JP2017076672A - Solid state imaging apparatus and method for manufacturing solid state imaging apparatus - 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、固体撮像装置は、撮像画素(以下、単に、「画素」と記載する)毎に入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する光電変換素子と、光電変換された信号電荷を処理する画素トランジスタとを備える。また、近年の固体撮像装置は、複数の光電変換素子が画素トランジスタを共有することで、多画素化を可能としている。 Conventionally, a solid-state imaging device includes a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light into a signal charge for each imaging pixel (hereinafter simply referred to as “pixel”), and a pixel that processes the photoelectrically converted signal charge. A transistor. In recent solid-state imaging devices, a plurality of photoelectric conversion elements share a pixel transistor, so that the number of pixels can be increased.
かかる固体撮像装置は、一般に、2次元に配列される複数の単位画素セルを備える。各単位画素セルは、それぞれ複数個の画素を備え、各画素に設けられる光電変換素子が、いずれか一つの画素に設けられる画素トランジスタを共有することによって、多画素化を可能としている。 Such a solid-state imaging device generally includes a plurality of unit pixel cells arranged two-dimensionally. Each unit pixel cell includes a plurality of pixels, and a photoelectric conversion element provided in each pixel shares a pixel transistor provided in any one of the pixels, thereby increasing the number of pixels.
このように、単位画素セルは、画素トランジスタが設けられる画素と、画素トランジスタが設けられない画素とを備える。そして、画素トランジスタが設けられる画素と、画素トランジスタが設けられない画素とは、レイアウトが異なり、これに起因して検出される暗電流が異なる。 As described above, the unit pixel cell includes a pixel provided with a pixel transistor and a pixel provided with no pixel transistor. A pixel provided with a pixel transistor and a pixel provided with no pixel transistor have different layouts and different dark currents are detected due to this.
一般的には、画素トランジスタが設けられない画素は、画素トランジスタが設けられる画素よりも多くの暗電流が検出される傾向があり、撮像画像の画質を劣化させる原因となる。 In general, a pixel in which no pixel transistor is provided tends to detect more dark current than a pixel in which a pixel transistor is provided, which causes deterioration in image quality of a captured image.
一つの実施形態は、撮像画像の画質の劣化を抑制す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 for manufacturing the solid-state imaging device that can suppress deterioration in image quality of a captured image.
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、2次元に配列される単位画素セル内に調整領域を備える。調整領域は、単位画素セル内の複数の画素のうち、画素トランジスタが設けられる画素、または、画素トランジスタが設けられる画素以外の画素に設けられる。また、調整領域は、不純物がドープされて画素内に生じる電子の数を調整する。 According to one embodiment, a solid-state imaging device is provided. The solid-state imaging device includes an adjustment region in unit pixel cells that are two-dimensionally arranged. The adjustment region is provided in a pixel other than the pixel provided with the pixel transistor or the pixel provided with the pixel transistor among the plurality of pixels in the unit pixel cell. The adjustment region adjusts the number of electrons generated in the pixel by being doped with impurities.
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、これら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. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、第1の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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a
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 camera module 11 includes an imaging
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 post-processing unit 12 includes an ISP (Image Signal Processor) 15, a
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、第1の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は、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に配線層が形成される所謂表面照射型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、表面照射型CMOSイメージセンサに限定するものではなく、裏面照射型CMOSイメージセンサであってもよい。
Here, the case where 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は、画素毎に光電変換素子を含む2画素を1セットとする単位画素セルが水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)へ2次元アレイ状(マトリクス状)に配列されている。
The
そして、単位画素セルは、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、単位画素セルは、光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力するなどの処理を行う画素トランジスタを備える。画素トランジスタは、単位画素セル内の2画素のいずれか一方に設けられ、2つの光電変換素子によって共有される。 In the unit pixel cell, 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 the charge accumulation region in each pixel. The unit pixel cell includes a pixel transistor that performs processing such as outputting signal charges accumulated in the photoelectric conversion element. The pixel transistor is provided in one of the two pixels in the unit pixel cell and is shared by the two photoelectric conversion elements.
そして、第1の実施形態に係る単位画素セルは、調整領域をさらに備える。調整領域は、入射光とは無関係に画素内に生じる電子の数(以下、単に電子と記載する場合がある)を調整することで、電子に起因する暗電流を画素間で略均等にする。 The unit pixel cell according to the first embodiment further includes an adjustment region. The adjustment region adjusts the number of electrons generated in the pixels regardless of the incident light (hereinafter sometimes simply referred to as electrons), thereby making the dark current caused by the electrons substantially equal among the pixels.
これにより、固体撮像装置14は、画素間で検出される暗電流差を低減することができ、暗電流差に起因する撮像画像の輝度ムラや白傷などの画質の劣化を抑制することができる。なお、かかる調整領域については、図3以降を参照して後述する。
Thereby, the solid-
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光電変換素子に蓄積された信号電荷を、各画素の輝度を示す画素信号として光電変換素子からCDS26へ出力する。
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、第1の実施形態に係る単位画素セル内のレイアウトについて説明する。図3は、第1の実施形態に係る単位画素セルC内のレイアウトを示す説明図である。なお、図3は、単位画素セルC内に配置される各構成要素を模式的に示している。 Next, a layout in the unit pixel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a layout in the unit pixel cell C according to the first embodiment. FIG. 3 schematically shows each component arranged in the unit pixel cell C.
図3に示すように、単位画素セルCは、第1画素PC1および第2画素PC2が隣接して設けられる。第1画素PC1は、光電変換素子であるフォトダイオードP1を備え、第2画素PC2は、フォトダイオードP2を備える。 As shown in FIG. 3, the unit pixel cell C is provided with a first pixel PC1 and a second pixel PC2 adjacent to each other. The first pixel PC1 includes a photodiode P1 that is a photoelectric conversion element, and the second pixel PC2 includes a photodiode P2.
また、単位画素セルCは、フォトダイオードP1およびフォトダイオードP2の間に、各フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するフローティングディフュージョンFを備える。フローティングディフュージョンFは、フォトダイオードP1およびフォトダイオードP2によって共有される。 The unit pixel cell C includes a floating diffusion F that holds signal charges transferred from the photodiodes between the photodiodes P1 and P2. The floating diffusion F is shared by the photodiode P1 and the photodiode P2.
単位画素セルCは、フォトダイオードP1とフローティングディフュージョンFとの間に転送ゲートT1を、フォトダイオードP2とフローティングディフュージョンFとの間に転送ゲートT2を備える。転送ゲートT1、T2は、所定の電圧が印加されると、フォトダイオードP1、P2に蓄積した信号電荷をフローティングディフュージョンFへ転送する。 The unit pixel cell C includes a transfer gate T1 between the photodiode P1 and the floating diffusion F, and a transfer gate T2 between the photodiode P2 and the floating diffusion F. The transfer gates T1 and T2 transfer the signal charges accumulated in the photodiodes P1 and P2 to the floating diffusion F when a predetermined voltage is applied.
また、単位画素セルCは、増幅トランジスタAMおよび行選択トランジスタADなどの画素トランジスタを備える。画素トランジスタは、フォトダイオードP1およびフォトダイオードP2によって共有される。 The unit pixel cell C includes pixel transistors such as an amplification transistor AM and a row selection transistor AD. The pixel transistor is shared by the photodiode P1 and the photodiode P2.
リセットトランジスタRは、ゲートRgがフローティングディフュージョンFに隣接する領域上に設けられ、ゲートRgに所定の電圧が印加されると、フローティングディフュージョンFの電位を初期電位にリセットする。ゲートRgと隣接するドレインRdは、第1画素PC1側に設けられる。 The reset transistor R is provided in a region where the gate Rg is adjacent to the floating diffusion F, and resets the potential of the floating diffusion F to the initial potential when a predetermined voltage is applied to the gate Rg. The drain Rd adjacent to the gate Rg is provided on the first pixel PC1 side.
増幅トランジスタAMは、第2画素PC2内に設けられ、ゲートAMgは、フローティングディフュージョンFに接続されている。増幅トランジスタAMは、ゲートAMgに所定の電圧が印加されると、フローティングディフュージョンFから転送される信号電荷を増幅する。増幅トランジスタAMは、ソースAMs、ゲートAMgおよびドレインAMdを備える。 The amplification transistor AM is provided in the second pixel PC2, and the gate AMg is connected to the floating diffusion F. The amplification transistor AM amplifies the signal charge transferred from the floating diffusion F when a predetermined voltage is applied to the gate AMg. The amplification transistor AM includes a source AMs, a gate AMg, and a drain AMd.
行選択トランジスタADは、増幅トランジスタAMに隣接して設けられ、ゲートADgに所定の電圧が印加されると、増幅トランジスタAMによって出力された信号電荷を垂直信号線へ出力する。行選択トランジスタADは、ソースADs、ゲートADgおよびドレインADdを備え、ソースADsは、ドレインAMdと隣接している。 The row selection transistor AD is provided adjacent to the amplification transistor AM, and outputs a signal charge output from the amplification transistor AM to the vertical signal line when a predetermined voltage is applied to the gate ADg. The row selection transistor AD includes a source ADs, a gate ADg, and a drain ADd, and the source ADs is adjacent to the drain AMd.
また、単位画素セルC内の各素子が設けられる以外の領域には、素子分離領域S1、S2が設けられ、各素子を互いに電気的に分離する。素子分離領域S1、S2は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)領域である。STI領域は、形成されたトレンチ内に絶縁部材を埋め込むことで形成される。 Further, element isolation regions S1 and S2 are provided in regions other than where each element in the unit pixel cell C is provided, and each element is electrically isolated from each other. The element isolation regions S1 and S2 are, for example, STI (Shallow Trench Isolation) regions. The STI region is formed by embedding an insulating member in the formed trench.
一般に、STI領域は、トレンチを形成したことによって生じる結晶欠陥に起因して、入射光とは無関係な電子(以下、暗電子と記載する)が画素内に生じる。かかる暗電子は、フォトダイオードに蓄積され、画素トランジスタによって出力されると、いわゆる暗電流として検出される。 In general, in the STI region, electrons irrelevant to incident light (hereinafter referred to as dark electrons) are generated in a pixel due to crystal defects caused by forming a trench. When such dark electrons are accumulated in the photodiode and output by the pixel transistor, they are detected as a so-called dark current.
ここで、図3に示すように、画素トランジスタが設けられない第1画素PC1の素子分離領域S1は、画素トランジスタが設けられる第2画素PC2の素子分離領域S2より大きい。このため、第1画素PC1に生じる暗電子は、第2画素PC2に生じる暗電子より多くなり、撮像画像中に輝度ムラや白傷を発生させ、画質を劣化させる原因となる。 Here, as shown in FIG. 3, the element isolation region S1 of the first pixel PC1 where the pixel transistor is not provided is larger than the element isolation region S2 of the second pixel PC2 where the pixel transistor is provided. For this reason, the dark electrons generated in the first pixel PC1 are larger than the dark electrons generated in the second pixel PC2, causing unevenness in brightness and white scratches in the captured image, and degrading the image quality.
そこで、第1の実施形態に係る単位画素セルCは、不純物がドープされて入射光とは無関係に画素内に生じる暗電子の数を調整する調整領域AAを第1画素PC1内に備える。 Therefore, the unit pixel cell C according to the first embodiment includes an adjustment area AA in the first pixel PC1 that adjusts the number of dark electrons that are doped with impurities and that are generated in the pixel regardless of incident light.
調整領域AAは、第1画素PC1および第2画素PC2の素子分離領域の面積が略同一になるような面積の領域である。なお、調整領域AAは、素子分離領域S1によってフォトダイオードP1と電気的に分離され、画素トランジスタなどの信号電荷を処理するトランジスタが配置されない。 The adjustment area AA is an area having an area where the areas of the element isolation areas of the first pixel PC1 and the second pixel PC2 are substantially the same. The adjustment area AA is electrically isolated from the photodiode P1 by the element isolation area S1, and a transistor for processing signal charges such as a pixel transistor is not disposed.
図3に示すように、調整領域AAは、例えば、第1画素PC1と第2画素PC2との素子のレイアウトが略対称になるように配置することができる。具体的には、調整領域AAは、リセットトランジスタRを挟んで増幅トランジスタAMおよび行選択トランジスタADに対向する第1画素PC1内に配置される。 As shown in FIG. 3, the adjustment area AA can be arranged so that, for example, the element layout of the first pixel PC1 and the second pixel PC2 is substantially symmetric. Specifically, the adjustment area AA is disposed in the first pixel PC1 facing the amplification transistor AM and the row selection transistor AD with the reset transistor R interposed therebetween.
また、調整領域AAの面積は、例えば、増幅トランジスタAMおよび行選択トランジスタADの面積とすることができる。そして、調整領域AAにN型の不純物をドープすることで、第1画素PC1に生じる暗電子は少なくなり、第2画素PC2に生じる暗電子と略均等になる。 The area of the adjustment region AA can be, for example, the area of the amplification transistor AM and the row selection transistor AD. Then, by doping the adjustment area AA with the N-type impurity, the dark electrons generated in the first pixel PC1 are reduced, and are substantially equal to the dark electrons generated in the second pixel PC2.
次に、図4を参照して調整領域AAの断面および作用について説明する。図4は、第1の実施形態に係る単位画素セルCの模式的な断面を示す説明図である。図4(a)は、図3におけるA−A´線による第1画素PC1の模式的な断面を示す説明図である。図4(b)は、図3におけるB−B´線による第2画素PC2の模式的な断面を示す説明図である。図4(a)および図4(b)は、フォトダイオードP1、P2、素子分離領域S1、S2および調整領域AAを選択的に示している。 Next, the cross section and operation of the adjustment area AA will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a schematic cross section of the unit pixel cell C according to the first embodiment. FIG. 4A is an explanatory diagram showing a schematic cross section of the first pixel PC1 along the line AA ′ in FIG. FIG. 4B is an explanatory diagram showing a schematic cross section of the second pixel PC2 along the line BB ′ in FIG. 4A and 4B selectively show the photodiodes P1 and P2, the element isolation regions S1 and S2, and the adjustment region AA.
図4(a)に示すように、画素トランジスタが設けられない第1画素PC1は、シリコン層31上にP型の半導体層32が積層される。P型の半導体層32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層である。かかるP型の半導体層32は、内部にフォトダイオードP1を備える。
As shown in FIG. 4A, in the first pixel PC <b> 1 where no pixel transistor is provided, a P-
フォトダイオードP1は、例えば、リン(P)等のN型の不純物がドープされたN型の電荷蓄積領域33aと、ボロン(B)等のP型の不純物がドープされたP型のSi領域34とのPN接合によって設けられる。N型の電荷蓄積領域33aは、受光面(ここでは、上面)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。
For example, the photodiode P1 includes an N-type
また、P型の半導体層32には、フォトダイオードP1と隣接する素子分離領域S1が設けられる。素子分離領域S1は、STI領域であり、入射光とは無関係な暗電子eを発生することがある。かかる暗電子eは、電荷蓄積領域33aへ流入すると、暗電流の原因となる。
The P-
ここで、例えば、第1画素PC1の電荷蓄積領域33aに蓄積される暗電子eの数(例えば、5個)は、図4(b)に示す第2画素PC2の電荷蓄積領域33bに蓄積される暗電子eの数(例えば、3個)より多くなることがある。
Here, for example, the number (for example, 5) of dark electrons e accumulated in the
そこで、画素トランジスタが設けられない第1画素PC1は、素子分離領域S1によって分離された位置に、電荷蓄積領域33aと同一導電型であるN型の不純物がドープされた調整領域AAを備える。
Therefore, the first pixel PC1 in which no pixel transistor is provided includes an adjustment region AA doped with an N-type impurity having the same conductivity type as the
図4(a)に示すように、N型の調整領域AAは、所定の電圧が印加されると、入射光とは無関係に生じた暗電子eを排出するドレインとして機能する。 As shown in FIG. 4A, the N-type adjustment area AA functions as a drain for discharging dark electrons e generated regardless of incident light when a predetermined voltage is applied.
これにより、調整領域AAは、電荷蓄積領域33aに暗電子eが流入するのを防止することができる。したがって、第1の実施形態に係る固体撮像装置14は、例えば、第1画素PC1および第2画素PC2に蓄積される暗電子eの数が略均等(例えば、3個)になり、各画素で検出される暗電流差が低減され、撮像画像の画質の劣化を抑制することができる。
Thereby, the adjustment area AA can prevent the dark electrons e from flowing into the
ここで、各画素間で検出される暗電流「差」は低減されるが、暗電流自体は検出されるため、上述した後段処理部12は、検出された暗電流を除去する補正を行う。このとき、後段処理部12は、画素間の暗電流差が低減されているため、全画素同じ補正の処理を行うことができる。 Here, although the dark current “difference” detected between the respective pixels is reduced, the dark current itself is detected. Therefore, the post-processing unit 12 described above performs correction to remove the detected dark current. At this time, the post-processing unit 12 can perform the same correction process for all the pixels because the difference in dark current between the pixels is reduced.
また、調整領域AAにドープされるN型の不純物濃度は、電荷蓄積領域33aのN型の不純物濃度よりも低くする。これは、例えば、高濃度のN型の不純物をイオン注入すると、P型の半導体層32は、イオン注入によるダメージによって結晶欠陥が発生し、暗電子eが過剰に発生してしまうためである。かかる場合、調整領域AAは、画素間での暗電子eの数を均等にできなくなる。
Further, the N-type impurity concentration doped in the adjustment region AA is set lower than the N-type impurity concentration in the
次に、図5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5(a)〜(c)は、実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程を示す説明図である。
Next, a method for manufacturing 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(a)に示す画素の一部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5に(a)で示すように、ノンドープのシリコン層31上に、P型の半導体層32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、後に複数の画素(図3参照)を形成するP型の半導体層32を形成する。
When manufacturing the
続いて、複数の画素を有する単位画素セルC(図3参照)内のP型の半導体層32における後に各素子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、トレンチを形成する。その後、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって、トレンチ内に酸化シリコンを堆積させて素子分離領域S1を形成する。
Subsequently, for example, RIE (Reactive Ion Etching) is performed on a position where a region where each element is to be formed later is separated in the P-
その後、図5(b)に示すように、素子分離領域S1によって分離されたP型の半導体層32の内部に、光電変換素子であるフォトダイオードP1の形成位置へリンをイオン注入してアニール処理を行うことによってN型の電荷蓄積領域33aを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5B, phosphorus is ion-implanted into the formation position of the photodiode P1, which is a photoelectric conversion element, in the P-
そして、N型の電荷蓄積領域33aの受光面側(ここでは上面)に高濃度の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P型のSi領域34を形成する。N型の電荷蓄積領域33aおよびP型のSi領域34のPN接合によりフォトダイオードP1が形成される。なお、フォトダイオードは、半導体層における複数の画素それぞれに形成される。
Then, a P-
続いて、図5(c)に示すように、フォトダイオードP1と素子分離領域S1を挟んで反対側に、リンをイオン注入してアニール処理を行うことによってN型の調整領域AAを形成する。この時、調整領域AAのN型の不純物濃度は、不純物のドーズ量を調整することで、N型の電荷蓄積領域33aの不純物濃度より低くなるようにする。これにより、図4(a)に示す画素トランジスタが設けられない第1画素PC1(図3参照)が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, an N-type adjustment region AA is formed by performing an annealing process by implanting phosphorus ions on the opposite side across the photodiode P1 and the element isolation region S1. At this time, the N-type impurity concentration of the adjustment region AA is adjusted to be lower than the impurity concentration of the N-type
また、第2画素PC2(図を省略)には、後に画素トランジスタとなる領域に、CVDおよびドライエッチングによりゲートを形成する。続いて、リンをイオン注入することにより画素トランジスタの各ソースおよび各ドレインを形成する。 In the second pixel PC2 (not shown), a gate is formed by CVD and dry etching in a region that will later become a pixel transistor. Subsequently, phosphorus is ion-implanted to form each source and each drain of the pixel transistor.
第1の実施形態によれば、固体撮像装置14の単位画素セルCは、画素トランジスタが設けられていない第1画素PC1に調整領域AAを備える。調整領域AAは、電荷蓄積領域33aと同一導電型であるN型の不純物がドープされ、入射光とは無関係に生じる暗電子を排出するドレインとして機能するため、蓄積する暗電子を平均化することができる。
According to the first embodiment, the unit pixel cell C of the solid-
これにより、固体撮像装置14は、電荷蓄積領域33aに蓄積される暗電子を少なくすることができる。また、固体撮像装置14は、暗電子の平均化により、検出される暗電流差が低減し、撮像画像の輝度ムラを低減することができる。
Thereby, the solid-
さらに、固体撮像装置14は、暗電流差が低減されることにより、暗電流を除去する補正が簡易になることで、撮像画像の白傷などの画質の劣化を抑制することができる。
Furthermore, the solid-
なお、第1の実施形態に係るN型の調整領域AAは、第1画素PC1内で素子分離領域S1に囲まれ、独立して設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、N型のドレインRdの領域を拡大し、拡大した領域を調整領域AAとしてもよい。 The N-type adjustment area AA according to the first embodiment is surrounded by the element isolation area S1 in the first pixel PC1 and provided independently. However, the present invention is not limited to this. The drain Rd region may be enlarged, and the enlarged region may be used as the adjustment region AA.
かかる場合、調整領域AAの形成方法は、拡大した領域を含むドレインRdに高濃度不純物をイオン注入した後、拡大した領域に調整領域AAのための低濃度不純物をイオン注入してアニール処理を行うことによって形成する。 In this case, the adjustment region AA is formed by ion-implanting high-concentration impurities into the drain Rd including the enlarged region, and then performing annealing by ion-implanting low-concentration impurities for the adjustment region AA into the enlarged region. By forming.
(第2の実施形態)
次に、図6および図7を参照して、第2の実施形態について説明する。図6は、第2の実施形態に係る単位画素セルCのレイアウトを示す説明図である。なお、図6は、単位画素セルC内に配置される各構成要素を模式的に示している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a layout of the unit pixel cell C according to the second embodiment. FIG. 6 schematically shows each component arranged in the unit pixel cell C.
第1の実施形態では、第1画素PC1にN型の調整領域AAを設けることで、暗電子を排出して調整した。一方、第2の実施形態は、第1の実施形態とは調整領域AAが設けられる画素およびドープされる不純物の導電型が異なる。 In the first embodiment, dark electrons are discharged and adjusted by providing an N-type adjustment area AA in the first pixel PC1. On the other hand, the second embodiment differs from the first embodiment in the conductivity type of the pixel in which the adjustment area AA is provided and the impurity to be doped.
図6に示すように、第2の実施形態に係る調整領域AAは、第2画素PC2に設けられる。第2画素PC2は、信号電荷を処理する画素トランジスタが設けられる画素である。 As shown in FIG. 6, the adjustment area AA according to the second embodiment is provided in the second pixel PC2. The second pixel PC2 is a pixel provided with a pixel transistor that processes signal charges.
そして、第2の実施形態に係る調整領域AAは、画素トランジスタが設けられる第2画素PC2に電荷蓄積領域33bと逆導電型であるP型の不純物がドープされる。これにより、調整領域AAは、暗電子を電荷蓄積領域33bへ供給する機能を備える。
In the adjustment area AA according to the second embodiment, the second pixel PC2 in which the pixel transistor is provided is doped with a P-type impurity having a conductivity type opposite to that of the
次に、図7を参照して調整領域AAの断面および作用について説明する。図7は、単位画素セルCの模式的な断面を示す説明図である。 Next, the cross section and operation of the adjustment area AA will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic cross section of the unit pixel cell C. As shown in FIG.
図7(a)は、図6におけるA−A´線による第2画素PC2の模式的な断面を示す説明図、図7(b)は、図6におけるB−B´線による第1画素PC1の模式的な断面を示す説明図である。 7A is an explanatory diagram showing a schematic cross section of the second pixel PC2 along the line AA ′ in FIG. 6, and FIG. 7B is a diagram illustrating the first pixel PC1 along the line BB ′ in FIG. It is explanatory drawing which shows a typical cross section.
図7(a)に示すように、調整領域AAは、フォトダイオードP2とは素子分離領域S2を挟んで反対側に位置し、P型の不純物がドープされる。ここで、調整領域AAは、P型の不純物をイオン注入すると、P型の半導体層32は、イオン注入によるダメージによって結晶欠陥が発生し、暗電子eが生じる。
As shown in FIG. 7A, the adjustment area AA is located on the opposite side of the element isolation area S2 from the photodiode P2, and is doped with P-type impurities. Here, when the adjustment region AA is ion-implanted with a P-type impurity, crystal defects are generated in the P-
そして、第2の実施形態に係る調整領域AAは、かかる暗電子eを電荷蓄積領域33bへ供給する。これにより、電荷蓄積領域33bの暗電子eの数(例えば、5個)は、電荷蓄積領域33aの暗電子eの数(例えば、5個)と略均等になる。
Then, the adjustment area AA according to the second embodiment supplies the dark electrons e to the
しかしながら、電荷蓄積領域33bに蓄積された暗電子eの数は、調整領域AAから供給される暗電子eが含まれるため、画素間で検出される暗電流差はなくなるが、単位画素セルCの暗電流量としては多くなる。この時、後段処理部12は、暗電流を除去する補正を全画素同じ処理で行うことができるため、より簡易に補正を行うことができる。
However, since the number of dark electrons e accumulated in the
次に、第2の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。第2の実施形態の製造方法の説明は、第1の実施形態と重複する部分については説明を省略することとし、調整領域AAを設ける画素および不純物の導電型について説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
第2の実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程では、画素トランジスタが設けられる第2画素PC2に調整領域AAを形成する。具体的には、調整領域AAは、P型の半導体層32の内部に、フォトダイオードP2とは素子分離領域S2を挟んで反対側の位置に、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P型の不純物をドープする。
In the manufacturing process of the solid-
なお、調整領域AAのP型の不純物濃度は、不純物のドーズ量を調整することで、N型の電荷蓄積領域33bの不純物濃度より低くなるように調整する。これにより、図7(a)に示す第2画素PC2が完成する。
The P-type impurity concentration in the adjustment region AA is adjusted to be lower than the impurity concentration in the N-type
第2の実施形態によれば、固体撮像装置14の単位画素セルCは、画素トランジスタが設けられる第2画素PC2に調整領域AAを備える。調整領域AAは、電荷蓄積領域33bと逆導電型であるP型の不純物がドープされ、入射光とは無関係に生じる暗電子eを供給することで、蓄積される暗電子eを平均化することができる。
According to the second embodiment, the unit pixel cell C of the solid-
したがって、第2の実施形態に係る固体撮像装置14は、例えば、第1画素PC1および第2画素PC2に蓄積される暗電子eの数が略均等(例えば、5個)になり、各画素で検出される暗電流差が低減され、撮像画像の画質の劣化を抑制することができる。
Therefore, in the solid-
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る固体撮像装置14について説明する。第1および第2の実施形態は、単位画素セルC内の画素間で暗電子eの数を調整するものであるが、第3の実施形態は、画素アレイ23全体での暗電子eの数を調整するものである。以下、図8および図9を参照して第3の実施形態について詳述する。
(Third embodiment)
Next, the solid-
図8は、第3の実施形態に係る画素アレイ23を示す説明図である。図8に示すように、単位画素セルCは、画素アレイ23内に2次元に配列される。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a
ここで、画素アレイ23の周縁部23bの外側には、図示しないロジック回路を含む信号処理回路21が配置される。かかるロジック回路は、上述したイメージセンサ20から入力される画素信号に対して所定の信号処理を行う場合、発熱することがある。
Here, a signal processing circuit 21 including a logic circuit (not shown) is disposed outside the
このため、周縁部23bの単位画素セルCbは、発熱の影響によって単位画素セルCb内の電子が励起され、中央部23aの単位画素セルCaに比べて暗電子eが多く発生することとなる。
For this reason, in the unit pixel cell Cb in the
つまり、画素アレイ23全体で検出される暗電流は、中央部23aに比べ周縁部23bで多くなる。その結果、出力される撮像画像は、中央部に比べ周縁部が明るくなり、画質が劣化することがある。
That is, the dark current detected in the
そこで、第3の実施形態に係る固体撮像装置14は、中央部23aと周縁部23bとで調整領域AAの面積に差をつけることで暗電子eの数を調整する。
Therefore, the solid-
図9(a)は、画素アレイ23の中央部23aに配列される単位画素セルCaのレイアウトを示す説明図、図9(b)は、画素アレイ23の周縁部23bに配列される単位画素セルCbのレイアウトを示す説明図である。なお、図9は、N型の調整領域AAを第1画素PC1へ設ける場合について説明するが、これに限定されず、P型の調整領域AAを第2画素PC2へ設けてもよい。
9A is an explanatory diagram showing a layout of the unit pixel cells Ca arranged in the
図9(a)および(b)に示すように、周縁部23bの単位画素セルCbの調整領域AAbの面積は、中央部23aの単位画素セルCaの調整領域AAaの面積に比べて大きくなる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the area of the adjustment region AAb of the unit pixel cell Cb in the
具体的には、単位画素セルCaは、単位画素セルCbに比べ、調整領域AAaが小さくなることで、素子分離領域Saの面積は大きくなり、その結果、発生する暗電子eが多くなる。一方、単位画素セルCbは、単位画素セルCaに比べ、調整領域AAbが大きくなることで、素子分離領域Sbが小さくなり、その結果、発生する暗電子eが少なくなる。 Specifically, the unit pixel cell Ca has a smaller adjustment area AAa than the unit pixel cell Cb, so that the area of the element isolation region Sa is increased, and as a result, the generated dark electrons e are increased. On the other hand, the unit pixel cell Cb has a larger adjustment area AAb than the unit pixel cell Ca, so that the element isolation area Sb is reduced, and as a result, the generated dark electrons e are reduced.
したがって、第3の実施形態に係る画素アレイ23は、中央部23aと周縁部23bとで素子分離領域の面積を調整することで、撮像画像全体の暗電流差をなくすことができる。これにより、撮像画像の周縁部での画質の劣化を抑制することができる。
Therefore, the
なお、第3の実施形態は、調整領域AAの面積差によって暗電子eの数を調整したが、生じる暗電子eが中央部に比べ周縁部で少なければよく、例えば、調整領域の不純物濃度を調整してもよいし、設ける調整領域の数を調整してもよい。 In the third embodiment, the number of dark electrons e is adjusted based on the area difference of the adjustment region AA. However, it is sufficient that the generated dark electrons e are smaller in the peripheral portion than in the central portion. It may be adjusted, or the number of adjustment areas to be provided may be adjusted.
また、第3の実施形態は、調整領域AAbの面積を調整領域AAaの面積より大きくしたが、調整領域AAbの面積が調整領域AAaの面積より小さくてもよい。かかる場合、各調整領域の不純物濃度や設ける調整領域の数を調整することで生じる暗電子eの数を調整する。 In the third embodiment, the area of the adjustment area AAb is larger than the area of the adjustment area AAa. However, the area of the adjustment area AAb may be smaller than the area of the adjustment area AAa. In such a case, the number of dark electrons e generated by adjusting the impurity concentration of each adjustment region and the number of adjustment regions provided is adjusted.
また、上述した各実施形態に係る固体撮像装置14の単位画素セルCは、2画素の構造としたが、これに限定されるものではなく、単位画素セルが3画素以上の構造であってもよい。
In addition, the unit pixel cell C of the solid-
かかる場合、単位画素セルは、画素トランジスタが設けられる一つの画素と、画素トランジスタが設けられない複数の画素とで構成される。実施形態に係る調整領域AAは、複数の画素にそれぞれ設けられることで、入射光とは無関係に生じる暗電子eの数を調整する。 In such a case, the unit pixel cell includes one pixel provided with a pixel transistor and a plurality of pixels provided with no pixel transistor. The adjustment area AA according to the embodiment is provided in each of the plurality of pixels, thereby adjusting the number of dark electrons e generated regardless of incident light.
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.
C,Ca,Cb 単位画素セル、 AA,AAa,AAb 調整領域、 S1,S2,Sa,Sb 素子分離領域、 14 固体撮像装置、 P1,P2 フォトダイオード、 33a,33b 電荷蓄積領域、 23 画素アレイ、 23a 中央部、 23b 周縁部、 R リセットトランジスタ、 AM 増幅トランジスタ、 AD 行選択トランジスタ。 C, Ca, Cb unit pixel cell, AA, AAa, AAb adjustment area, S1, S2, Sa, Sb element isolation area, 14 solid-state imaging device, P1, P2 photodiode, 33a, 33b charge storage area, 23 pixel array, 23a central part, 23b peripheral part, R reset transistor, AM amplification transistor, AD row selection transistor.
Claims (5)
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 Among a plurality of pixels in the unit pixel cell arrayed two-dimensionally, an electron is provided in a pixel provided with a pixel transistor or a pixel other than a pixel provided with the pixel transistor, and is generated in the pixel by being doped with impurities. A solid-state imaging device comprising an adjustment region for adjusting the number of the imaging regions.
前記画素トランジスタが設けられる画素以外の画素に設けられ、前記不純物が前記画素における光電変換素子の電荷蓄積領域と同一導電型である
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The adjustment area is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is provided in a pixel other than the pixel in which the pixel transistor is provided, and the impurity has the same conductivity type as a charge accumulation region of a photoelectric conversion element in the pixel.
前記画素トランジスタが設けられる画素に設けられ、前記不純物が前記画素における光電変換素子の電荷蓄積領域と逆導電型である
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The adjustment area is
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is provided in a pixel in which the pixel transistor is provided, and the impurity has a conductivity type opposite to a charge accumulation region of a photoelectric conversion element in the pixel.
不純物濃度が、
前記画素における光電変換素子の電荷蓄積領域の不純物濃度より低い
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の固体撮像装置。 The adjustment area is
Impurity concentration is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is lower than an impurity concentration of a charge storage region of a photoelectric conversion element in the pixel.
所定数の前記光電変換素子を含む単位画素セル毎に、前記単位画素セル内の複数の画素のうち、所定の画素に画素トランジスタを形成することと、
前記所定の画素、または、前記所定の画素以外の画素に、不純物をドープして画素内に生じる電子の数を調整する調整領域を形成することと
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming photoelectric conversion elements in the formation regions of the plurality of pixels in the semiconductor layer,
Forming a pixel transistor in a predetermined pixel among a plurality of pixels in the unit pixel cell for each unit pixel cell including a predetermined number of the photoelectric conversion elements;
Forming an adjustment region for adjusting the number of electrons generated in the pixel by doping an impurity in the predetermined pixel or a pixel other than the predetermined pixel. Method.
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