JP4696596B2 - Image sensor and image sensor manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、CMOSイメージセンサなどの撮像素子に係り、特に半導体基板上に形成されるウェル層に電位を付与するためのウェルタップに関する。 The present invention relates to an image sensor such as a CMOS image sensor, and more particularly to a well tap for applying a potential to a well layer formed on a semiconductor substrate.
従来の固体撮像素子には、大きく分けてCCD方式とCMOSセンサ方式の二つがある。CCD方式は、フォトダイオードに発生した電荷を電荷転送素子(CCD)により直接に外部へ転送する。一方、CMOSセンサ方式は、フォトダイオードに発生した電荷による電位の情報を、各フォトダイオードに対応して設けられたアンプを通して画素外部に出力する(特許文献1参照)。CMOSイメージセンサでは、図6の断面図に示すように、N型半導体シリコン基板1上に形成されているPウェル層2にはウェルタップ(P+)3を通して電位が与えられる。このウェルタップ3は、N−型領域層4を有するフォトダイオード部に対して、フィールド(Field)領域(絶縁領域)5により分離された構造を採っている。図7は上記したCMOSイメージセンサの平面図である。CMOSイメージセンサはフォトダイオード部6、ポリシリコンで出来た転送ゲート7、ポリシリコンで出来たリセットゲート8、ポリシリコンで出来たアンプゲート9を有して構成され、フォトダイオード部6の間のフィールド領域5にウェルダップ3が形成されている。従って、この場合、一画素に占めるフォトダイオード部6の面積は図7に示すように、ウェルタップ3とフォトダイオード部6を分離するフィールド領域5の分だけ縮小し、飽和出力、感度などのCMOSイメージセンサのセンサ特性が悪化し、特性面で不利になる。
Conventional solid-state image sensors are roughly classified into two types, a CCD system and a CMOS sensor system. In the CCD system, charges generated in a photodiode are directly transferred to the outside by a charge transfer element (CCD). On the other hand, in the CMOS sensor system, potential information due to electric charges generated in the photodiodes is output to the outside of the pixel through an amplifier provided corresponding to each photodiode (see Patent Document 1). In the CMOS image sensor, as shown in the cross-sectional view of FIG. 6, a potential is applied to the
そこで、一画素に占めるフォトダイオード部の面積を拡大するために、図8、9の断面図と平面図に示すように、ウェルタップ(P−)3とフォトダイオード部6を分離するフィールド領域5を廃止し、ウェルタップ3の濃度(P型不純物濃度)の調整により飽和出力、感度などのCMOSイメージセンサの特性向上を図っている。
しかしながら、上記のウェルタップ3とフォトダイオード部6を分離するフィールド領域5を廃止した構成では、飽和出力、感度などのセンサの特性の向上は図れるが、図8に示すように、フォトダイオード部6のN−型領域層4とウェルタップ3のP型不純物層が近接するため、これらの境界にPN接合が形成される恐れがあり、これによる接合リークが原因の白点の発生が懸念される。そのため、フォトダイオード部6のN−型領域層4との接合リークを考慮してウェルタップ3として必要な拡散層濃度より一桁程低いN型不純物濃度でウェルタップ(N−領域層)3を形成せざるを得ない。その結果、ウェルタップ3の抵抗か増加してウェル電位の浮きによるシェーディングなどの不具合の発生が懸念されている。また、上記の図8に示した構成では、フォトダイオード部6とウェルタップ3の境界は、2枚のマスクにより決められ、フォトリソプロセスにより形成されるため、フォトリソプロセスのバラツキにより境界の状態がバラツキ、このバラツキにより上記したPN接合が形成される可能性ある。
However, in the configuration in which the
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、白点やシェーディングの発生を無く、且つ、良好な飽和出力、感度などのセンサ特性を有する撮像素子及び撮像素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an image pickup element and an image pickup element that have no white spots or shading and have sensor characteristics such as good saturation output and sensitivity. It is in providing the manufacturing method of.
本発明は上記目的を達成するため、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されるウェル層と、前記ウェル層に形成される複数の光電変換領域と、隣接する光電変換領域の間の前記ウェル層の表面に形成され、ウェルタップ領域が形成される領域を取り囲むように形成された領域隔壁部であって、ポリシリコンにより形成された領域隔壁部と、前記領域隔壁部で囲まれた領域に、前記ウェル層の表面からその内部に向けて当該ウェル層と同一の導電型の不純物が注入されることによって形成されたウェルタップ領域とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, a well layer formed on the semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion regions formed in the well layer, and the wells between adjacent photoelectric conversion regions. A region partition formed on the surface of the layer and surrounding a region where the well tap region is formed, the region partition formed by polysilicon and the region surrounded by the region partition And a well tap region formed by injecting an impurity of the same conductivity type as that of the well layer from the surface of the well layer toward the inside thereof.
また、本発明は、半導体基板上に形成されるウェル層内に形成される複数の光電変換領域を有する撮像素子の製造方法であって、前記ウェル層の表面であって、ウェル層内に形成される複数の光電変換領域のうち、隣接する光電変換領域の間に、ウェルタップ領域が形成される領域を取り囲むように、領域隔壁部をポリシリコンで形成する工程と、前記領域隔壁部で囲まれた領域に、ウェル層表面から当該ウェル層と同一の導電型の不純物を注入して前記ウェルタップ領域を形成する工程とを具備することを特徴とする。 The present invention also relates to a method for manufacturing an imaging device having a plurality of photoelectric conversion regions formed in a well layer formed on a semiconductor substrate, the surface of the well layer formed in the well layer a plurality of photoelectric conversion region that is, between the adjacent photoelectric conversion region, so as to surround the region c Erutappu region is formed, and forming a region partition wall with polysilicon, surrounded by the region partition wall And the step of implanting impurities of the same conductivity type as the well layer from the surface of the well layer to form the well tap region.
このように本発明では、ゲート電極を形成する際に、ウェルタップ領域の形成位置を決める領域隔壁部を微細に加工できるポリシリコンで形成し、このポリシリコンで形成した領域隔壁部(ポリシリコン隔壁部)の内側のウェル層の表面から内部に向けてウェルタップ領域を形成することによって、その形成位置を、二つの光電変換領域(フォトダイオード部)の間で且つこれら光電変換領域の電荷蓄積層(N−型領域層)に近接しない位置に精度良く規定することができる。その際、ポリシリコンは微細加工ができるため、フォトダイオード部をできるだけ大きくし、且つ、その間にあるウェルタップ層が前記電荷蓄積層に近接しないような位置にウェルタップを形成することができる。これにより、一画素当たりのフォトダイオード部の面積が縮小されることがないため、飽和出力、感度などの良好な特性を得ることができ、しかも、ウェルタップのP+型領域がフォトダイオード部を形成するN−型領域層に近接しないように精度良く配置されるため、白点などが生じる恐れを無くすことができると共に、ウェルタップの不純物濃度を濃くすることができるため、ウェル電位の浮きを防止してシェーディングなどの不具合が発生しないようにすることができる。 As described above, in the present invention, when the gate electrode is formed, the region partition portion that determines the formation position of the well tap region is formed of polysilicon that can be finely processed, and the region partition portion (polysilicon partition wall) formed of this polysilicon is formed. The well tap region is formed from the surface of the well layer inside the portion) toward the inside, so that the formation position is between the two photoelectric conversion regions (photodiode portions) and the charge storage layer of these photoelectric conversion regions. It can be accurately defined at a position not close to the (N-type region layer). At this time, since the polysilicon can be finely processed, the photodiode portion can be made as large as possible, and the well tap can be formed at a position where the well tap layer therebetween is not close to the charge storage layer. As a result, the area of the photodiode portion per pixel is not reduced, so that favorable characteristics such as saturation output and sensitivity can be obtained, and the P + type region of the well tap forms the photodiode portion. Since it is arranged with high precision so as not to be close to the N − -type region layer, it is possible to eliminate the possibility of white spots and the like, and the impurity concentration of the well tap can be increased, thereby preventing the well potential from floating. Thus, problems such as shading can be prevented from occurring.
本発明によれば、ウェルタップ領域の形成位置を決める領域隔壁部をゲート電極を形成する際に微細に加工できるポリシリコンで形成し、このポリシリコンで形成した領域隔壁部の内側のウェル層の表面から内部に向けてウェルタップ領域を形成することにより、フォトダイオード部をできるだけ大きくし、且つ、二つのフォトダイオード部の間にあるウェルタップ領域がフォトダイオード部の電荷蓄積域層に近接しないような位置にウェルタップ領域を形成することができる。これにより、一画素当たりのフォトダイオード部の面積が縮小されることがないため、飽和出力、感度などの特性が良好で且つ白点やシェーディングなどの不具合を発生させないようにすることができ、総合的な特性の優れた撮像素子を得ることができる。 According to the present invention, the region partition wall portion that determines the formation position of the well tap region is formed of polysilicon that can be finely processed when forming the gate electrode, and the well layer inside the region partition wall portion formed of this polysilicon is formed. By forming the well tap region from the surface to the inside, the photodiode portion is made as large as possible, and the well tap region between the two photodiode portions is not close to the charge storage region layer of the photodiode portion. Well tap regions can be formed at various positions. As a result, the area of the photodiode portion per pixel is not reduced, so that characteristics such as saturation output and sensitivity are good, and problems such as white spots and shading can be prevented from occurring. An image sensor having excellent characteristics can be obtained.
白点やシェーディングの発生を無く、且つ、良好な飽和出力、感度などのセンサ特性を有する撮像素子を得る目的を、ウェルタップ領域の形成位置を決める領域隔壁部をゲート電極を形成する際に微細に加工できるポリシリコンで形成し、このポリシリコンで形成した領域隔壁部の内側のウェル層の表面から内部方向にウェルタップ領域を形成することによって実現した。 The purpose of obtaining an image sensor with no white spots or shading, and good sensor output characteristics such as saturation output and sensitivity, is to finely define the area partition that determines the well tap area formation position when forming the gate electrode. This was realized by forming the well tap region in the inner direction from the surface of the well layer inside the region partition wall portion formed of polysilicon.
図1は、本発明の一実施形態に係るCMOSイメージセンサの構成を示したブロック図である。但し、従来と同様の部分には同一符号を付して説明し、その説明を適宜省略する。CMOSイメージセンサは、N型半導体シリコン基板1、このN型半導体シリコン基板1上に形成されているPウェル層2、Pウェル層2に電位を与えるウェルタップ3、フォトダイオード部を構成するN−型領域層(電荷蓄積層)4、ウェルタップ3のP+領域を形成する際にその領域を規定するポリシリコン隔壁部10を有して構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. However, the same parts as those in the prior art will be described with the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. The CMOS image sensor includes an N-type semiconductor silicon substrate 1, a
図2は上記したCMOSイメージセンサの平面図である。CMOSイメージセンサはフォトダイオード部6、ポリシリコンで出来た転送ゲート7、ポリシリコンで出来たリセットゲート8、ポリシリコンで出来たアンプゲート9を有して構成され、フォトダイオード部6の間で、且つ、ポリシリコン隔壁部10で取り囲まれた領域にウェルタップ3が配置されている。
FIG. 2 is a plan view of the above-described CMOS image sensor. The CMOS image sensor includes a
次に上記したウェルタップ3の形成方法について図3〜図5を参照して説明する。まず、フォトリソグラフィーでポリシリコンにより上記した転送ゲート7、リセットゲート8、アンプゲート9を形成する際に使用するマスクパターンに、ウェルタップ3を形成する領域を規定するポリシリコン隔壁部10を形成するためのパターンを追加する。これにより、図3に示すようにポリシリコン隔壁部10がゲート電極(転送ゲート7、リセットゲート8、アンプゲート9)の形成時に作成される。
Next, a method for forming the
次に図4に示すように、フォトレジスト(PR)11でポリシリコン隔壁部10の内側を覆い、N型の不純物(砒素など)を矢印のようにイオンインプラーンテーションで注入してN−型領域層4を形成することにより、フォトダイオードを形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the inside of the
最後に、図5に示すように、フォトダイオード部をフォトレジスト11で覆い、P型の不純物(ボロン)を矢印のようにイオンインプラーンテーションして、P+型領域(ウェルタップ3)を形成する。これにより、ウェルタップ3のP+型領域はポリシリコン隔壁部10の内側にあるPウェル層2内に形成される。
Finally, as shown in FIG. 5, the photodiode portion is covered with a photoresist 11, and a P-type impurity (boron) is ion-implanted as shown by an arrow to form a P + type region (well tap 3). . As a result, the P + type region of the
本実施形態によれば、ポリシリコン隔壁部10によりウェルタップ3のP+型領域の範囲を規定し、フォトダイオード部6を形成するN−型領域層4にウェルタップ3のP+型領域が近接(PN接合が生成されるほどの距離)しないような位置にウェルタップ3を形成することができるが、ポリシリコンは微細加工ができるため、フォトダイオード部6をできるだけ大きくし、且つ、その間にあるウェルタップ3がフォトダイオード部6を形成するN−型領域層4に接近しないような位置にウェルタップ3を形成することができる。
According to this embodiment, the range of the P + type region of the
従って、一画素当たりのフォトダイオード部6の面積が縮小されることがほとんどなくなるため、飽和出力、感度などの良好な特性を得ることができる。しかも、ウェルタップ3のP+型領域がフォトダイオード部6を形成するN−型領域層4に近接しないように精度良く配置されるため、白点などが生じる恐れを無くすことができると共に、ウェルタップ3のP型不純物濃度を濃くすることができるため、ウェル電位の浮きを防止でき、シェーディングなどの不具合が発生しないようにすることができる。
Accordingly, since the area of the
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。本実施形態では、N型シリコン基板の上にP型のウェル層を形成しそこにフォトダイオード部6を形成するN−型領域層4とP+のウェルタップ3を有する極性のN型のCMOSイメージセンサに本発明を適用する例について説明したが、極性が反対のP型のCMOSイメージセンサに本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement also with another various form in a concrete structure, a function, an effect | action, and an effect. In the present embodiment, a polar N-type CMOS image having a P-type well layer formed on an N-type silicon substrate and having an N-
1……N型半導体シリコン基板、2……Pウェル層、3……ウェルタップ、4……N−型領域層(電荷蓄積層)、6……フォトダイオード部、7……転送ゲート、8……リセットゲート、9……アンプゲート、10……ポリシリコン隔壁部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type semiconductor silicon substrate, 2 ... P well layer, 3 ... Well tap, 4 ... N- type area | region layer (charge storage layer), 6 ... Photodiode part, 7 ... Transfer gate, 8 ...... Reset gate, 9 ... Amplifier gate, 10 ... Polysilicon barrier.
Claims (4)
前記半導体基板上に形成されるウェル層と、
前記ウェル層に形成される複数の光電変換領域と、
隣接する光電変換領域の間の前記ウェル層の表面に形成され、ウェルタップ領域が形成される領域を取り囲むように形成された領域隔壁部であって、ポリシリコンにより形成された領域隔壁部と、
前記領域隔壁部で囲まれた領域に、前記ウェル層の表面からその内部に向けて当該ウェル層と同一の導電型の不純物が注入されることによって形成されたウェルタップ領域と
を具備することを特徴とする撮像素子。 A semiconductor substrate;
A well layer formed on the semiconductor substrate;
A plurality of photoelectric conversion regions formed in the well layer;
A region partition formed on the surface of the well layer between adjacent photoelectric conversion regions and formed to surround a region where the well tap region is formed, and a region partition formed of polysilicon ;
A well tap region formed by injecting an impurity of the same conductivity type as the well layer from the surface of the well layer toward the inside of the region surrounded by the partition wall portion; An imaging device as a feature.
前記ウェル層の表面であって、ウェル層内に形成される複数の光電変換領域のうち、隣接する光電変換領域の間に、ウェルタップ領域が形成される領域を取り囲むように、領域隔壁部をポリシリコンで形成する工程と、
前記領域隔壁部で囲まれた領域に、ウェル層表面から当該ウェル層と同一の導電型の不純物を注入して前記ウェルタップ領域を形成する工程と、
を具備することを特徴とする撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing an imaging device having a plurality of photoelectric conversion regions formed in a well layer formed on a semiconductor substrate,
A surface of the well layer, among the plurality of photoelectric conversion region formed in the well layer, between adjacent photoelectric conversion region, so as to surround the region c Erutappu region is formed, a region partition wall Forming with polysilicon;
Injecting impurities of the same conductivity type as the well layer from the surface of the well layer into the region surrounded by the region partition wall , and forming the well tap region;
An image pickup device manufacturing method comprising:
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