JP5493430B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
このボロン注入はマスクを介して行われていたため、マスクの重ね合わせずれを起こし、転送ゲート部のエッジ部近傍の不純物濃度プロファイルがばらつき、信号電荷の読み出し特性、あるいは信号電荷の保持特性のばらつきを増大させていた。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
1.MOS固体撮像装置の概略構成例
2.第1実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法の例)
3.第2実施の形態(固体撮像装置の構成例)
4.第3実施の形態(固体撮像装置の構成例)
5.第4実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法)
6.第5実施の形態(固体撮像装置の構成例)
7.第6実施の形態(固体撮像装置の構成例)
8.第7実施の形態(固体撮像装置の構成例)
9.第8実施の形態(電子機器の構成例)
図1に、本発明の各実施の形態に適用されるMOS固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置1は、図1に示すように、半導体基板11例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素2が規則的に2次元的に配列された画素部(いわゆる撮像領域)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換素子となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して4つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素2は、1つの単位画素として構成することができる。また、画素2は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する1つのフローティングディフージョンと、共有する1つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の1つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
[固体撮像装置の構成例]
図2に、本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第1実施の形態に係る固体撮像装置21は、第1導電型、例えばn型の半導体基板(シリコン基板)22に、第2導電型、例えばp型の半導体ウェル領域23が形成された半導体基体を有する。このp型半導体ウェル領域23の各1つの単位画素の領域に、フォトダイオードPDと複数の画素トランジスタ、ここでは代表して転送トランジスタTr1とが形成される。すなわち、各単位画素では、フォトダイオードが形成されるフォトダイオード領域と、複数の画素トランジスタが形成される画素トランジスタ領域を有している。
図3〜図4に、第1実施の形態に係る固体撮像装置21の製造方法の実施の形態を示す。同図は、1つの単位画素のフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部のみを示す。先ず、図3Aに示すように、第1導電型、例えばn型の半導体基板(例えばシリコン基板)22に第2導電型、例えばp型の半導体ウェル領域23が形成された半導体基体が用意される。このp型半導体領域23の撮像領域となる所要領域において、各単位画素の転送トランジスタを形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)31を介して、不純物ドープした例えばポリシリコン膜による転送ゲート電極32を形成する。転送ゲート電極32は、例えばn型不純物をドープしたポリシリコン膜で形成される。この転送ゲート電極32は、画素の微細化に伴って、従来よりも電極膜厚がより薄くなるように形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図5に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第2実施の形態に係る固体撮像装置47は、前述の第1実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードPDとして、低不純物濃度の第2のフォトダイオードPD2と高不純物濃度の第1のフォトダイオードPD1とを有して構成される。第2のフォトダイオードPD2は、転送ゲート電極32直下の一部からサイドウォール33直下にわたる低不純物濃度のn型半導体領域27と、サイドウォール33直下の低不純物濃度のp型半導体領域28を有して形成される。第1のフォトダイオードPD1は、サイドウォール33の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のn型半導体領域24と、その表面側の高不純物度のp型半導体領域25を有して形成される。
さらに、このn型半導体領域24の下方に連続するように、第1のフォトダイオードPD1を構成するさらに低不純物濃度のn型半導体領域26が形成される。
第2実施の形態の固体撮像装置47の製造方法に関しては、基本的には第1実施の形態で説明した製造方法が適用される。
[固体撮像装置の構成例]
図6に、本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第3実施の形態に係る固体撮像装置49は、前述の第1実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードPDとして、低不純物濃度の第2のフォトダイオードPD2と高不純物濃度の第1のフォトダイオードPD1とを有して構成される。第2のフォトダイオードPD2は、転送ゲート電極32直下の一部からサイドウォール33直下にわたるように、低不純物濃度のn型半導体領域27とp型半導体領域28を有して形成される。第1のフォトダイオードPD1は、サイドウォール33の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のn型半導体領域24と、その表面側の高不純物度のp型半導体領域25を有して形成される。
第3実施の形態の固体撮像装置49の製造方法に関しては、基本的には第1実施の形態で説明した製造方法が適用される。
[固体撮像装置の構成例]
図7に、本発明に係る固体撮像装置の第4実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第4実施の形態に係る固体撮像装置51は、前述の第1実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードPDとして、pn接合を形成する半導体領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードPDを有して構成される。本例では3つのpn接合を有する埋め込み型のフォトダイオードPD1,PD2,PD3が形成される。
図8〜図9に、第4実施の形態に係る固体撮像装置51の製造方法の実施の形態を示す。同図は、1つの端画素のフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部のみを示す。先ず、図8Aに示すように、第1導電型、例えばn型の半導体基板(例えばシリコン基板)22に第2導電型、例えばp型の半導体ウェル領域23が形成された半導体基体が用意される。このp型半導体領域23の撮像領域となる所要領域において、各単位画素の転送トランジスタを形成すべき領域上に、ゲート絶縁膜31を介して、不純物ドープした例えばポリシリコン膜による転送ゲート電極32を形成する。この転送ゲート電極32は、画素の微細化に伴って、従来よりも電極膜厚がより薄くなるように形成される。
図8Cのレジストマスク50は、図8Bのレジストマスク50を用いたが、その他、図8Bのレジストマスク50を除去して、図8Cでは新なレジストマスク50として形成することもできる。
[固体撮像装置の構成例]
図10に、本発明に係る固体撮像装置の第5実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第5実施の形態に係る固体撮像装置58は、前述の第1実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードPDとして、低不純物濃度の第2のフォトダイオードPD2と高不純物濃度の第1のフォトダイオードPD1とを有して構成される。第2のフォトダイオードPD2は、転送ゲート電極32直下の一部からサイドウォール33直下にわたる低不純物濃度のn型半導体領域27と、サイドウォール33直下の低不純物濃度のp型半導体領域28を有して形成される。第1のフォトダイオードPD1は、サイドウォール33の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のn型半導体領域24と、その表面側の高不純物度のp型半導体領域25を有して形成される。n型半導体領域24の下方には、n型半導体領域24に連続するように、第1のフォトダイオードPD1を構成するさらに低不純物濃度のn型半導体領域26が形成される。
第5実施の形態の固体撮像装置58の製造方法に関しては、基本的には第1実施の形態で説明した製造方法が適用される。
[固体撮像装置の構成例]
図11に、本発明に係る固体撮像装置の第6実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第6実施の形態に係る固体撮像装置61は、前述の第1実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードPDとして、低不純物濃度の第2のフォトダイオードPD2と高不純物濃度の第1のフォトダイオードPD1とを有して構成される。第2のフォトダイオードPD2は、転送ゲート電極32直下の一部からサイドウォール33直下にわたる低不純物濃度のn型半導体領域27と、サイドウォール33直下の低不純物濃度のp型半導体領域28を有して形成される。第1のフォトダイオードPD1は、サイドウォール33の端縁から外側に電荷蓄積領域となる高不純物濃度のn型半導体領域24と、その表面側の高不純物度のp型半導体領域25を有して形成される。n型半導体領域24の下方には、n型半導体領域24に連続するように、第1のフォトダイオードPD1を構成するさらに低不純物濃度のn型半導体領域26が形成される。
第6実施の形態の固体撮像装置61の製造方法に関しては、基本的には第1実施の形態で説明した製造方法が適用される。
[固体撮像装置の構成例]
図12に、本発明に係る固体撮像装置の第7実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、MOS固体撮像装置であり、同図はその光電変換素子となるフォトダイオード及び転送トランジスタを含む要部を示す。第7実施の形態に係る固体撮像装置65は、前述の第1実施の形態と同様に、画素を構成するフォトダイオードPDとして、低不純物濃度の第2のフォトダイオードPD2と高不純物濃度の第1のフォトダイオードPD1とを有して構成される。第2のフォトダイオードPD2は、転送ゲート電極32直下の一部からサイドウォール33直下にわたる低不純物濃度のn型半導体領域27と、サイドウォール33直下の低不純物濃度のp型半導体領域28を有して形成される。第1のフォトダイオードPD1は、サイドウォール33の端縁から外側に主たる電荷蓄積領域となる高不純物濃度のn型半導体領域66と、その表面側の高不純物度のp型半導体領域25を有して形成される。
第7実施の形態の固体撮像装置65の製造方法に関しては、基本的には第1実施の形態で説明した製造方法が適用される。
[電子機器の構成例]
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。特に、微細な画素ができるので、小型の固体撮像装置を備えたカメラを製造することができる。
Claims (15)
- 単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つpn接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有し、
前記複数のフォトダイオードが、第1のフォトダイオード及び第2のフォトダイオードを含み、
前記第1のフォトダイオード及び前記第2のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、前記第2のフォトダイオードが、前記第1のフォトダイオードより転送ゲート電極側に形成され、
前記第1のフォトダイオードは、主たる電荷蓄積領域となり且つ不純物の導電型が第1導電型である第1半導体領域と、該第1半導体領域より半導体表面側に分布し且つ不純物の導電型が前記第1導電型と異なる第2導電型である第2半導体領域とを有し、
前記第2のフォトダイオードは、不純物の導電型が前記第1導電型である第3半導体領域と、該第3半導体領域より半導体表面側に分布し且つ不純物の導電型が前記第2導電型である第4半導体領域とを有し、
前記第1半導体領域の不純物濃度は前記第3半導体領域の不純物濃度より高く、
前記第2半導体領域の不純物濃度は前記第4半導体領域の不純物濃度より高く、
前記第3半導体領域は、前記第1半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部及び前記第1半導体領域の前記第2半導体領域側とは反対側の底部を覆うように形成されている
固体撮像装置。 - 前記第3半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部が、前記転送ゲート電極直下の一部に位置する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記第3半導体領域が、前記第4半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部を覆うように形成されている
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記第2のフォトダイオードの前記第4半導体領域がボロン導入領域で形成され、
前記第1のフォトダイオードの前記第2半導体領域がインジウム導入領域で形成されている
請求項3記載の固体撮像装置。 - さらに、前記転送ゲート電極と、
前記転送ゲート電極の前記複数のフォトダイオードの形成側の側部に設けられたサイドウォールとを備え、
前記サイドウォールに不純物が注入されている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記第1のフォトダイオードを構成する前記第1半導体領域の少なくとも一部が前記第2のフォトダイオードを構成する前記第3半導体領域と連続して形成され、前記第1のフォトダイオードを構成する前記第2半導体領域の少なくとも一部が前記第2のフォトダイオードを構成する前記第4半導体領域と連続して形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 単位画素のフォトダイオードを形成すべき領域に、
転送ゲート電極をマスクに不純物をイオン注入して、基板表面側に位置し且つ不純物の導電型が第2導電型である第4半導体領域と、該第4半導体領域より深い位置に分布し且つ不純物の導電型が前記第2導電型と異なる第1導電型である第3半導体領域を形成し、埋め込み型の第2のフォトダイオードを形成する工程と、
転送ゲート電極にサイドウォールを形成し、前記転送ゲート電極及びサイドウォールをマスクに不純物をイオン注入して、不純物濃度を高めた、基板表面側に位置し且つ不純物の導電型が前記第2導電型である第2半導体領域と、該第2半導体領域より深く且つ前記第3半導体領域の底部より浅い位置に分布し、不純物の導電型が前記第1導電型である第1半導体領域を形成し、埋め込み型の第1のフォトダイオードを形成する工程を
有する固体撮像装置の製造方法。 - 前記第2のフォトダイオードの形成工程では、前記第3半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部が、前記転送ゲート電極直下の一部に位置するように、前記第3半導体領域を形成する
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記それぞれのイオン注入を、不純物が前記転送ゲート電極を突き抜けない打ち込みエネルギーで行う
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記転送ゲート電極にサイドウォールを形成する際に、前記転送ゲート電極のフォトダイオードの形成側に不純物が注入されたサイドウォールを形成する
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第2のフォトダイオードの前記第4半導体領域をボロンのイオン注入で形成し、
前記第1のフォトダイオードの前記第2半導体領域をインジウムのイオン注入で形成する
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
単位画素のフォトダイオード領域に、素子分離領域を介さずに形成され且つpn接合領域部の不純物濃度が異なる複数のフォトダイオードを有し、
前記複数のフォトダイオードが、第1のフォトダイオード及び第2のフォトダイオードを含み、
前記第1のフォトダイオード及び前記第2のフォトダイオードが、ともに埋め込み型フォトダイオードで形成され、前記第2のフォトダイオードが、前記第1のフォトダイオードより転送ゲート電極側に形成され、
前記第1のフォトダイオードは、主たる電荷蓄積領域となり且つ不純物の導電型が第1導電型である第1半導体領域と、該第1半導体領域より半導体表面側に分布し且つ不純物の導電型が前記第1導電型と異なる第2導電型である第2半導体領域とを有し、
前記第2のフォトダイオードは、不純物の導電型が前記第1導電型である第3半導体領域と、該第3半導体領域より半導体表面側に分布し且つ不純物の導電型が前記第2導電型である第4半導体領域とを有し、
前記第1半導体領域の不純物濃度は前記第3半導体領域の不純物濃度より高く、
前記第2半導体領域の不純物濃度は前記第4半導体領域の不純物濃度より高く、
前記第3半導体領域は、前記第1半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部及び前記第1半導体領域の前記第2半導体領域側とは反対側の底部を覆うように形成されている
電子機器。 - 前記固体撮像装置において、
前記第3半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部が、前記転送ゲート電極直下の一部に位置する
請求項12記載の電子機器。 - 前記固体撮像装置において、
前記第3半導体領域が、前記第4半導体領域の前記転送ゲート電極側の側部を覆うように形成されている
請求項13記載の電子機器。 - 前記固体撮像装置において、
さらに、前記転送ゲート電極と、
前記転送ゲート電極の前記複数のフォトダイオードの形成側の側部に設けられたサイドウォールとを備え、
前記サイドウォールに不純物が注入されている
請求項14記載の電子機器。
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