をしたトレンチゲートを備える画素よりも、電荷転送効率の高いチャネルを形成することができるので、電荷蓄積領域31からFD33までの信号電荷の転送特性を向上させることができる。
As described above, since the pixel including the
なお、トレンチゲート32は、側面41,42の幅d1と、側面43,44の幅d2との差が大きいほど、電圧が印加される場合に、側面41,42と側面43,44との電位差が大きくなるので、信号電荷の転送特性を向上させることができる。
In addition, as the difference between the width d1 of the side surfaces 41 and 42 and the width d2 of the side surfaces 43 and 44 increases, the
次に、かかる各画素の全体構成について、図4および図5を参照して説明する。図4は、実施形態に係る画素の模式的な断面を示す説明図である。また、図5は、図4におけるA−A´線による画素の模式的な断面を示す説明図である。 Next, the overall configuration of each pixel will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a schematic cross section of a pixel according to the embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic cross section of the pixel along the line AA ′ in FIG. 4.
図4に示すように、画素アレイ23に設けられる各画素は、光が入射する下側にマイクロレンズ51を備え、マイクロレンズ51上に、順次積層されるカラーフィルタ52、反射防止膜53、P型の半導体層54、多層配線層56、および支持基板59を備える。
As shown in FIG. 4, each pixel provided in the pixel array 23 includes a
マイクロレンズ51は、受光面となる下面から入射する光を集光する平凸レンズである。カラーフィルタ52は、例えば、赤色、緑色、および青色のうち、いずれか一色の光を選択的に透過させるフィルタである。
The
各画素には、赤色、緑色、および青色のうち、いずれか一色のカラーフィルタ52が設けられる。3色のカラーフィルタ52は、例えば、ベイヤ配列される。反射防止膜53は、例えば、窒化シリコンによって形成され、マイクロレンズ51およびカラーフィルタ52を介して入射する光の反射を防止する。
Each pixel is provided with a
P型の半導体層54は、例えば、ボロン等のP型の不純物がドープされたシリコンの層である。かかるP型の半導体層54は、内部にN型の電荷蓄積領域31を備え、表層にN型のFD33を備える。これら電荷蓄積領域31およびFD33は、例えば、リン等のN型の不純物がドープされたシリコンの領域である。
The P-
さらに、P型の半導体層54は、各画素を電気的に分離する画素分離領域55を備える。画素分離領域55は、例えば、P型の半導体層54の表裏を貫通するDTI(Deep Trench Isolation)であり、酸化シリコンによって形成される。
Further, the P-
なお、画素分離領域55は、DTIに限定されるものではなく、ボロン等のP型の不純物がP型の半導体層54よりも高濃度にドープされた半導体領域であってもよく、P型の不純物がドープされた半導体領域とDTIとを組み合わせたものであってもよい。かかる画素分離領域55は、例えば、図5に示すように、P型の半導体層54を画素毎に区画する井桁状に設けられる。
The
また、図4に示すように、各画素は、FD33に隣り合う位置に、P型の半導体層54上から電荷蓄積領域31の内部まで達するトレンチゲート32を備える。トレンチゲート32は、例えば、ポリシリコンによって形成される。トレンチゲート32とP型の半導体層54および電荷蓄積領域31との界面には、ゲート絶縁膜34が設けられる。ゲート絶縁膜34は、例えば、酸化シリコン膜である。
As shown in FIG. 4, each pixel includes a
多層配線層56は、層間絶縁膜57と、層間絶縁膜57の内部に設けられる多層配線58とを備える。層間絶縁膜57は、例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)膜である。多層配線58は、例えば、銅配線である。支持基板59は、例えば、シリコン基板であり、P型の半導体層54を薄化して画素の受光面を形成する場合に、支持される部分となる。
The
各画素は、マイクロレンズ51から入射する光を、P型の半導体層54とN型の電荷蓄積領域31との界面で受光量に応じた信号電荷に光電変換して電荷蓄積領域31に蓄積する。そして、各画素は、トレンチゲート32に所定の電圧が印加されると、図4に太線矢印で示す経路を介して、電荷蓄積領域31からFD33へ信号電荷を転送する。
Each pixel photoelectrically converts light incident from the
ここで、図5に示すように、トレンチゲート32の断面は、FD33と対向する側が長辺となり、FD33と対向しない側が短辺となる長方形状である。これにより、各画素では、トレンチゲート32に所定の電圧が印加されると、図5に示す断面視短辺側の側面から断面視長辺側の側面へ向けた電位勾配が形成される。
Here, as shown in FIG. 5, the cross section of the
したがって、各画素は、図5に太線矢印で示すように、断面視短辺側の両側面の外側からトレンチゲート32を巻き込んでFD33へ向かう信号電荷の転送経路が形成されやすくなるので、信号電荷の転送特性を向上させることができる。
Therefore, as shown by the thick arrows in FIG. 5, each pixel easily forms a signal charge transfer path from the outside of both side surfaces on the short side in cross section to the
次に、図6〜図8を参照して、実施形態に係る固体撮像装置14の製造方法について説明する。図6〜図8は、実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程を示す断面視による説明図である。
Next, with reference to FIGS. 6-8, the manufacturing method of the solid-
なお、実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程のなかで、各画素部分の製造工程以外は、一般的な固体撮像装置の製造工程と同様である。このため、ここでは、図4に示す一画素部分の製造工程について説明し、その他の工程については、その説明を省略する。また、以下の説明では、図4に示す構成要素と同一の構成要素については、図4に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
In addition, in the manufacturing process of the solid-
画素アレイ23を製造する場合には、まず、図6に(a)で示すように、ノンドープのシリコン層60上に、P型の半導体層54を形成する。ここでは、例えば、シリコン基板の表面からシリコン基板の内部へボロンをイオン注入してアニール処理を行うことによって、シリコン基板の表面から、後に画素を形成する所定の深さ位置まで達するP型の半導体層54を形成する。
When manufacturing the pixel array 23, first, as shown in FIG. 6A, a P-
続いて、P型の半導体層54における後に各画素を形成する領域を分離する位置に対して、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)を行うことによって、平面視格子状のトレンチ61を形成する。その後、図6に(b)で示すように、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって、トレンチ61内に酸化シリコンを堆積させて画素分離領域55を形成する。
Subsequently, for example, RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the P-
その後、図6に(c)で示すように、画素分離領域55によって分離されたP型の半導体層54の内部に、N型の電荷蓄積領域31を形成する。ここでは、P型の半導体層54の表面から内部へリンをイオン注入し、アニール処理を行うことにより、電荷蓄積領域31を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6C, the N-type
続いて、図7に(a)で示すように、P型の半導体層54におけるトレンチゲート32(図4および図5参照)の形成位置の表面に対して、例えば、RIEを行うことによって、P型の半導体層54の表面から電荷蓄積領域31の内部まで達する平面視長方形状の開口62を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, for example, by performing RIE on the surface of the P-
このとき、開口62の4つの内側面のうち、後に形成するFD33に面する側の内側面の幅と、この内側面に対向する側の内側面の幅とが、残る2つの内側面の幅よりも大きい開口62を形成する。
At this time, of the four inner surfaces of the
その後、図7に(b)で示すように、開口62の内周面と、P型の半導体層54、および画素分離領域55の上面とに、ゲート絶縁膜34を形成する。ここでは、例えば、熱酸化によってゲート絶縁膜34を形成する。なお、ゲート絶縁膜34の形成は、CVDによって行ってもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, the
続いて、図7に(c)で示すように、ゲート絶縁膜34上に、例えば、CVDによってポリシリコンを堆積させて開口62をポリシリコンによって埋めた後、不要な部分のポリシリコンおよびゲート絶縁膜34を除去して、トレンチゲート32を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7C, after polysilicon is deposited on the
その後、P型の半導体層54の表層で、トレンチゲート32の4側面のうち、幅が大きな方の側面と隣接する位置に、リンをイオン注入してアニール処理を行うことにより、N型のFD33を形成する。ここでは、トレンチゲート32の幅が広い方の2側面のうち、画素分離領域55に近い方の側面と隣接する位置(図5参照)にFD33を形成する。
Thereafter, phosphorus is ion-implanted into the surface layer of the P-
続いて、図8に(a)に示すように、P型の半導体層54上に多層配線層56を形成する。ここでは、例えば、層間絶縁膜57を形成し、層間絶縁膜57に多層配線58用の溝をパターニングし、溝の内部に銅を埋め込む一連の工程を繰り返すことによって、多層配線層56を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, a
その後、図8に(b)で示すように、多層配線層56上に、支持基板59を貼合する。そして、支持基板59を支持し、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によって、ノンドープのシリコン層60を裏面から研削および研磨することにより、P型の半導体層54および画素分離領域55の裏面を露出させて画素の受光面を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, a
続いて、図8に(c)で示すように、画素の受光面に反射防止膜53およびカラーフィルタ52を順次形成する。ここでは、画素の受光面(ここでは、下面)に、例えば、CVDによって窒化シリコンを堆積させることによって反射防止膜53を形成し、反射防止膜53の受光面に、赤色、緑色、青色のカラーレジストを順次成膜することにより、カラーフィルタ52を形成する。最後に、カラーフィルタ52の受光面にマイクロレンズ51を形成して、図4に示す画素が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8C, an
上述したように、実施形態に係る固体撮像装置の各画素は、半導体層の内部に入射光を光電変換して蓄積する電荷蓄積領域を備え、半導体層の表層にFDを備える。さらに、各画素は、FDに隣接する位置から電荷蓄積領域の内部まで達するトレンチゲートを備える。そして、トレンチゲートは、FDに面する側面の幅と、この側面に対向する側面の幅が、他の側面の幅よりも大きい。 As described above, each pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment includes a charge accumulation region that accumulates the incident light by photoelectric conversion inside the semiconductor layer, and includes an FD on the surface layer of the semiconductor layer. Further, each pixel includes a trench gate that extends from a position adjacent to the FD to the inside of the charge storage region. In the trench gate, the width of the side surface facing the FD and the width of the side surface facing this side surface are larger than the widths of the other side surfaces.
これにより、各画素は、トレンチゲートに電圧が印加される場合に、電荷蓄積領域から転送ゲートの側周面を経由してFDへ向かう信号電荷の転送経路ができやすくなる。したがって、各画素は、電荷蓄積領域からFDまでの信号電荷の転送速度を高めると共に、信号電荷の転送漏れを抑制することによって、信号電荷の転送効率を向上させることができる。 Thus, each pixel can easily form a signal charge transfer path from the charge accumulation region to the FD via the side peripheral surface of the transfer gate when a voltage is applied to the trench gate. Therefore, each pixel can improve the signal charge transfer efficiency by increasing the transfer rate of the signal charge from the charge storage region to the FD and suppressing the signal charge transfer leakage.
なお、実施形態に係るトレンチゲート32の形状は、上述した形状に限定されるものではない。以下、図9および図10を参照して、実施形態に係るトレンチゲートの変形例1、2について説明する。図9は、実施形態の変形例1に係るトレンチゲート32aの説明図であり、図10は、実施形態の変形例2に係るトレンチゲート32bの説明図である。
Note that the shape of the
なお、ここでは、図9および図10に示す構成要素のうち、図3に示す構成要素と同様の構成要素については、図3に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。 Here, among the components shown in FIGS. 9 and 10, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. To do.
図9に示すように、変形例1に係るトレンチゲート32aは、FD33に面する側面41aの幅と、この側面41aと対向する側面42aの幅とが、P型の半導体層54の深層へ向かうにつれて小さくなる。また、トレンチゲート32aは、FD33に対向しない2つの側面43a,44aも、P型の半導体層54の深層へ向かうにつれて幅が小さくなる。
As shown in FIG. 9, in the
これにより、トレンチゲート32aは、電圧が印加されると、P型の半導体層54における深層部側表面の電位が表層部側表面の電位よりも高くなる電位勾配ができ、側面の周りに電荷蓄積領域31からFD33へ向かう信号電荷の転送経路が形成されやすくなる。
As a result, when a voltage is applied to the
しかも、トレンチゲート32aは、図3に示すトレンチゲート32と同様に、FD33に面する側面41aの幅と、この側面41aと対向する側面42aの幅とが、他の側面43a,44aの幅より大きい。したがって、トレンチゲート32aによれば、信号電荷の転送特性をさらに向上させることができる。
Moreover, in the
なお、ここでは、トレンチゲート32aの4つの側面41a,42a,43a,44aが、P型の半導体層54の深層へ向かうにつれて小さくなる場合について説明したが、トレンチゲート32aの側面形状は、これに限定されるものではない。
Here, the case where the four
例えば、トレンチゲート32aは、FD33に対向する2つの側面41a,42a、またはFD33に対向しない2つの側面43a,44aが、P型の半導体層54の深層へ向かうにつれて小さくなる形状であってもよい。かかる形状によっても、トレンチゲート32aは、側面の周りに電荷蓄積領域31からFD33へ向かう信号電荷の転送経路が形成されやすくなるので、信号電荷の転送効率を向上させることができる。
For example, the
また、図10に示すように、変形例2に係るトレンチゲート32bは、P型の半導体層54における面方向の断面形状が楕円形である点が、変形例1のトレンチゲート32aとは異なる。かかるトレンチゲート32bは、FD33に面する側面41bの幅と、この側面41bと対向する側面42bの幅とが、他の側面43b,44bの幅より大きい。
As shown in FIG. 10, the
つまり、トレンチゲート32bは、側面のうち、比較的湾曲の緩い側の側面をFD33に面するように配置される。また、トレンチゲート32bは、P型の半導体層54の深層へ向かうにつれて先細りとなるテーパー形状である。
That is, the
これにより、トレンチゲート32bは、電圧が印加される場合、側面に変形例1と略同様の電位勾配ができるので、電荷蓄積領域31からFD33へ向かう電荷の転送経路が形成されやすくなり、信号電荷の転送特性を向上させることができる。
Thereby, when a voltage is applied to the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 デジタルカメラ、 11 カメラモジュール、 12 後段処理部、 13 撮像光学系、 14 固体撮像装置、 15 ISP、 16 記憶部、 17 表示部、 20 イメージセンサ、 21 信号処理回路、 22 周辺回路、 23 画素アレイ、 24 垂直シフトレジスタ、 25 タイミング制御部、 26 CDS、 27 ADC、 28 ラインメモリ、 32,32a,32b トレンチゲート、 34 ゲート絶縁膜、 51 マイクロレンズ、 52 カラーフィルタ、 53 反射防止膜、 54 P型の半導体層、 55 画素分離領域、 56 多層配線層、 57 層間絶縁膜、 58 多層配線、 59 支持基板、 60 シリコン層、 61 トレンチ、 62 開口。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital camera, 11 Camera module, 12 Subsequent processing part, 13 Imaging optical system, 14 Solid-state imaging device, 15 ISP, 16 Memory | storage part, 17 Display part, 20 Image sensor, 21 Signal processing circuit, 22 Peripheral circuit, 23 Pixel array 24 vertical shift register, 25 timing control unit, 26 CDS, 27 ADC, 28 line memory, 32, 32a, 32b trench gate, 34 gate insulating film, 51 microlens, 52 color filter, 53 antireflection film, 54 P type Semiconductor layer, 55 pixel isolation region, 56 multilayer wiring layer, 57 interlayer insulating film, 58 multilayer wiring, 59 support substrate, 60 silicon layer, 61 trench, 62 opening.
Claims (6)
前記半導体層の表層に設けられるフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに隣設され、前記半導体層の表面から前記電荷蓄積領域まで達し、前記フローティングディフュージョンに面する側面の幅および当該側面と対向する側面の幅が、他の側面の幅よりも大きい柱状のトレンチゲートと
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A charge storage region that is provided in the semiconductor layer and stores signal charges photoelectrically converted by incident light;
A floating diffusion provided in a surface layer of the semiconductor layer;
A columnar shape adjacent to the floating diffusion, reaching the charge storage region from the surface of the semiconductor layer, and having a width of a side surface facing the floating diffusion and a width of a side surface facing the side surface larger than the width of the other side surface A solid-state imaging device comprising: a trench gate.
前記フローティングディフュージョンに面する側面の面積および当該側面と対向する側面の面積が、他の側面の面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The trench gate is
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an area of a side surface facing the floating diffusion and an area of a side surface facing the side surface are larger than areas of other side surfaces.
前記半導体層の面方向の断面が略矩形状である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。 The trench gate is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a cross section of the semiconductor layer in a surface direction is substantially rectangular.
前記半導体層の面方向の断面が楕円状である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。 The trench gate is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a cross section of the semiconductor layer in a plane direction is elliptical.
前記フローティングディフュージョンに面する側面の幅および当該側面と対向する側面の幅が、前記半導体層の深層へ向かうにつれて小さくなる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の固体撮像装置。 The trench gate is
5. The solid-state imaging according to claim 1, wherein a width of a side surface facing the floating diffusion and a width of a side surface facing the side surface become smaller as going to a deep layer of the semiconductor layer. apparatus.
前記半導体層の表面から前記電荷蓄積領域まで達し、一方の側面の幅および当該側面と対向する側面の幅が、他の側面の幅よりも大きいトレンチを形成することと、
前記トレンチの内周面にゲート絶縁膜を形成することと、
前記ゲート絶縁膜が内周面に形成された前記トレンチを導電性部材によって埋めてトレンチゲートを形成することと、
前記半導体層の表層における前記トレンチゲートの前記一方の側面側に隣接する位置に、第2導電型のフローティングディフュージョンを形成することと
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming a second conductivity type charge storage region inside the first conductivity type semiconductor layer;
From the surface of the semiconductor layer to the charge storage region, forming a trench in which the width of one side surface and the width of the side surface facing the side surface are larger than the width of the other side surface;
Forming a gate insulating film on the inner peripheral surface of the trench;
Filling the trench formed with an inner peripheral surface of the gate insulating film with a conductive member to form a trench gate;
Forming a second-conductivity-type floating diffusion at a position adjacent to the one side surface of the trench gate in the surface layer of the semiconductor layer.
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