JP2017092084A - 撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態における撮像素子を示す概略断面図である。
撮像素子100は、CMOS撮像素子等であり、半導体基板上に形成された複数の画素を備える撮像チップ200が凹形状の支持基板101上に保持されて構成されている。撮像チップ200は、図1のように、その中央部に比較して周辺部が持ち上がった湾曲形状の撮像面を有する。支持基板101と撮像チップ200との間隙には、例えば接着剤102が充填され、撮像チップ200が支持基板101に固定されている。このような湾曲形状の撮像チップ200を有する撮像素子100は、公知の技術で製造可能である。公知の技術としては、例えば、支持基板101に不図示の通気孔を設け、通気孔を用いて排気を行うことにより撮像チップ200と支持基板101の間の減圧を行い、撮像チップ200に応力を加えて湾曲形状を形成する手法等がある。
撮像チップ200の撮像面が、その中央部に比較して周辺部が持ち上がった湾曲形状を有することにより、撮像面周辺部において、像面湾曲を低減することができる。
撮像チップ200は、画素領域201、垂直走査回路202、読み出し回路203、水平走査回路204を備える。画素領域201は、複数の画素が行列状に配置されており、撮影レンズにより結像された光学像を受光する。ここでは、説明の簡略化のために14×10画素の配列を示してあるが、実用上は更に多数の画素が配置される。また、各画素は不図示の赤(R)、緑(G)、青(B)からなるカラーフィルタを備え、ベイヤー配列に従って配置される。垂直走査回路202は、画素領域201の画素を1行単位で選択し、選択行の画素に対して駆動信号を送出する。読み出し回路203は、垂直走査回路202によって選択された画素の信号を読み出す。読み出された画素の信号は、水平走査回路204の駆動により撮像素子の外部に順次出力される。
フォトダイオード301は、撮像レンズによって結像された光学像を受けて電荷を発生し、蓄積する。フォトダイオード301で蓄積された電荷は、転送手段としての転送MOSトランジスタ302を介して、信号保持手段としてのフローティングディフュージョン領域303に転送される。フローティングディフュージョン領域303に転送された電荷は、選択MOSトランジスタ306がオンされると、ソースフォロワアンプを形成する増幅MOSトランジスタ304を介して蓄積電荷に対応した電圧として垂直出力線307に出力される。なお、選択MOSトランジスタ306は行単位で制御され、選択された行の画素信号が一括して各列の垂直出力線307に出力される。リセットMOSトランジスタ305は、フローティングディフュージョン領域303及び転送MOSトランジスタ302を介してフォトダイオード301の電位をVDDにリセットする。転送MOSトランジスタ302、リセットMOSトランジスタ305、選択MOSトランジスタ306は、それぞれ垂直走査回路202に接続されている信号線を介して制御信号PTX、PRES、PSELにより制御される。
先ず、図5(a)に示すように、単位画素300A,300B,300Cの各形成領域に同時に、n型半導体基板401にp型不純物をイオン注入してp型ウェル領域402を形成する。n型半導体基板401の上部に、ゲート酸化膜403を介して、転送MOSトランジスタのゲート電極405を形成する。フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、レジストパターンと共にゲート電極405をマスクとして用いて、n型不純物をイオン注入する。これにより、p型ウェル領域402内に、n型の不純物領域からなるフォトダイオード301と、同じくn型の不純物領域からなるフローティングディフュージョン領域303が形成される。レジストパターンは、アッシング処理又はウェット処理により除去される。なお、各部を形成する順番はこの限りではなく、例えば、後述する暗電流抑制領域を形成した後にフローティングディフュージョン領域303を形成するようにしても良い。
また、図5(c)のイオン注入工程において、レジストパターン又はゲート電極405をマスク材として、マスク材の表面に対して斜め方向からイオン注入を行うようにするようにしても良い。これにより、ゲート電極と暗電流抑制領域との間にオフセットが設けられ、暗電流抑制領域が転送MOSトランジスタのチャネル領域に影響を及ぼして電荷転送が妨げられることを防止できる。
撮像レンズ609は、被写体の光学像を撮像素子100に結像させる。レンズ駆動部608は、ズーム制御、フォーカス制御、絞り制御等を行う。撮像素子100は、本実施形態による撮像素子であり、撮像面に湾曲形状を有し、撮影レンズで結像された被写体を信号として取り込む。タイミング発生部601は、撮像素子100を駆動させるための駆動信号を送出する。信号処理部602は、撮像素子100から出力される撮像信号にクランプ処理等の信号処理を行う。全体制御部603は、各種演算と撮像装置全体を制御する制御処理を実行する。また、全体制御部603は、感度補正部610も備える。この感度補正部610は、フォトダイオードと転送ゲート電極のオーバーラップ量の違いによって生じる感度ムラを補正する。メモリ604は、画像データを一時的に記憶し、表示部605は各種情報や撮影画像を表示装置に表示するための表示制御を行う。記録部606は、着脱可能な半導体メモリ等の記録媒体に対し画像データの記録または読み出し等の制御を行う。操作部607は、ボタン、ダイヤル等で構成されユーザからの操作入力を受け付ける。なお、表示装置がタッチパネルである場合には当該タッチパネルも操作部607に含まれる。
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に撮像素子及びその製造方法を開示するが、撮像チップの撮像面における画素の構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。本実施形態の撮像素子は、第1の実施形態の図1と同様に、中央部に比較して周辺部が持ち上がった湾曲形状の撮像面を有する撮像チップが凹形状の支持基板上に保持されて構成されている。
撮像チップ700は、画素領域201、垂直走査回路202、読み出し回路203、水平走査回路204を備える。画素領域201は、複数の画素が行列状に配置されており、撮影レンズにより結像された光学像を受光する。
先ず、図9(a)に示すように、n型半導体基板401上に形成されたp型ウェル領域402内に、n型の不純物領域からなるフォトダイオード301と、同じくn型の不純物領域からなるフローティングディフュージョン領域303を形成する。基板上部には、ゲート酸化膜403を介して、転送MOSトランジスタのゲート電極405を形成する。この工程は既存の手法を用いて実現できるので、その説明は省略する。また、各部を形成する順番はこの限りではなく、例えば、後述する暗電流抑制領域を形成後にフローティングディフュージョン領域303を形成するようにしても良い。
その他の構成については、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第3の実施形態では、第1の実施形態と同様に撮像素子及びその製造方法を開示するが、撮像チップの撮像面における画素の構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。本実施形態の撮像素子は、第1の実施形態の図1と同様に、中央部に比較して周辺部が持ち上がった湾曲形状の撮像面を有する撮像チップが凹形状の支持基板上に保持されて構成されている。
撮像チップ1000は、画素領域201、垂直走査回路202、読み出し回路203、水平走査回路204を備える。画素領域201は、複数の画素が行列状に配置されており、撮影レンズにより結像された光学像を受光する。
先ず、図12(a)に示すように、n型半導体基板401上に形成されたp型ウェル領域402内に、n型の不純物領域からなるフォトダイオード301と、同じくn型の不純物領域からなるフローティングディフュージョン領域303を形成する。基板上部には、ゲート酸化膜1102A,1102B,1102Cを介して、転送MOSトランジスタのゲート電極1103A,1103B,1103Cを形成する。ここでは、ゲート酸化膜の幅を1102A<1102B<1102Cの順に大きく、ゲート電極の幅(ゲート長)も同様に1103A<1103B<1103Cの順に大きく形成する。以上の工程は既存の手法を用いて実現できるので、その説明は省略する。また、各部を形成する順番はこの限りではなく、例えば、後述する暗電流抑制領域を形成後にフローティングディフュージョン領域303A,303B,303Cを形成するようにしても良い。
その他の構成については、実施例2と同様であるため、説明を省略する。
湾曲形状を有する撮像素子の撮像面内に加わる応力は、湾曲形状や製造方法によって異なる。そこで、本実施形態では、第1の実施形態とは異なる湾曲形状を有する撮像チップを備えた撮像素子に本発明を適用した例について開示する。
撮像素子1300は、CMOS撮像素子等であり、2次元配置された複数の画素を有する撮像チップ1400が凹形状を有する支持基板1301上に保持されている。撮像チップ1400は、図13に示すように撮像面が球面形状を有する。支持基板1301と撮像チップ1400との間隙には、例えば接着材1302が充填されている。図13のように、撮像チップ1400が球面形状を有することにより、像面湾曲を低減することができる。
撮像チップ1400において、画素領域201は、複数の単位画素300A,300B,300Cが行列状に配置されている。単位画素300A,300B,300Cは、第1の実施形態の図4で説明したように、それぞれ暗電流抑制領域の不純物濃度が異なる画素であり、各画素の暗電流抑制領域の不純物濃度は300A<300B<300Cの順に高くなる。従って、暗電流抑制効果は300A<300B<300Cの順に高くなっている。
200,1400:撮像チップ
201:画素領域
300,300A,300B,300C,700A,700B,700C,1000A,1000B,1000C:単位画素
301:フォトダイオード
302:転送MOSトランジスタ
303:フローティングディフュージョン領域
304:増幅MOSトランジスタ
305:リセットMOSトランジスタ
306:選択MOSトランジスタ
307:垂直出力線
401:半導体基板
402:ウェル領域
404A,404B,404C,801A,801B,801C,1101A,1101B,1101C:暗電流抑制領域
Claims (18)
- 少なくとも一部が湾曲面に形成された撮像面を有する撮像素子であって、
第1導電型の不純物領域からなる光電変換領域と、前記光電変換領域の表面に形成され、第2導電型の不純物領域からなる暗電流抑制領域とを備えた複数の画素を備えており、
前記複数の画素は、前記暗電流抑制領域の面積が異なる2種以上の画素を含むことを特徴とする撮像素子。 - 前記2種以上の画素は、当該2種以上の画素が配された位置における前記撮像面の形状に対応して、前記暗電流抑制領域の面積が異なることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記2種以上の画素は、当該2種以上の画素が配された位置における前記撮像面の曲率に対応して、前記暗電流抑制領域の面積が異なることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記2種以上の画素は、
前記撮像面のうち、曲率の小さい位置に配された第1の画素と、
前記撮像面のうち、第1の画素の配置された位置よりも曲率の大きい位置に配された第2の画素と
を含み、
前記第1の画素は、前記第2の画素よりも前記暗電流抑制領域の面積が広いことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。 - 前記2種以上の画素は、当該2種以上の画素が配された位置における前記撮像面にかかる応力に対応して、前記暗電流抑制領域の面積が異なることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記2種以上の画素は、
前記撮像面のうち、応力の小さい位置に配された第1の画素と、
前記撮像面のうち、第1の画素の配置された位置よりも応力の大きい位置に配された第2の画素と
を含み、
前記第1の画素は、前記第2の画素よりも前記暗電流抑制領域の面積が広いことを特徴とする請求項5に記載の撮像素子。 - 前記2種以上の画素は、前記光電変換領域の端部のうち少なくとも一部と、前記暗電流抑制領域の端部のうち少なくとも一部との位置関係が異なり、前記暗電流抑制領域の面積が異なることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記複数の画素は、前記光電変換領域に蓄積された電荷信号の転送を制御する転送制御部を備えており、
前記2種以上の画素は、前記光電変換領域の前記転送制御部から遠い方の端部と、前記暗電流抑制領域の端部との距離が異なり、前記暗電流抑制領域の面積が異なることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像素子。 - 前記複数の画素は、前記光電変換領域にオーバーラップして設けられ、前記光電変換領域に蓄積された電荷信号の転送を制御する転送制御部を備えており、
前記2種以上の画素は、前記光電変換領域の前記転送制御部の下部に位置する端部と、前記暗電流抑制領域の端部との距離が異なり、前記暗電流抑制領域の面積が異なることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像素子。 - 少なくとも一部が湾曲面に形成された撮像面を有する撮像素子の製造方法であって、
第1導電型の不純物領域からなる光電変換領域と、前記光電変換領域の表面に形成され、第2導電型の不純物領域からなる暗電流抑制領域とを備えた複数の画素を形成する際に、前記複数の画素のうちの2種以上の画素を、前記暗電流抑制領域の面積が異なるように形成することを特徴とする撮像素子の製造方法。 - 前記2種以上の画素について、当該2種以上の画素が配された位置における前記撮像面の形状に対応して、前記暗電流抑制領域の面積を異ならせることを特徴とする請求項10に記載の撮像素子の製造方法。
- 前記2種以上の画素について、当該2種以上の画素が配された位置における前記撮像面の曲率に対応して、前記暗電流抑制領域の面積を異ならせることを特徴とする請求項10に記載の撮像素子の製造方法。
- 前記2種以上の画素は、
前記撮像面のうち、曲率の小さい位置に配された第1の画素と、
前記撮像面のうち、第1の画素の配置された位置よりも曲率の大きい位置に配された第2の画素と
を含み、
前記第1の画素は、前記第2の画素よりも前記暗電流抑制領域の面積が広いことを特徴とする請求項12に記載の撮像素子の製造方法。 - 前記2種以上の画素について、当該2種以上の画素が配された位置における前記撮像面にかかる応力に対応して、前記暗電流抑制領域の面積を異ならせることを特徴とする請求項10に記載の撮像素子の製造方法。
- 前記2種以上の画素は、
前記撮像面のうち、応力の小さい位置に配された第1の画素と、
前記撮像面のうち、第1の画素の配置された位置よりも応力の大きい位置に配された第2の画素と
を含み、
前記第1の画素は、前記第2の画素よりも前記暗電流抑制領域の面積が広いことを特徴とする請求項14に記載の撮像素子の製造方法。 - 前記2種以上の画素について、前記光電変換領域の端部のうち少なくとも一部と、前記暗電流抑制領域の端部のうち少なくとも一部との位置関係を異ならせることにより、前記暗電流抑制領域の面積を異ならせることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
- 前記複数の画素に、前記光電変換領域に蓄積された電荷信号の転送を制御する転送制御部を形成し、
前記2種以上の画素について、前記光電変換領域の前記転送制御部から遠い方の端部と、前記暗電流抑制領域の端部との距離を異ならせることにより、前記暗電流抑制領域の面積を異ならせることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。 - 前記複数の画素に、前記光電変換領域にオーバーラップして設けられ、前記光電変換領域に蓄積された電荷信号の転送を制御する転送制御部を形成し、
前記2種以上の画素について、前記光電変換領域の前記転送制御部の下部に位置する端部と、前記暗電流抑制領域の端部との距離を異ならせることにより、前記暗電流抑制領域の面積を異ならせることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載の撮像素子の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021244214A1 (zh) * | 2020-06-01 | 2021-12-09 | Oppo广东移动通信有限公司 | 显示面板及电子设备 |
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