JP5563179B1 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
固体撮像装置において、基板(1)上に形成した島状半導体(H1、H2、H3)内の上部のP領域(3a、3b、3c)の外周部に光電変換ダイオードとなるN領域(6a、6b、6c)が形成され、N領域(6a、6b、6c)とP領域(3a、3b、3c)に接するように、島状半導体(H1、H2、H3)の上端部の表層部に画素選択線導体層(8)に接続されるP+領域(7a、7b、7c)が形成されている。P+領域(7a)の厚さがP+領域(7b)より薄く、かつ、P+領域(7b)の厚さがP+領域(7c)より薄い。In the solid-state imaging device, an N region (6a, 6a, 6), which becomes a photoelectric conversion diode at the outer periphery of the upper P region (3a, 3b, 3c) in the island-shaped semiconductor (H1, H2, H3) formed on the substrate (1). 6b, 6c) is formed, and the pixel is formed on the surface layer portion at the upper end of the island-shaped semiconductor (H1, H2, H3) so as to contact the N region (6a, 6b, 6c) and the P region (3a, 3b, 3c). P + regions (7a, 7b, 7c) connected to the selection line conductor layer (8) are formed. The P + region (7a) is thinner than the P + region (7b), and the P + region (7b) is thinner than the P + region (7c).
Description
本発明は、固体撮像装置、詳しくは、島状半導体(柱状半導体)を用いて画素を形成し、高画素密度化、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現できるカラー撮像用固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device for color imaging in which pixels are formed using island-shaped semiconductors (columnar semiconductors) and high pixel density, high sensitivity, and high dynamic range can be realized.
CCD及びCMOS型などのカラー撮像用固体撮像装置はビデオカメラ、スティールカメラなどに多く用いられている。そして、これらの用途では、カラー撮像用固体撮像装置の高画素密度化、高感度化、高ダイナミックレンジ化などの性能向上が求められている。 Solid-state imaging devices for color imaging such as CCD and CMOS type are often used for video cameras, steel cameras and the like. In these applications, there is a demand for improved performance such as higher pixel density, higher sensitivity, and higher dynamic range of a solid-state imaging device for color imaging.
図6に、従来例のCMOS型カラー固体撮像装置における断面構造図を示す(例えば、特許文献1を参照)。
P領域(以下、アクセプタ不純物を含むP型半導体領域を「P領域」で示す。)シリコン(以下、「Si」で示す。)基板100表面に、例えばLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法によって分離(Isolation)用酸化シリコン層(以下、SiO2層で表す)101a〜101dが形成されている。これら分離用SiO2層101a〜101dの間に、N領域(以下、ドナー不純物を含んだN型半導体領域を「N領域」で示す。)102a〜102cが形成されている。
FIG. 6 shows a cross-sectional structure diagram of a conventional CMOS color solid-state imaging device (see, for example, Patent Document 1).
A P region (hereinafter, a P-type semiconductor region containing an acceptor impurity is indicated as “P region”) is separated from a surface of a silicon (hereinafter, “Si”)
図6では、P領域基板100とN領域102a〜102cとによって、PN接合によるフォトダイオードが形成されている。N領域102a〜102cの上面から入射した入射光(電磁エネルギー波)は、N領域102a〜102cと、この下方のP領域基板100において光電変換され、信号電荷(この場合、自由電子)が発生する。発生した信号電荷は、フォトダイオードに蓄積され、所定の時期に信号出力電流として外部に設けた出力回路に取り出される。
In FIG. 6, the
分離用SiO2層101a〜101dとN領域102a〜102c上に、層間SiO2層103が形成されている。この層間SiO2層103上に金属配線104a〜104dが形成されている。そして、層間SiO2層103と金属配線104a〜104d上に、例えばSiO2又は有機材料層からなる保護用絶縁層105が形成されている。An interlayer SiO 2 layer 103 is formed on the separation SiO 2 layers 101a to 101d and the
図6では、保護用絶縁層105の上面は平坦化されている。この保護用絶縁層105上に、上面に垂直な方向から見てフォトダイオードを形成するN領域102a〜102cを囲むように、赤色(R)用カラーフィルタ106R、緑色(G)用カラーフィルタ106G、青色(B)用カラーフィルタ106Bが配置されている。そして、赤色(R)用カラーフィルタ106R、緑色(G)用カラーフィルタ106G、青色(B)用カラーフィルタ106Bの間には分離用絶縁層107a〜107cが形成されている。
In FIG. 6, the upper surface of the
N領域102a〜102cの上面から入射した入射光のなかで、赤色(R)用カラーフィルタ106Rは、主として赤色波長光を透過させる層である。緑色(G)用カラーフィルタ106Gは、主として緑色波長光を透過させる層である。青色(B)用カラーフィルタ106Bは、主として青色波長光を透過させる層である。
Among the incident light incident from the upper surfaces of the
赤色(R)用カラーフィルタ106R(以下、「カラーフィルタ106R」と略記する。)、緑色(G)用カラーフィルタ106G(以下、「カラーフィルタ106G」と略記する。)、青色(B)用カラーフィルタ106B(以下、「カラーフィルタ106B」と略記する。)は、顔料又は染料を含むフォトレジストから形成される。緑色(G)用カラーフィルタ106Gは、フォトリソグラフィ(Photolithography)技術によって形成され、カラーフィルタ106G上から保護用絶縁層105と分離用絶縁層107aとで被覆される。フォトリソグラフィ技術によって、分離用絶縁層107a上にカラーフィルタ106Rと、カラーフィルタ106Bとが形成される。分離用絶縁層107cは、カラーフィルタ106R、106G、106Bの保護層としても機能する。
Red (R)
図6に示すP領域基板100上に形成された分離用SiO2層101a〜101d、N領域102a〜102c、金属配線104a〜104dは、マイクロプロセッサ、メモリなどにおいて用いられている微細加工技術である先端CMOS微細加工技術によって形成されている。図6には示していないが、分離用SiO2層101a〜101d、N領域102a〜102c、金属配線104a〜104dと同様に、P領域基板100上に、ドライバ回路、信号処理回路などを形成するためのCMOSトランジスタが、この先端CMOS微細加工技術によって形成されている。
The separation SiO 2 layers 101a to 101d, the
一方、カラーフィルタ106R、カラーフィルタ106G、カラーフィルタ106Bには、この先端CMOS微細加工技術を用いることができず、それとは別のフォトレジスト材料を用いるフォトリソグラフィ技術によって形成されている。
On the other hand, the
このフォトリソグラフィ技術による、カラーフィルタ106R、カラーフィルタ106G、カラーフィルタ106Bの微細化可能寸法(最小加工寸法)は、前述した先端CMOS微細加工技術による微細化可能寸法よりも粗い(大きな)ものとなる。このように、このカラーフィルタ106R、106G、106Bに微細加工技術を適用することができないことが、CMOS固体撮像装置の更なる高画素密度化を阻んでいる。
The size (minimum processing size) of the
さらに、カラーフィルタ106R、106G、106Bを形成するためのプロセス、装置は、前述した先端CMOS微細加工技術で用いられるプロセス、装置とは異なり、コスト増大の原因となっている。これは、固体撮像装置のコスト低減化のための課題となっている。
また、カラーフィルタ106R、106G、106B材料自体で光吸収が起こるため、カラーフィルタ106Rでは赤色(R)波長領域において光透過率100%を実現できない。これと同様にカラーフィルタ106G、カラーフィルタ106Bにおいても、それぞれ、緑色(G)波長領域、青色(B)波長領域での光透過率100%を実現できない。このように、カラーフィルタ106R、106G、106Bの光透過率の向上を阻害する光吸収が、CMOS型カラー固体撮像装置の高感度化を阻んでいる。Furthermore, the process and apparatus for forming the
In addition, since light absorption occurs in the
以下、図7A〜図7Cを参照して、別の従来例のカラー撮像用固体撮像装置を説明する。
図7Aに、1個の島状半導体に1個の画素が構成されている固体撮像装置の断面構造図を示す(例えば、特許文献2を参照)。
図7Aを参照して、基板111上に、信号線N+領域112(以下、ドナー不純物が多く含まれる半導体領域を「N+領域」とする。)が形成されている。信号線N+領域112上に島状半導体110が形成されている。島状半導体110内、かつ信号線N+領域112に繋がるP領域113の外周部に絶縁層114が形成され、この絶縁層114を介在させて導体層115が形成されている。この導体層115の上方におけるP領域113の外周部に、N領域116が形成されている。このN領域116及びP領域113上に、P+領域(以下、アクセプタ不純物が多く含まれる半導体領域を「P+領域」とする。)117が形成されている。このP+領域117は、画素選択線導体層118に接続されている。上述した絶縁層114は、島状半導体110の外周部を囲んだ状態で互いに繋がっている。この絶縁層114と同様に、導体層115も、島状半導体110の外周部を囲んだ状態で互いに繋がっている。Hereinafter, another conventional solid-state imaging device for color imaging will be described with reference to FIGS. 7A to 7C.
FIG. 7A shows a cross-sectional structure diagram of a solid-state imaging device in which one pixel is formed in one island-shaped semiconductor (see, for example, Patent Document 2).
Referring to FIG. 7A, a signal line N + region 112 (hereinafter, a semiconductor region containing a large amount of donor impurities is referred to as an “N + region”) is formed on a
この固体撮像装置では、島状半導体110内において、P領域113とN領域116とからフォトダイオード領域119が形成されている。ここで、島状半導体110の上端部表層のP+領域117側から光が入射すると、当該フォトダイオード領域119における光電変換領域にて信号電荷(ここでは、自由電子)が発生する。そして、発生した信号電荷は、主としてフォトダイオード領域119のN領域116に蓄積される。In this solid-state imaging device, a
また、島状半導体110内において、このN領域116をゲート、P+領域117をソースとし、信号線N+領域112近傍のP領域113をドレインとした接合電界効果トランジスタが構成されている。
この固体撮像装置では、接合電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流(出力信号)が、N領域116に蓄積された信号電荷量に応じて変化し、信号線N+領域112から信号出力として取り出される。In the island-
In this solid-state imaging device, the drain-source current (output signal) of the junction field effect transistor changes according to the signal charge amount accumulated in the
さらに、島状半導体110内には、フォトダイオード領域119のN領域116をソース、導体層115をゲート、信号線N+領域112をドレイン、N領域116と信号線N+領域112間のP領域113とをチャネルとしたMOSトランジスタが形成されている。
この固体撮像装置では、N領域116に蓄積された信号電荷は、MOSトランジスタのゲートである導体層115にオン電圧(高レベル電圧)が印加されることで、信号線N+領域112に除去される。Further, in the island-
In this solid-state imaging device, the signal charge accumulated in the
なお、本明細書では、「高レベル電圧」とは、信号電荷が自由電子の場合は、より高いレベルの正電圧を示し、「低レベル電圧」とは、この「高レベル電圧」と比較して絶対値が低い電圧をいうものとする。したがって、信号電荷が正孔の場合は、「高レベル電圧」は、より低いレベルの負電圧を意味し、「低レベル電圧」とは、「高レベル電圧」よりも0Vに近い電圧をいうものとする。 In this specification, “high level voltage” indicates a higher level positive voltage when the signal charge is a free electron, and “low level voltage” is compared with this “high level voltage”. The voltage with a low absolute value shall be said. Therefore, when the signal charge is a hole, “high level voltage” means a lower level negative voltage, and “low level voltage” means a voltage closer to 0V than “high level voltage”. And
この固体撮像装置の撮像動作は、信号線N+領域112、導体層115、P+領域117にグランド電圧(=0V)が印加された状態において、以下の(1)〜(3)の動作からなる。
(1)島状半導体110の上端部表層からの入射光によって光電変換領域(フォトダイオード領域119)に発生した信号電荷をN領域116に蓄積する信号電荷蓄積動作、
(2)信号線N+領域112及び導体層115にグランド電圧が印加されるとともに、P+領域117に正の電圧が印加された状態で、蓄積信号電荷量に応じて変化したN領域116の電位によって変調された接合電界効果トランジスタのソース・ドレイン電流を信号電流として読み出す信号電荷読み出し動作、
(3)この信号電荷読み出し動作の後に、P+領域117にグランド電圧が印加されるとともに、導体層115及び信号線N+領域112に正の電圧が印加された状態で、N領域116に蓄積されている信号電荷を信号線N+領域112に除去するリセット動作。
The imaging operation of the solid-state imaging device is based on the following operations (1) to (3) in a state where the ground voltage (= 0 V) is applied to the signal line N + region 112, the
(1) Island-
(2) In the state where the ground voltage is applied to the signal line N + region 112 and the
(3) After this signal charge reading operation, a ground voltage is applied to the P + region 117 and a positive voltage is applied to the
図7Bに、画素を構成する島状半導体P11〜P33(図7Aにおける島状半導体110に対応する。)が2次元マトリクス状に配列された従来例の固体撮像装置の平面図を示す。信号線N+領域112a、112b、112c(図7Aにおける信号線N+領域112に対応する。)上に画素を構成する島状半導体P11〜P33が形成されている。FIG. 7B is a plan view of a conventional solid-state imaging device in which island-shaped semiconductors P11 to P33 (corresponding to the island-shaped
これら島状半導体P11〜P33において、水平方向に延びる行毎に画素選択線導体層118a、118b、118c(図7Aに示す画素選択線導体層118に対応する。)が互いに繋がるように形成されている。これと同様に、画素を構成する島状半導体P11〜P33において、水平方向に延びる行毎に導体層115a、115b、115c(図7Aにおける導体層115に対応する。)が互いに繋がるように形成されている。
In these island-shaped semiconductors P11 to P33, the pixel selection
そして、島状半導体P11〜P33上に、青色(B)用カラーフィルタB1、B2、B3、赤色(R)用カラーフィルタR1、R2、R3、緑色(G)用カラーフィルタG1、G2、G3が形成されている。 On the island-shaped semiconductors P11 to P33, blue (B) color filters B1, B2, and B3, red (R) color filters R1, R2, and R3, and green (G) color filters G1, G2, and G3 are provided. Is formed.
以上の構成により、島状半導体P11、P21、P31の画素からは青色(B)信号電流が得られ、島状半導体P12、P22、P32の画素からは緑色(G)信号電流が得られ、島状半導体P13、P23、P33の画素からは赤色(R)信号電流が得られる。 With the above configuration, the blue (B) signal current is obtained from the pixels of the island-shaped semiconductors P11, P21, and P31, and the green (G) signal current is obtained from the pixels of the island-shaped semiconductors P12, P22, and P32. A red (R) signal current is obtained from the pixels of the semiconductors P13, P23, and P33.
図7Bに示す構成では、マスクがカラーフィルタB1、B2、B3、R1、R2、R3、G1、G2、G3、島状半導体P11〜P33を囲んで形成するために必要な製造上のマスク合せマージンを確保するため、島状半導体P11〜P33間に空間が必要となる。これにより画素の高密度化が制限される。さらに、本従来例の固体撮像装置では、図6に示す固体撮像装置と同じく、カラーフィルタB1、B2、B3、R1、R2、R3、G1、G2、G3での光吸収が、高感度化を実現するに当たっての阻害要因になっている。 In the configuration shown in FIG. 7B, the mask color filter B1, B2, B3, R1, R2, R3, G1, G2, G3, mask alignment margin in manufacture required to form surrounding the island-shaped semiconductor P11~P33 In order to ensure the above, a space is required between the island-shaped semiconductors P11 to P33. This limits the density of pixels. Furthermore, in the solid-state imaging device of this conventional example, as in the solid-state imaging device shown in FIG. 6, light absorption at the color filters B1, B2, B3, R1, R2, R3, G1, G2, and G3 increases sensitivity. It has become an impediment to the realization.
図7Cに、図7BにおけるC−C’線に沿った断面構造図を示す。
図7Cを参照して、基板111a上に信号線N+領域112a、112b、112cが形成され、信号線N+領域112a、112b、112c上に島状半導体P11、P12、P13が形成されている。島状半導体P11、P12、P13の間、かつ基板111a上に絶縁層120aが形成され、島状半導体P11、P12、P13の信号線N+領域112a、112b、112cに繋がるP領域113a、113b、113cの外周部に絶縁層114a、114b、114cを介して導体層115aが形成されている。この導体層115aは島状半導体P11、P12、P13を互いに繋げるように形成され、導体層115aの上端よりも上方に位置する島状半導体P11、P12、P13内の外周部に、フォトダイオードのN領域116a、116b、116cが形成されている。島状半導体P11、P12、P13の間、かつ導体層115a及び絶縁層120a上に絶縁層120bが形成され、島状半導体P11、P12、P13の上端部表層にP+領域117a、117b、117cが形成されている。P+領域117a、117b、117cに繋がるように、絶縁層120b上に画素選択線導体層118aが形成されている。絶縁層120b、画素選択線導体層118a、P+領域117a、117b、117c上に絶縁層120cが形成されている。絶縁層120cの表面は平坦化されており、絶縁層120c上に青色(B)用カラーフィルタB1、緑色(G)用カラーフィルタG1、赤色(R)用カラーフィルタR1が形成されている。カラーフィルタB1、G1、R1及び絶縁層120c上にオーバーコート絶縁層120dが形成されている。これらカラーフィルタB1、G1、R1は、島状半導体P11、P12、P13の画素構造に用いられる微細加工技術とは異なり、図6に示す固体撮像装置と同様な製造方法を用いて形成されることから、画素の高集積化と共に、コスト低減化の課題がある。FIG. 7C shows a cross-sectional structure diagram along the line CC ′ in FIG. 7B.
Referring to FIG. 7C, signal line N + regions 112a, 112b, 112c are formed on
以下、図8A〜図8Dを参照しながら、カラーフィルタを用いることなくカラー撮像が行える、別の従来例の固体撮像装置について説明する。 Hereinafter, another conventional solid-state imaging device capable of performing color imaging without using a color filter will be described with reference to FIGS. 8A to 8D.
図8Aに、この固体撮像装置の断面構造図を示す(例えば、特許文献3を参照)。
図8Aを参照して、P領域基板121にN領域(Nウエル)122が形成され、N領域122内にP領域(Pウエル)123が形成されている。ここで、P領域123内にN領域124が形成されている。P領域基板121とN領域122とからなるダイオード、N領域122とP領域123とからなるダイオード、P領域123とN領域124とからなるダイオードはそれぞれ逆バイアスされている。
ここで、N領域124の深さは、P領域基板121の表面から0.2μm程度であることが望ましく、P領域123の深さは、P領域基板121の表面から0.6μm程度であることが望ましく、N領域122の深さは、P領域基板121の表面から2μm程度であることが望ましい。FIG. 8A shows a cross-sectional structure diagram of this solid-state imaging device (see, for example, Patent Document 3).
Referring to FIG. 8A, an N region (N well) 122 is formed in a
Here, the depth of the
P領域基板121の表面から入射した入射光の内、主として青色(B)波長光は、P領域123とN領域124から構成されるダイオード領域126a(図8A中、点線で囲む領域)で光電変換され、発生した信号電荷はダイオード領域126aに蓄積される。主として緑色(G)波長光は、P領域123とN領域122から構成されるダイオード領域126b(図8A中、点線で囲む領域)で光電変換され、発生した信号電荷は、ダイオード領域126bに蓄積される。そして、主として赤色(R)波長光は、P領域基板121とN領域122から構成されるダイオード領域126c(図8A中、点線で囲む領域)で光電変換され、発生した信号電荷はダイオード領域126bに蓄積される。
Of the light incident from the front surface of the
そして、ダイオード領域126aに蓄積された信号電荷は、青色(B)信号として電流計125aから読み出され、ダイオード領域126aに蓄積された信号電荷は緑色(G)信号として電流計125bから読み出され、ダイオード領域126cに蓄積された信号電荷は赤色(R)信号として電流計125cから読み出される。
Then, the signal charge accumulated in the
図8Aに示す固体撮像装置がカラーフィルタを用いることなくカラー撮像を行えるのは、図8Bに示す半導体(この場合、シリコン(Si)からなる。)の光吸収特性を利用するためである。
図8Bに示すように、青色(B)波長光(λ=400nm)は、Si(シリコン)表面近傍で多くが吸収され、緑色(G)波長光(λ=550nm)、赤色(R)波長光(λ=700nm)と波長(λ)が大きくなるほどSi(シリコン)内部まで光が到達し、吸収される。これにより、主として青色(B)信号がダイオード領域126a、主として緑色(G)信号がダイオード領域126b、主として赤色(R)信号がダイオード領域126cからそれぞれ得られる。The reason why the solid-state imaging device shown in FIG. 8A can perform color imaging without using a color filter is to use the light absorption characteristics of the semiconductor shown in FIG. 8B (in this case, made of silicon (Si)).
As shown in FIG. 8B, most of blue (B) wavelength light (λ = 400 nm) is absorbed near the Si (silicon) surface, and green (G) wavelength light (λ = 550 nm), red (R) wavelength light. As the wavelength (λ) increases (λ = 700 nm), light reaches the inside of Si (silicon) and is absorbed. Thereby, mainly the blue (B) signal is obtained from the
図8Cに、電流計125a、125b、125cから得られる出力の光波長(λ)依存性を示す。
図8Cに示すように、電流計125aからの青色(B)信号出力VBは、主として青色(B)波長光出力成分、電流計125bからの緑色(G)信号出力VGは、主として緑色(G)波長光出力成分、電流計125cからの赤色(R)信号出力VRは、主として赤色(R)波長光出力成分をそれぞれ有している。これら信号出力VB、VG、VRに、例えばホワイトバランスなどの信号演算処理を行うことで所定のRGB信号が得られる。FIG. 8C shows the optical wavelength (λ) dependence of the output obtained from the
As shown in FIG. 8C, the blue (B) signal output VB from the
図8Dに、図8Aに示す断面構造を、P領域基板121の表面から見た場合の平面図及び出力回路を示す。
図8Dに示すように、P領域基板121内にN領域(Nウエル)122が形成され、N領域122内にP領域(Pウエル)123が形成されている。P領域123内にN領域124が形成されている。P領域基板121の表面と同じ表面上のN領域124にコンタクトホール127a、P領域123にコンタクトホール127b、N領域122にコンタクトホール127cがそれぞれ形成されている。
In FIG. 8D, a cross-sectional structure shown in FIG. 8A, a plan view and an output circuit as viewed from the front surface of the
As shown in FIG. 8D, an N region (N well) 122 is formed in the
コンタクトホール127aと、コンタクトホール127aに繋がる引き出し線128aを介してN領域124と出力回路129a(図8D中で点線で囲む領域)とが接続されている。コンタクトホール127bと、コンタクトホール127bに繋がる引き出し線128bを介してP領域123と出力回路129b(図8D中で点線で囲む領域)とが接続されている。コンタクトホール127cと、コンタクトホール127cに繋がる引き出し線128cを介してN領域122と出力回路129c(図8D中で点線で囲む領域)とが接続されている。
The
出力回路129a、129b、129cは、それぞれ、N領域124、P領域123、N領域122の電圧を検知するためのアンプMOSトランジスタAm、行選択(row selection)用MOSトランジスタRS、ダイオード領域126a、126b、126cに蓄積した信号電荷を除去するリセットMOSトランジスタReから構成される。ここで、青色(B)信号は、青色(B)用信号線130a、緑色(G)信号は、緑色(G)用信号線130b、赤色(R)信号は、赤色(R)用信号線130cからそれぞれ読み出される。これら出力回路129a、129b、129cは、N領域122の外側のP領域基板121表面に形成されている。
図8A、図8Dに示す固体撮像装置は、図6に示す固体撮像装置と比べ、カラーフィルタを用いずにカラー撮像ができること、RGB波長光の光電変換するダイオード領域126a、126b、126cが深さ方向に重なって形成されていることに特長がある。
The solid-state imaging device shown in FIGS. 8A and 8D can perform color imaging without using a color filter, and the
しかしながら、この固体撮像装置では、最も大きい受光面積を要求される青色(B)波長光を受光するN領域124が、P領域123、N領域122の内側に形成されるため、所定の青色(B)波長光感度を得る場合に、画素サイズが大きくなってしまう。また、青色(B)波長光、緑色(G)波長光、赤色(R)波長光の全てを含んだ白色(W)波長光の信号を得ることができないという問題もある。
However, in this solid-state imaging device, the
図6に示す固体撮像装置において、カラーフィルタ106B、106G、106Rを設けた画素とは別に、カラーフィルタ106B、106G、106Rを設けていない新たな画素を形成し、その画素から白色(W)波長光信号を得ることにより、高感度化又は高ダイナミックレンジ化を図ることができる(例えば、非特許文献1、2を参照)。
この技術によれば、白色(W)用画素は、他のRGB画素と比べ、大きい信号電流を読み出すことができるので、高いSN比(信号/ノイズ比)が得られることを利用している。これに対し、図8Aに示す固体撮像装置では、白色(W)波長光の信号電流を直接的に読み出すことができない。In the solid-state imaging device shown in FIG. 6, in addition to the pixels provided with the
According to this technique, since the white (W) pixel can read a larger signal current than other RGB pixels, it utilizes the fact that a high SN ratio (signal / noise ratio) can be obtained. In contrast, the solid-state imaging device shown in FIG. 8A cannot directly read the signal current of white (W) wavelength light.
図6及び図7Cに示す従来例の固体撮像装置において、カラーフィルタ106B、106G、106R、B1、G1、R1の下部に形成される画素構造は、先端CMOS微細加工技術を用いて形成される。
In the conventional solid-state imaging device shown in FIGS. 6 and 7C, the pixel structure formed below the
一方、カラーフィルタ106B、106G、106R、B1、G1、R1は、このCMOS微細加工技術を用いることができず、これとは別のフォトレジスト材料を用いたフォトリソグラフィ技術によって形成される。
On the other hand, the
したがって、カラーフィルタ106B、106G、106R、B1、G1、R1の微細加工寸法は、先端CMOS微細加工技術による微細加工寸法よりも粗い(大きい)ものとなる。このため、このカラーフィルタ106B、106G、106R、B1、G1、R1の微細加工技術が、CMOS固体撮像装置の更なる高画素密度化を制限している。
Therefore, the microfabrication dimensions of the
さらに、カラーフィルタ106B、106G、106R、B1、G1、R1を形成するためのプロセス、装置は、先端CMOS微細加工技術で用いられるプロセス、装置とは異なり、コスト増大の原因となっている。これは、固体撮像装置のコスト低減化のための課題となっている。
Further, the processes and apparatuses for forming the
また、図6及び図7Cに示す従来例の固体撮像装置におけるR、G、Bカラーフィルタ106R、106G、106B、B1、G1、R1は、材料自体で光吸収が起こるため、カラーフィルタ106R、R1では赤色(R)波長領域において光透過率100%を実現できない。これと同様にカラーフィルタ106G、G1、青色(B)用カラーフィルタ106B、B1においても、緑色(G)波長領域、青色(B)波長領域での光透過率100%を実現できない。このようにカラーフィルタ106R、106G、106B、B1、G1、R1の光透過率の向上を阻害する光吸収が、CMOS型カラー固体撮像装置の高感度化を阻んでいる。
Further, the R, G, and
また、図8Aに示す従来例の固体撮像装置においては、RGB波長光を光電変換するダイオード領域126a、126b、126cが、深さ方向に重なって形成され、最も大きい受光面積を要求される青色(B)波長光を受光するN領域124が、P領域123、N領域122の内側に形成される。このため、所定の青色(B)波長光感度を得ようとすると、画素サイズが大きくなってしまう。また、青色(B)波長光、緑色(G)波長光、赤色(R)波長光の全てを含む白色(W)波長光の信号を直接的に得ることができないため、白色(W)波長光信号を利用した高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現できないという事情がある。
In the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 8A,
本発明のカラー撮像用固体撮像装置は、
複数の画素が島状半導体から構成され、画素領域に2次元状に配列されている固体撮像装置において、
基板上に、第1半導体領域が形成され、
前記第1半導体領域上に前記島状半導体を構成する母体半導体領域が形成され、
前記第1半導体領域から離間した前記母体半導体領域の外周部に、前記母体半導体領域とダイオードを形成する第2半導体領域が形成され、
前記第2半導体領域の上部において、前記母体半導体領域に接するように、前記第2半導体領域と反対の導電型を有する第3半導体領域が形成され、
前記第3半導体領域は、前記島状半導体の上端部表面から入射した入射光が前記第3半導体領域にて吸収され、これにより発生した信号電荷を、前記第3半導体領域で再結合させて消滅させるに十分な量のアクセプタ、又はドナー不純物を含んでおり、
前記島状半導体は、少なくとも2つの異なる厚さを有する前記第3半導体領域を含んで形成され、
前記固体撮像装置による撮像動作が、
前記第2半導体領域と前記母体半導体領域とからなるダイオード領域において、前記島状半導体の上端部表面から入射した光を吸収し、信号電荷を発生させる光電変換動作と、
前記発生信号電荷を前記ダイオード領域に蓄積する信号電荷蓄積動作と、
前記第1半導体領域と前記第3半導体領域のいずれかをソース、又はドレインとし、前記第2半導体領域をゲートとし、前記第2半導体領域で囲まれた前記母体半導体領域をチャネルとした接合電界効果トランジスタに流れるソース・ドレイン電流を検出することにより、前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷量を検知する蓄積信号電荷量読み出し動作と、
前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷を前記第1半導体領域に除去する信号電荷除去動作と、を備える、
ことを特徴とする。
The solid-state imaging device for color imaging of the present invention is
In a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are formed of island-shaped semiconductors and are two-dimensionally arranged in a pixel region,
A first semiconductor region is formed on the substrate,
A base semiconductor region constituting the island-shaped semiconductor is formed on the first semiconductor region,
A second semiconductor region that forms a diode with the mother semiconductor region is formed on an outer periphery of the mother semiconductor region spaced from the first semiconductor region;
A third semiconductor region having a conductivity type opposite to the second semiconductor region is formed on the second semiconductor region so as to be in contact with the base semiconductor region,
In the third semiconductor region, incident light incident from the top surface of the island-shaped semiconductor is absorbed by the third semiconductor region, and signal charges generated thereby are recombined in the third semiconductor region to disappear. Contains a sufficient amount of acceptor or donor impurities to
The island-shaped semiconductor is formed including the third semiconductor region having at least two different thicknesses,
Imaging operation by the solid-state imaging device,
A photoelectric conversion operation that absorbs light incident from an upper surface of the island-shaped semiconductor and generates a signal charge in a diode region including the second semiconductor region and the base semiconductor region;
A signal charge accumulation operation for accumulating the generated signal charge in the diode region;
Junction field effect using either the first semiconductor region or the third semiconductor region as a source or drain, the second semiconductor region as a gate, and the base semiconductor region surrounded by the second semiconductor region as a channel A stored signal charge amount reading operation for detecting a signal charge amount stored in the diode region by detecting a source / drain current flowing in the transistor;
A signal charge removal operation for removing signal charges accumulated in the diode region in the first semiconductor region,
It is characterized by that.
前記複数の島状半導体は、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過する前記第3半導体層を有する第1島状半導体と、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光を吸収する前記第3半導体層を有する第2島状半導体と、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光及び緑色波長光を吸収する前記第3半導体層を有する第3島状半導体と、を少なくとも備え、
前記第1島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第1島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第2島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第2島状半導体の上端部表面から入射した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第3島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第3島状半導体の上端部表面から入射した赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積と、を行うように、
前記第1島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第2島状半導体の前記第3半導体領域の厚さより薄く、前記第2島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第3島状半導体の前記第3半導体領域の厚さより薄く、かつ、
前記第1島状半導体、前記第2島状半導体、前記第3島状半導体が隣接するように形成されている、
ことが好ましい。
The plurality of island- shaped semiconductors are
A first island-shaped semiconductor having the third semiconductor layer that transmits blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light, which is incident from the top surface of the island-shaped semiconductor;
A second island-shaped semiconductor having the third semiconductor layer that absorbs blue wavelength light incident from an upper surface of the island-shaped semiconductor;
A third island-shaped semiconductor having at least the third semiconductor layer that absorbs blue wavelength light and green wavelength light incident from the surface of the upper end portion of the island-shaped semiconductor;
The diode region of the first island-shaped semiconductor is photoelectrically converted from blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light that is incident from the upper end surface of the first island-shaped semiconductor, and the photoelectrically converted signal charges. Accumulation and
The diode region of the second island-shaped semiconductor performs photoelectric conversion of green wavelength light and red wavelength light incident from the upper end surface of the second island-shaped semiconductor, and accumulation of the photoelectrically converted signal charge. ,
The diode region of the third island-shaped semiconductor is configured to perform photoelectric conversion of red wavelength light incident from the upper end surface of the third island-shaped semiconductor and accumulation of signal charges that have been photoelectrically converted.
The thickness of the third semiconductor region of the first island-shaped semiconductor is smaller than the thickness of the third semiconductor region of the second island-shaped semiconductor, and the thickness of the third semiconductor region of the second island-shaped semiconductor is the thickness of the third semiconductor region. Less than the thickness of the third semiconductor region of the third island-shaped semiconductor, and
The first island-shaped semiconductor, the second island-shaped semiconductor, and the third island-shaped semiconductor are formed adjacent to each other.
It is preferable.
前記第1島状半導体上、又は、前記第2島状半導体上のいずれか一方に原色型又は補色型のカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタを透過した光には、前記カラーフィルタの下方にある前記第1島状半導体内、又は、前記第2島状半導体内の前記ダイオード領域で光吸収、及び信号電荷蓄積を行う光波長成分が含まれる、ことが好ましい。 Wherein the first island-shaped semiconductor, or the one of the second island-shaped semiconductor primary color type or a complementary color type color filter being provided on at, the light transmitted through the color filter is the color filter It is preferable that a light wavelength component for performing light absorption and signal charge accumulation in the diode region in the first island-shaped semiconductor or the second island-shaped semiconductor located below is included.
前記画素領域において、青色波長光を透過するカラーフィルタを上部に形成した前記第1島状半導体と、前記青色波長光を透過するカラーフィルタを上部に形成していない前記第1島状半導体と、が形成され、前記青色波長光を透過するカラーフィルタが上部に形成されていない前記第1島状半導体から青色波長光成分、緑色波長光成分及び赤色波長光成分を含む白色信号電流が得られる、ことが好ましい。 In the pixel region, color filter and the first island-shaped semiconductor formed on the upper part data, the first island-shaped semiconductor that does not form a color filter on top that transmits the blue wavelength light passing through the blue wavelength light When, white signal current containing a is formed, the color filter is a blue wavelength light component from the first island-shaped semiconductor is not formed on the top which transmits the blue wavelength light, green wavelength light component and red wavelength light component It is preferable to be obtained.
前記第3半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過し、
前記第3半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光を吸収し、
前記複数の島状半導体は、
前記第3半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第4島状半導体と、
前記第3半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の一方又は双方の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第5島状半導体と、を有し、
前記第5島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第4島状半導体の前記第3半導体領域の厚さと等しいか、又は厚く、
前記画素領域に、前記第4島状半導体及び前記第5島状半導体における前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域と同様な構造を有する第6島状半導体が形成され、
前記第6島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第4島状半導体、前記第5島状半導体、前記第6島状半導体が隣接するように形成されている、
ことが好ましい。The third semiconductor region transmits blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light incident from an upper end surface of the island-shaped semiconductor,
The third semiconductor region absorbs blue wavelength light incident from the top surface of the island-shaped semiconductor,
The plurality of island-shaped semiconductors are
A fourth island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light that has been transmitted through the third semiconductor region, and accumulation of the photoelectrically converted signal charge;
A fifth island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of one or both of green wavelength light and red wavelength light that has passed through the third semiconductor region, and accumulation of the photoelectrically converted signal charge; And
A thickness of the third semiconductor region of the fifth island-shaped semiconductor is equal to or greater than a thickness of the third semiconductor region of the fourth island-shaped semiconductor;
A sixth island-shaped semiconductor having a structure similar to that of the second semiconductor region and the third semiconductor region in the fourth island-shaped semiconductor and the fifth island-shaped semiconductor is formed in the pixel region,
A primary color type or a complementary color type color filter is formed on the sixth island-shaped semiconductor,
The fourth island-shaped semiconductor, the fifth island-shaped semiconductor, and the sixth island-shaped semiconductor are formed adjacent to each other.
It is preferable.
前記第3半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光を透過し、
前記第3半導体領域が、前記島状半導体の上端部表面から入射した青色波長光を吸収し、
前記複数の島状半導体は、
前記第3半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換により得られた信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第7島状半導体と、
前記第3半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第8島状半導体と、を有し、
前記第8島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第7の島状半導体の前記第3半導体領域の厚さより厚く形成され、
前記画素領域に、前記第7島状半導体及び前記第8島状半導体における前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域と同様な構造を有する第9島状半導体が形成され、
前記第9島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第7島状半導体、前記第8島状半導体、前記第9島状半導体が隣接するように形成されている、
ことが好ましい。The third semiconductor region transmits blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light incident from an upper end surface of the island-shaped semiconductor,
The third semiconductor region absorbs blue wavelength light incident from the top surface of the island-shaped semiconductor,
The plurality of island-shaped semiconductors are
A seventh island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light transmitted through the third semiconductor region, and accumulation of signal charges obtained by the photoelectric conversion;
An eighth island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of green wavelength light and red wavelength light transmitted through the third semiconductor region and accumulation of the photoelectrically converted signal charge;
A thickness of the third semiconductor region of the eighth island-shaped semiconductor is formed to be greater than a thickness of the third semiconductor region of the seventh island-shaped semiconductor;
A ninth island-shaped semiconductor having the same structure as the second semiconductor region and the third semiconductor region in the seventh island-shaped semiconductor and the eighth island-shaped semiconductor is formed in the pixel region,
A primary color type or complementary color type color filter is formed on the ninth island-shaped semiconductor,
The seventh island-shaped semiconductor, the eighth island-shaped semiconductor, and the ninth island-shaped semiconductor are formed adjacent to each other.
It is preferable.
前記基板と前記第1半導体領域との間に光を透過する絶縁層が形成され、前記絶縁層の厚さが、前記島状半導体の上端部表面から入射した光線の内、前記絶縁層から前記島状半導体の前記ダイオード領域に戻る光線の赤波長成分が緑波長成分よりも多くなるように設定されている、ことが好ましい。 An insulating layer that transmits light is formed between the substrate and the first semiconductor region, and the insulating layer has a thickness from the insulating layer out of the rays incident from the top surface of the island-shaped semiconductor. island-like semiconductor said diode red wave Adjust amount of light returning to the region of the are set to be larger than the green wavelength components, it is preferable.
前記画素領域において、前記第3半導体領域は、少なくとも2つの異なる厚さを有する前記島状半導体が、ジグザグ状又は市松状に配置されている、ことが好ましい。 In the pixel region, it is preferable that in the third semiconductor region, the island-shaped semiconductors having at least two different thicknesses are arranged in a zigzag shape or a checkered shape.
本発明によれば、高画素密度化、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現された固体撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device in which high pixel density, high sensitivity, and high dynamic range are realized.
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置、及び、この固体撮像装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the solid-state imaging device will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
以下、図1A、図1Bを参照しながら、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図1Aに、本実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示す。
図1Aに示すように、基板1上に信号線N+領域2a、2b、2cが形成されている。信号線N+領域2a、2b、2c上に島状半導体H1、H2、H3が形成されている。島状半導体H1、H2、H3内において、信号線N+領域2a、2b、2cに繋がるように、島状半導体H1、H2、H3を構成する母体となる母体半導体領域であるP領域3a、3b、3cが形成されている。P領域3a、3b、3cの外周部に絶縁層4a、4b、4cが形成され、絶縁層4a、4b、4cを介在させ、導体層5が島状半導体H1、H2、H3の外周部に形成されている。(First embodiment)
The solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A and 1B.
FIG. 1A shows a cross-sectional structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, signal line N + regions 2a, 2b, and 2c are formed on a substrate 1. Island-like semiconductors H1, H2, and H3 are formed on the signal line N + regions 2a, 2b, and 2c. In the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3,
導体層5は島状半導体H1、H2、H3を互いに繋げるように形成されている。島状半導体H1、H2、H3の外周表面にあって、導体層5の上端よりも上方にあるP領域3a、3b、3cの外周部には、N領域6a、6b、6cが形成されている。N領域6a、6b、6cとP領域3a、3b、3cとに接するように、島状半導体H1、H2、H3の上端部の表層部にP+領域7a、7b、7cが形成されている。The
本実施形態では、このP+領域7a、7b、7cの島状半導体H1、H2、H3における高さ(厚さ)が互いに異なっている(図1Aにおいて、P+領域7aの厚さ(ここでは、光が入射する島状半導体H1、H2、H3の上端部表層面からの深さに相当する。以下、P+領域7b、P+領域7cなどについても同様とする。)はL7a、P+領域7bの厚さはL7b、P+領域7cの厚さはL7cである)。ここで、L7aがL7bより薄く、L7bがL7cより薄くなっている(L7a<L7b<L7c)。P+領域7a、7b、7cはいずれも画素選択線導体層8に接続されている。島状半導体H1、H2、H3を囲むように、基板1上に第1層間絶縁層9aが形成されている。第1層間絶縁層9a上に、導体層5が形成され、導体層5及び第1層間絶縁層9a上に第2層間絶縁層9bが形成されている。第2層間絶縁層9b及び画素選択線導体層8上にオーバーコート絶縁層9cが形成されている。
In the present embodiment, the height (thickness) of the P + regions 7a, 7b, and 7c in the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 is different from each other (in FIG. 1A, the thickness of the P + region 7a (here, light corresponds to the depth from the upper end surface layer of the island-like semiconductor H1, H2, H3 incident. hereinafter, P +
本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体H1、H2、H3内において、P領域3a、3b、3cとN領域6a、6b、6cとからフォトダイオード領域10a、10b、10cが形成されている。ここで、島状半導体H1、H2、H3の上端部表層のP+領域7a、7b、7c側から光が入射すると、当該フォトダイオード領域10a、10b、10cの光電変換領域にて信号電荷(ここでは、自由電子)が発生する。そして、発生した信号電荷は、主としてフォトダイオード領域10a、10b、10cのN領域6a、6b、6cに蓄積される。In the solid-state imaging device according to the present embodiment,
また、島状半導体H1、H2、H3内において、N領域6a、6b、6cをゲート、P+領域7a、7b、7cをソース、信号線N+領域2a、2b、2c近傍のP領域3a、3b、3cをドレインとした接合電界効果トランジスタが構成されている。そして、この固体撮像装置では、接合電界効果トランジスタのドレイン・ソース間電流(出力信号)が、N領域6a、6b、6cに蓄積された信号電荷量に応じて変化し、信号線N+領域2a、2b、2cから信号出力として取り出される。Further, in the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3, the
さらに、島状半導体H1、H2、H3内には、フォトダイオード領域10a、10b、10cのN領域6a、6b、6cをソース、導体層5をゲート、信号線N+領域2a、2b、2cをドレイン、N領域6a、6b、6cと信号線N+領域2a、2b、2cとの間のP領域3a、3b、3cをチャネルとしたMOSトランジスタが形成されている。Further, in the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3, the
この固体撮像装置では、このN領域6a、6b、6cに蓄積された信号電荷は、MOSトランジスタのゲートである導体層5にオン電圧(高レベル電圧)が印加されることによって、信号線N+領域2a、2b、2cに除去される。In this solid-state imaging device, the signal charges accumulated in the
本実施形態に係る固体撮像装置の断面は、図7Cに示す従来例の固体撮像装置と比較すると以下の2点で異なる。
即ち、1つは、従来例の固体撮像装置において形成されているRGBカラーフィルタ(カラーフィルタB1、G1、R1)が本実施形態に係る固体撮像装置では形成されていない点である。もう1つは、従来例の固体撮像装置においてはP+領域117a、117b、117cの厚さが互いに等しいのに対して、本実施形態に係る固体撮像装置ではP+領域7a、7b、7cの厚さが互いに異なる点である。The cross section of the solid-state imaging device according to the present embodiment differs from the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 7C in the following two points.
That is, one is that the RGB color filters (color filters B1, G1, R1) formed in the conventional solid-state imaging device are not formed in the solid-state imaging device according to the present embodiment. The other is that the P + regions 117a, 117b, and 117c have the same thickness in the solid-state imaging device of the conventional example, whereas the P + regions 7a, 7b, and 7c in the solid-state imaging device according to the present embodiment are the same. The thickness is different from each other.
島状半導体H1、H2、H3がシリコン(Si)で形成されている場合は、図8Bから、以下のような寸法、構造を有することが望ましい。
即ち、図1Aを参照して、P+領域7aの厚さL7aは0.1μm以下であることがよい。P+領域7bの厚さL7bは0.4μm程度であることがよく、P+領域7cの厚さL7cは1.2μm程度であることがよい。島状半導体H1、H2、H3の高さは2μm程度であることがよく、島状半導体H1、H2、H3を囲む導体層5の高さLGは0.2μm以下であることがよい。これら構成要素の厚さは、所定の分光感度特性を得るため固体撮像装置の表面に設けた赤外カットフィルタの光透過特性、又は、要求する色再現特性に依存して異なる。
When the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 are formed of silicon (Si), it is desirable to have the following dimensions and structure from FIG. 8B.
That is, referring to FIG. 1A, the thickness L7a of the P + region 7a is preferably 0.1 μm or less. The thickness L7b of the P + region 7b is preferably about 0.4 μm, and the thickness L7c of the P + region 7c is preferably about 1.2 μm. The height of the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 is preferably about 2 μm, and the height LG of the
P+領域7a、7b、7cには、多数の正孔(ホール)が存在している。このため、P+領域7a、7b、7cの表面から入射した入射光のうち、P+領域7a、7b、7c内で吸収された光により発生した信号電荷(この場合は自由電子)は、P+領域7a、7b、7c内で多数存在する正孔と再結合して消滅する。このため、P+領域7a、7b、7cは光感度に対して無効領域となる。その一方で、島状半導体H1、H2、H3においてはN領域6a、6b、6cとP領域3a、3b、3cによってフォトダイオード領域10a、10b、10cが形成され、これらフォトダイオード領域10a、10b、10cが光電変換領域になる。そして、この光電変換領域で発生した信号電荷は、主としてN領域6a、6b、6cにおいて蓄積される。Many holes are present in the P + regions 7a, 7b, and 7c. Therefore, P +
図1を参照して、島状半導体H1では、P+領域7aの厚さL7aが0.1μm以下であるため、N領域6aとP領域3aによるフォトダイオード領域10aに、P+領域7a表面から入射した、主として青色(B)、緑色(G)、赤色(R)波長光によって信号電荷が発生し、その信号電荷は主としてN領域6aに蓄積される。Referring to FIG. 1, in island-shaped semiconductor H1, since thickness L7a of P + region 7a is 0.1 μm or less,
島状半導体H2では、P+領域7bの厚さL7bが0.4μm程度であるため、P+領域7bの表面から入射した入射光の内で、青色(B)波長光がP+領域7bで吸収される。このため、N領域6b及びP領域3bからなるフォトダイオード領域10bにおいては、主として緑色(G)波長光、赤色(R)波長光による信号電荷が発生し、発生した信号電荷は主としてN領域6bに蓄積される。
In the island-shaped semiconductor H2, P + for
島状半導体H3では、P+領域7cの厚さL7cが1.2μm程度であるため、青色(B)波長光及び緑色(G)波長光がP+領域7cで吸収される。このため、N領域6c及びP領域3cから構成されるフォトダイオード領域10cに、P+領域7cの表面から入射した、主として赤色(R)波長光による信号電荷が発生し、発生した信号電荷は、主としてN領域6cに蓄積される。N領域6a、6b、6cに蓄積された信号電荷は、導体層5に高レベル電圧を印加することで信号線N+領域2a、2b、2cから信号電流として読み出される。In the island-shaped semiconductor H3, since the thickness L7c of the P + region 7c is about 1.2 μm, the blue (B) wavelength light and the green (G) wavelength light are absorbed by the P + region 7c. For this reason, a signal charge mainly due to red (R) wavelength light incident from the surface of the P + region 7c is generated in the
信号線N+領域2bから読み出された信号電荷は、主として入射した緑色(G)波長光及び赤色(R)波長光から発生したものであり、信号線N+領域2cから読み出された信号電荷は主として入射した赤色(R)波長光から発生したものである。このため、外部演算回路によって、信号線N+領域2b由来の信号電流から、信号線N+領域2c由来の信号電流を減算処理することによって緑色(G)信号が得られる。そして、信号線N+領域2aから読み出される信号電流は、主として入射した赤色(R)波長光、緑色(G)波長光、青色(B)波長光から発生した信号である。このため、前述した演算処理によって得られた緑色(G)信号及び赤色(R)信号と、信号線N+領域2aから読み出される、主として青色(B)波長光、緑色(G)波長光、赤色(R)波長光による信号とを外部回路で減算演算することによって青色(B)信号を得ることができる。これにより、島状半導体H1は、青色(B)用画素となり、島状半導体H2は、緑色(G)用画素となり、島状半導体H3は、赤色(R)用画素となる。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置では、RGBカラーフィルタを設けないでも、カラー撮像が可能となる。The signal charge read from the signal line N + region 2b is mainly generated from the incident green (G) wavelength light and red (R) wavelength light, and the signal read from the signal line N + region 2c. The charge is mainly generated from incident red (R) wavelength light. Therefore, a green (G) signal is obtained by subtracting the signal current derived from the signal line N + region 2c from the signal current derived from the signal line N + region 2b by an external arithmetic circuit. The signal current read from the signal line N + region 2a is a signal generated mainly from incident red (R) wavelength light, green (G) wavelength light, and blue (B) wavelength light. For this reason, the green (G) signal and the red (R) signal obtained by the arithmetic processing described above, and the blue (B) wavelength light, the green (G) wavelength light, the red color read from the signal line N + region 2a are mainly used. The blue (B) signal can be obtained by subtracting the (R) wavelength light signal from an external circuit. Thereby, the island-shaped semiconductor H1 becomes a blue (B) pixel, the island-shaped semiconductor H2 becomes a green (G) pixel, and the island-shaped semiconductor H3 becomes a red (R) pixel. In this manner, the solid-state imaging device according to the present embodiment can perform color imaging without providing an RGB color filter.
図1Bに、図1Aに示す島状半導体H1、H2、H3を含む画素が2次元状(マトリクス状)に配置された本実施形態に係る固体撮像装置の平面図を示す。図1B中の一点鎖線A−A’に沿った断面図が図1Aに対応する。 FIG. 1B is a plan view of the solid-state imaging device according to this embodiment in which pixels including the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 illustrated in FIG. 1A are two-dimensionally (matrix-shaped). A sectional view taken along one-dot chain line A-A ′ in FIG. 1B corresponds to FIG. 1A.
図1Bに示すように、島状半導体H11〜H33が2次元状に配置されている(H11が図1AのH1、H12がH2、H13がH3にそれぞれ対応する)。信号線N+領域2a、2b、2cが縦方向に帯状に形成されている。信号線N + 領域2a上に青色(B)用画素の島状半導体H11、H21、H31が配置されている。信号線N + 領域2b上に緑色(G)用画素の島状半導体H12、H22、H32が配置されている。信号線N + 領域2c上に赤色(R)用画素の島状半導体H13、H23、H33が配置されている。 As shown in FIG. 1B, island-shaped semiconductors H11 to H33 are arranged two-dimensionally (H11 corresponds to H1, H12 in FIG. 1A, and H13 corresponds to H3 in FIG. 1A). The signal line N + regions 2a, 2b, and 2c are formed in a strip shape in the vertical direction. On the signal line N + region 2a, island-shaped semiconductors H11, H21, H31 of blue (B) pixels are arranged. Island-like semiconductors H12, H22, and H32 of green (G) pixels are arranged on the signal line N + region 2b. Island-like semiconductors H13, H23, and H33 of red (R) pixels are disposed on the signal line N + region 2c.
導体層5a(図1Aにおける導体層5に対応する)、導体層5b、導体層5cが、それぞれ、水平方向に配列した島状半導体H11〜H13、H21〜H23、H31〜H33の外周部を囲むとともに、これら島状半導体H11〜H13、H21〜H23、H31〜H33を互いに繋げるように形成されている。
The
また、画素選択線導体層8a(図1Aにおける画素選択線導体層8に対応する)、画素選択線導体層8b、画素選択線導体層8cが、水平方向に配列した島状半導体H11〜H13、H21〜H23、H31〜H33の外周部を囲むとともに、これら島状半導体H11〜H13、H21〜H23、H31〜H33を互いに繋げるように形成されている。
In addition, island-shaped semiconductors H11 to H13 in which a pixel selection
本実施形態に係る固体撮像装置では、画素H11〜H33の信号読み出しは、図7Bに示す従来例の固体撮像装置と同様な動作によって行われる。これにより、この固体撮像装置は、島状半導体H11〜H33上にRGBカラーフィルタを設けないでも、カラー撮像が可能となる。 In the solid-state imaging device according to this embodiment, signal readout of the pixels H11 to H33 is performed by the same operation as that of the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 7B. Thereby, this solid-state imaging device can perform color imaging without providing an RGB color filter on the island-shaped semiconductors H11 to H33.
図1Bに示す、本実施形態に係る固体撮像装置では、図7Bに示す従来例の固体撮像装置が必要としたRGBカラーフィルタB1、B2、B3、R1、R2、R3、G1、G2、G3が不要となる。図7Bに示す従来例の固体撮像装置では、RGBカラーフィルタB1、B2、B3、R1、R2、R3、G1、G2、G3が島状半導体P11〜P33を囲むように形成されることから、製造上のマスク合せマージンを確保するために、島状半導体P11〜P33の間に空間を設けることが必要であった。
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、このような製造上のマスク合せマージンを確保する必要がないため、その分、島状半導体P11〜P33の間の空間を小さくすることができる。これにより、島状半導体H11〜H33を形成する密度が大きくなることによる高画素密度化、又は、島状半導体H11〜H33自体の直径が大きくなることによる高感度化が実現できる。In the solid-state imaging device according to this embodiment shown in FIG. 1B, the RGB color filters B1, B2, B3, R1, R2, R3, G1, G2, G3 required by the conventional solid-state imaging device shown in FIG. It becomes unnecessary. In the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 7B, the RGB color filters B1, B2, B3, R1, R2, R3, G1, G2, and G3 are formed so as to surround the island-shaped semiconductors P11 to P33. In order to secure the upper mask alignment margin, it is necessary to provide a space between the island-shaped semiconductors P11 to P33.
On the other hand, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, it is not necessary to secure such a manufacturing mask alignment margin, and accordingly, the space between the island-shaped semiconductors P11 to P33 can be reduced. it can. As a result, it is possible to increase the pixel density by increasing the density at which the island-shaped semiconductors H11 to H33 are formed, or to increase the sensitivity by increasing the diameter of the island-shaped semiconductors H11 to H33 itself.
また、本実施形態に係る固体撮像装置が、図6、図7C、図8Aに示す従来例の固体撮像装置と異なる点は、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)の波長光を全て含む白色(W)波長の信号を、青色(B)用画素である島状半導体H1から取り出すことができる点にある。図6、図7Cに示す従来例の固体撮像装置では、各画素上にRGBカラーフィルタを設けているため、直接に青色(B)、緑色(G)、赤色(R)の波長光を全て含む白色(W)波長の信号が得られない。また、図8Aに示す従来例の固体撮像装置では、ダイオード領域126a、126b、126cは、それぞれから独立して青色(B)、緑色(G)、赤色(R)波長光の信号が得られるが、白色(W)波長の信号が得られない。これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体H1が青色(B)用画素であり、白色(W)用画素としても機能する。これにより、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現された固体撮像装置が得られる。そして、本実施形態に係る固体撮像装置では、RGBカラーフィルタが不要となるので、低コスト化も実現される。
Further, the solid-state imaging device according to the present embodiment differs from the conventional solid-state imaging device shown in FIGS. 6, 7C, and 8A in that the wavelength light of blue (B), green (G), and red (R) is used. The white (W) wavelength signal including all of the above can be extracted from the island-shaped semiconductor H1 that is the blue (B) pixel. In the solid-state imaging device of the conventional example shown in FIGS. 6 and 7C, since RGB color filters are provided on each pixel, all the blue (B), green (G), and red (R) wavelength light is directly included. A white (W) wavelength signal cannot be obtained. 8A, the
なお、図1Aに示す第1実施形態では、各RGB色信号は、水平方向に配列された島状半導体H1、H2、H3の信号線N+領域2a、2b、2cからの信号電流を演算処理して得ていた。これに限られず、図1Bに示す縦方向に配列された島状半導体H11〜H33の上端部表層のP+領域(図1AのP+領域7a、7b、7cに対応する。)の配置を変更することによっても、RGB用画素の配置を変更することができる。In the first embodiment shown in FIG. 1A, each RGB color signal is processed by processing signal currents from the signal line N + regions 2a, 2b, and 2c of the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 arranged in the horizontal direction. I got it. The arrangement of the P + regions (corresponding to the P + regions 7a, 7b, and 7c in FIG. 1A) of the upper surface portion of the island-shaped semiconductors H11 to H33 arranged in the vertical direction shown in FIG. 1B is not limited thereto. By doing so, the arrangement of the RGB pixels can be changed.
縦方向に配置した各色(赤、緑、青)用の色画素を構成する島状半導体H11〜H33からの信号電流の演算処理により色信号が得られる。この場合には、縦方向に配列した島状半導体H11〜H33が、同じ色画素でなくなるので、例えばベイヤ型配置などの色画素が市松状に配置されたカラー撮像用固体撮像装置が得られる。このように、本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体H11〜H33の上端部表層のP+領域(図1AのP+領域7a、7b、7cに対応する。)の配置を変更することにより、ストライプ状又は市松状に色画素が配置された固体撮像装置が実現される。A color signal is obtained by arithmetic processing of signal currents from the island-shaped semiconductors H11 to H33 constituting the color pixels for the respective colors (red, green, and blue) arranged in the vertical direction. In this case, since the island-shaped semiconductors H11 to H33 arranged in the vertical direction are not the same color pixel, for example, a color imaging solid-state imaging device in which color pixels such as a Bayer type arrangement are arranged in a checkered pattern is obtained. As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the arrangement of the P + regions (corresponding to the P + regions 7a, 7b, and 7c in FIG. 1A) on the top surface layer of the island-shaped semiconductors H11 to H33 is changed. Thus, a solid-state imaging device in which color pixels are arranged in a stripe shape or a checkered shape is realized.
なお、図1Aにおいては、信号線N+領域2a、2b、2cは、接合電界効果トランジスタのドレインとしての機能と、N領域6a、6b、6cに蓄積された信号電荷を除去するドレインとしての機能とを有している。これに限られず、本発明の技術思想は、信号線N+領域2a、2b、2cが、信号線としてのP+領域と、このP+領域に接続したP領域と、信号電荷を除去するためのN+領域とからなる領域である構造(例えば、特許文献4を参照)にも、適用することができる。すなわち、信号線N+領域は、所定の機能を有する複数の半導体領域によって構成されてもよい。このような構成は、以下に説明する本発明のその他の実施形態にも適用することができる。In FIG. 1A, the signal line N + regions 2a, 2b, and 2c function as the drains of the junction field effect transistors and function as drains that remove the signal charges accumulated in the
本発明の技術思想は、島状半導体H1、H2、H3の外周部にあって、かつ、N領域6a、6b、6cと絶縁層4a、4b、4cの間にP+領域を設けた構造(例えば、特許文献5、6を参照)にも、適用することができる。このような構成は、以下に説明する本発明のその他の実施形態にも適用することができる。The technical idea of the present invention is a structure in which a P + region is provided on the outer periphery of the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 and between the
図1Aに示す固体撮像装置では、N領域6a、6b、6cに蓄積された信号電荷は、MOSトランジスタのゲートである導体層5にオン電圧(高レベル電圧)を印加することによって、信号線N+領域2a、2b、2cに除去された。しかしながら、このような信号電荷の除去は、導体層5にオン電圧(高レベル電圧)が印加することではなく、信号線N+領域2a、2b、2cに高レベル電圧を印加することによっても行うことができる。このような構成は、以下に説明する本発明のその他の実施形態にも適用することができる。
In the solid-state imaging device shown in FIG. 1A, the signal charge accumulated in the
以上より、本発明の技術思想による効果を得るための基本的な事項として、以下のことが挙げられる。
即ち、島状半導体H1、H2、H3の上端部表層に、接合電界効果トランジスタのソースであり、ここで発生した信号電荷(自由電子)が、ホール(正孔)と再結合して消滅するのに十分高濃度のアクセプタ不純物を含んだP+領域7a、7b、7cが形成されていること、また、このP+領域7a、7b、7cの下部に光電変換と信号電荷蓄積を行うフォトダイオード領域10a、10b、10cが形成されていること。さらに、P+領域7a、7b、7cの島状半導体H1、H2、H3内での厚さL7a、L7b、L7cにおいて、P+領域7aの厚さL7aがP+領域7bの厚さL7bより薄く、P+領域7bの厚さL7bがP+領域7cの厚さL7cより薄いこと(L7a<L7b<L7c)である。
From the above, the following can be mentioned as basic matters for obtaining the effects of the technical idea of the present invention.
That is, on the top surface layer of the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3, the source of the junction field effect transistor is generated, and the signal charges (free electrons) generated here disappear with recombination with holes. sufficiently high, including the concentration of the acceptor impurity P + regions 7a, 7b, it 7c are formed, also photodiode region for the P + region 7a, 7b, a photoelectric conversion and signal charge accumulated in the bottom of 7c to 10a, 10b and 10c are formed. Further, in the thicknesses L7a, L7b, and L7c in the island-like semiconductors H1, H2, and H3 of the P + regions 7a, 7b, and 7c, the thickness L7a of the P + region 7a is thinner than the thickness L7b of the P + region 7b. , The thickness L7b of the P + region 7b is thinner than the thickness L7c of the P + region 7c (L7a <L7b <L7c).
図2A〜図2Dに、図1Aに示す第1実施形態の固体撮像装置の製造方法の一例を示す。 2A to 2D show an example of a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment shown in FIG. 1A.
まず、図2Aに示すように、基板1上に信号線N+ 領域2a、2b、2cを形成し、この信号線N+領域2a、2b、2c上に島状半導体H1、H2、H3を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, signal lines N + regions 2a, 2b, 2c are formed on the substrate 1, and island-like semiconductors H1, H2, H3 are formed on the signal line N + regions 2a, 2b, 2c. To do.
続いて、島状半導体H1、H2、H3の間であって、かつ、基板1上に絶縁層9aを形成し、島状半導体H1、H2、H3の外周部に絶縁層4a、4b、4cを形成する。
Subsequently, an insulating
続いて、絶縁層9aと島状半導体H1、H2、H3の絶縁層4a、4b、4cの外周部に導体層5を形成し、この導体層5上部の島状半導体H1、H2、H3のP領域3a、3b、3c外周部に、例えば島状半導体H1、H2、H3がシリコン(Si)の場合、砒素(As)イオン注入によってN領域16a、16b、16cを形成する。
Subsequently, the
続いて、絶縁層9aと島状半導体H1、H2、H3間の導体層5上に絶縁層17を形成し、例えばCMP(Chemical Mechanical Polish)を用いて、この絶縁層17と島状半導体H1、H2、H3の高さを互いに等しくするとともに、絶縁層17と島状半導体H1、H2、H3の表面を平坦化し、この上に薄い絶縁層18を形成する。さらに、この上に島状半導体H3上に、開口を有するフォトレジスト層19を形成する。
Subsequently, an insulating
続いて、図2Bに示すように、フォトレジスト層19の開口を通して、例えばアクセプタ不純物であるボロン(B)イオンのイオン注入を行い、島状半導体H3の上端部表層に深さL7cのP+領域20cを形成する。この場合、島状半導体H1、H2はフォトレジスト層19によって被覆されているため、ボロン(B)イオンは、島状半導体H1、H2には注入されない。その後、フォトレジスト層19を除去する。Subsequently, as shown in FIG. 2B, boron (B) ions, for example, acceptor impurities are implanted through the opening of the
続いて、図2Cに示すように、島状半導体H2の上端部表層に深さL7bのP+領域20bを、上述した島状半導体H3のP+領域20cの形成方法と同様な方法で形成し、フォトレジスト層を除去する。Subsequently, as shown in FIG. 2C, a P + region 20b having a depth L7b is formed on the top surface layer of the island-shaped semiconductor H2 by a method similar to the method for forming the P + region 20c of the island-shaped semiconductor H3 described above. The photoresist layer is removed.
続いて、絶縁層18の表層全体にボロン(B)イオン注入を行い、島状半導体H1の上端部表層に深さL7aのP+領域20aを形成する。この場合、島状半導体H1と同様に、島状半導体H2、H3の表層部にも、図2C中の点線で示される位置までボロン(B)イオンが注入される。しかしながら、P+領域20b、20cには、既に多量のボロン(B)イオンが、P+領域20aよりも深い位置まで注入されているため、P+領域20b、20cの電気的性質には影響しない。Subsequently, boron (B) ion implantation is performed on the entire surface layer of the insulating
続いて、例えば1000℃程度で熱処理を行うことで、N領域16a、16b、16cのイオン注入された砒素(As)のドナー不純物と、P+領域20a、20b、20cのイオン注入されたボロン(B)のアクセプタ不純物とを活性化し、絶縁層18を除去する。Subsequently, by performing heat treatment at about 1000 ° C., for example, donor impurities of arsenic (As) ions implanted in the
続いて、図2Dに示すように、島状半導体H1、H2、H3の上端部表層の外周部において、絶縁層17及び絶縁層4a、4b、4cを除去し、絶縁層17上において、P+領域20a、20b、20cに繋がるように画素選択線導体層8を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D , the insulating
続いて、P+領域20a、20b、20c、画素選択線導体層8、絶縁層17上にオーバーコート絶縁層9cを形成する。これによって、図1Aに示す第1実施形態に係る固体撮像装置が製造される。
Subsequently, an
(第2実施形態)
以下、図3A〜図3Cを参照しながら、本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図3Aに本実施形態の固体撮像装置の断面構造図を示す。
図3Aを参照して、島状半導体H1、H2、H3に、図1Aに示す第1実施形態の固体撮像装置と同様にして画素構造が形成される。層間絶縁層9b及び画素選択線導体層8上に絶縁層9dが形成される。この絶縁層9dの上部表面は平坦化される。島状半導体H2上及び絶縁層9d上に緑色(G)用カラーフィルタ12が形成される。絶縁層9d及び緑色(G)用カラーフィルタ12の上にオーバーコート絶縁層9eが形成される。
(Second Embodiment)
The solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3A to 3C.
FIG. 3A shows a cross-sectional structure diagram of the solid-state imaging device of the present embodiment.
Referring to FIG. 3A, pixel structures are formed in island-like semiconductors H1, H2, and H3 in the same manner as the solid-state imaging device of the first embodiment shown in FIG. 1A. An insulating
本実施形態では、図1Aに示す第1実施形態と同様に、島状半導体H1は青色(B)用画素であり、島状半導体H2は緑色(G)用画素であり、島状半導体H3は赤色(R)用画素である。 In this embodiment, as in the first embodiment shown in FIG. 1A, the island-shaped semiconductor H1 is a blue (B) pixel, the island-shaped semiconductor H2 is a green (G) pixel, and the island-shaped semiconductor H3 is This is a red (R) pixel.
図3Aに示すように、緑色(G)用画素である島状半導体H2上に緑色(G)用カラーフィルタ12が形成されているため、図1Aに示す島状半導体H3の信号線N+領域2cからの信号との演算処理を行なうことなく、信号線N+領域2bから直接的に緑色(G)信号が得られる。赤色(R)信号は、図1Aと同様に赤色(R)用画素である島状半導体H3から直接的に得られる。そして、青色(B)信号は、青色(B)用画素である島状半導体H1からの信号と、既に得られた緑色(G)信号と赤色(R)信号との演算処理によって得られる。そして、これによりRGBカラー信号が得られる。As shown in FIG. 3A, since the green (G)
カラー撮像において、緑色(G)信号は、画像の輪郭を現す輝度信号の主信号成分であるとともに、色再現上においても重要な信号成分であるため、より正確な緑色(G)信号が得られることは、忠実な輝度信号と色信号が得られることを意味する。本実施形態の固体撮像装置では、緑色(G)用カラーフィルタ12を必要とするが、従来例の固体撮像装置のように、3つのRGBカラーフィルタを用いないでも、被写体からの光に忠実な緑色(G)信号が得られるカラー撮像用固体撮像装置を実現できる。
In color imaging, a green (G) signal is a main signal component of a luminance signal that represents the contour of an image, and is also an important signal component in color reproduction, so that a more accurate green (G) signal can be obtained. This means that a faithful luminance signal and color signal can be obtained. The solid-state imaging device according to the present embodiment requires the green (G)
図3Bに、図3Aに示す画素が2次元状(マトリクス状)に配置された固体撮像装置の平面図を示す。図3Aは、図3B中の一点鎖線B−B’に沿った断面図に対応する。
緑色(G)用カラーフィルタ12a、12b、12c(緑色(G)用カラーフィルタ12aが、図3Aの緑色(G)用カラーフィルタ12に対応する。)が島状半導体H12、H22、H32上に、島状半導体H12、H22、H32を覆うように形成されている。FIG. 3B shows a plan view of a solid-state imaging device in which the pixels shown in FIG. 3A are arranged two-dimensionally (matrix). FIG. 3A corresponds to a cross-sectional view taken along one-dot chain line BB ′ in FIG. 3B.
Green (G)
本実施形態に係る固体撮像装置は、この緑色(G)用カラーフィルタ12a、12b、12c以外は図1Bに示す固体撮像装置と同様にして形成される。この場合、緑色(G)用カラーフィルタ12a、12b、12cが、島状半導体H12、H22、H32との間で、製造上のマスク合わせマージンを確保するための空間が必要となるが、従来例の固体撮像装置と異なり、青色(B)用カラーフィルタ及び赤色(R)用カラーフィルタが不要であるため、当該従来例の固体撮像装置と異なり、高画素密度化、低コスト化が実現される。
The solid-state imaging device according to this embodiment is formed in the same manner as the solid-state imaging device shown in FIG. 1B except for the green (G)
本実施形態に係る固体撮像装置では、緑色(G)信号が直接的に得られるので、島状半導体H13、H23、H33から直接的に得られる赤色(R)信号と、島状半導体H11、H21、H31から得られる白色(W)信号との演算処理によって、第1実施形態に係る固体撮像装置と比べ、被写体からの光により忠実な青色(B)信号が得られるようになる。これにより、第1実施形態に係る固体撮像装置と比べ、総合的にさらに良好な色再現特性が得られるようになる。また、島状半導体H11、H21、H31は青色(B)用画素であるとともに、白色(W)用画素として機能するので、高感度、高ダイナミックレンジを有する固体撮像装置が実現される。 In the solid-state imaging device according to the present embodiment, since a green (G) signal is obtained directly, a red (R) signal obtained directly from the island-shaped semiconductors H13, H23, and H33, and the island-shaped semiconductors H11 and H21. By the arithmetic processing with the white (W) signal obtained from H31, a blue (B) signal faithful to the light from the subject can be obtained as compared with the solid-state imaging device according to the first embodiment. Thereby, compared with the solid-state imaging device according to the first embodiment, overall better color reproduction characteristics can be obtained. In addition, since the island-shaped semiconductors H11, H21, and H31 are blue (B) pixels and function as white (W) pixels, a solid-state imaging device having high sensitivity and a high dynamic range is realized.
図3Cに、本実施形態の固体撮像装置において、島状半導体H1上に青色(B)用カラーフィルタ11を形成した態様の断面構造図を示す。島状半導体H1、H2、H3の画素構造は、図1Aに示す第1実施形態の固体撮像装置と同様な製造方法によって形成される。層間絶縁層9bと画素選択線導体層8上に絶縁層9dが形成される。絶縁層9d上部表面は平坦化される。島状半導体H1及び絶縁層9d上に青色(B)用カラーフィルタ11が形成される。そして、絶縁層9d及び青色(B)用カラーフィルタ11上にオーバコート絶縁層9eが形成される。
FIG. 3C shows a cross-sectional structure diagram of a mode in which the blue (B)
本実施形態に係る固体撮像装置では、島状半導体H1から直接的に青色(B)信号が得られる。通常、被写体から得られる光のうち、青色(B)波長光は、緑色(G)波長光、赤色(R)波長光と比べ、島状半導体H1の光電変換領域であるフォトダイオード領域10aに到達するまでに、各レンズ表面、島状半導体H1表面での反射、そしてP+領域7aでの光吸収によって、さらに多くが失われる。このため、青色(B)波長光成分を多く含む被写体の撮像、又は暗い場面での撮像においては、青色(B)信号のさらに良好な再現性が求められる。これに対し、本実施形態に係る固体撮像装置では、青色(B)用カラーフィルタ11が必要となるが、従来例の固体撮像装置のように3つのRGBカラーフィルタを用いることなく、被写体からの光にさらに忠実な青色(B)信号が得られるようになる。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, a blue (B) signal is obtained directly from the island-shaped semiconductor H1. Usually, of the light obtained from the subject, the blue (B) wavelength light reaches the
図3Cに示す本実施形態に係る固体撮像装置では、独立した島状半導体H1、H2、H3からは白色(W)信号を直接的に得ることができない。この場合、青色(B)用カラーフィルタ11を設けた島状半導体H1とは別に、青色(B)用カラーフィルタ11を設けていない島状半導体H1と同様な構造の島状半導体を、島状半導体H1、H2、H3に隣接するように形成することによって、この島状半導体から白色(W)信号を得ることができる。この場合、画素領域に形成する島状半導体の数は多くなるが、高い色再現性を持つ青色(B)信号が得られるとともに、固体撮像装置に、高感度化、高ダイナミックレンジ化が実現できる。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment illustrated in FIG. 3C, a white (W) signal cannot be obtained directly from the independent island-shaped semiconductors H1, H2, and H3. In this case, an island-shaped semiconductor having a structure similar to that of the island-shaped semiconductor H1 not provided with the blue (B)
なお、本実施形態は、島状半導体H3上に赤色(R)用カラーフィルタを形成する固体撮像装置に適用しても、得られる効果が小さい。その理由は、そのような固体撮像装置では、島状半導体H3が、それ自体で、赤色(R)信号を得ることができるからである。このことは、本実施形態は、複数の色波長光成分信号を得るため、島状半導体(図1Aでは島状半導体H1、H2が対応する。)上に所定のカラーフィルタを設ける場合に、効果が得られることを意味する。 In addition, even if this embodiment is applied to the solid-state imaging device which forms the color filter for red (R) on the island-like semiconductor H3, the effect obtained is small. The reason is that in such a solid-state imaging device, the island-shaped semiconductor H3 can obtain a red (R) signal by itself. This is effective when a predetermined color filter is provided on the island-shaped semiconductor (in FIG. 1A, the island-shaped semiconductors H1 and H2 correspond) in order to obtain a plurality of color wavelength light component signals. Is obtained.
また、本実施形態では、緑色(G)用カラーフィルタ12、又は青色(B)用カラーフィルタ11の原色型カラーフィルタを用いた場合について説明した。これに限られず、例えばシアン(Cy)、マゼンタ(Mg)などの補色型カラーフィルタを用いた場合においても、同様な効果が得られる。例えば、島状半導体H2上に、青色(B)波長光と赤色(R)波長光を透過するシアン(Cy)カラーフィルタを設けると、島状半導体H2から得られる信号出力と島状半導体H3から得られる赤色(R)信号出力との演算処理によって、青色(B)信号出力が得られる。そして、得られた赤色(R)信号出力と青色(B)信号出力と、島状半導体H1からの信号出力とを演算することによって緑色(G)信号出力が得られる。
In the present embodiment, the case where the primary color filter of the green (G)
(第3実施形態)
以下、図4A、図4Bを参照しながら、第3実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態は、第2実施形態に係る固体撮像装置をさらに改善したものである。
図4Aに、本実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示す。島状半導体H1、H2A、H3が、信号線N+領域2a、2b、2c上に形成されている。島状半導体H2A上に緑色(G)用カラーフィルタ12が形成されている。(Third embodiment)
The solid-state imaging device according to the third embodiment will be described below with reference to FIGS. 4A and 4B. This embodiment is a further improvement of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
FIG. 4A shows a cross-sectional structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. Island-like semiconductors H1, H2A, and H3 are formed on the signal line N + regions 2a, 2b, and 2c. A green (G)
本実施形態では、島状半導体H1、H3の構造は図3Aに示す島状半導体H1、H3と同様であり、島状半導体H1は青色(B)信号用であり、島状半導体H3は赤色(R)信号用である。ただし、緑色(G)信号用島状半導体H2Aが、島状半導体H1と同じ構造であることが、図3Aに示す形態と異なる。P+領域7bb及びN領域6bbの厚さが島状半導体H1のP+領域7a及びN領域6aの厚さとそれぞれ等しい。島状半導体H2A上に緑色(G)用カラーフィルタ12が形成されているため、島状半導体H2Aから緑色(G)信号を直接的に得ることができる。これにより、図3Aに示す場合と同様に、従来例の固体撮像装置とは異なり、青色(B)用カラーフィルタ及び赤色(R)用カラーフィルタが不要となるため、従来例の固体撮像装置に比べ、高画素密度化が実現できる。そして、第1実施形態の固体撮像装置と比べ、総合的にさらに優れた色再現特性が得られる。
In this embodiment, the structure of the island-shaped semiconductors H1 and H3 is the same as that of the island-shaped semiconductors H1 and H3 shown in FIG. 3A. The island-shaped semiconductor H1 is for blue (B) signals, and the island-shaped semiconductor H3 is red ( R) For signals. However, the green (G) signal island-like semiconductor H2A has the same structure as the island-like semiconductor H1, which is different from the configuration shown in FIG. 3A. The thicknesses of the P + region 7bb and the N region 6bb are equal to the thicknesses of the P + region 7a and the
また、本実施形態では、島状半導体H1は青色(B)用画素であり、かつ、白色(W)用画素として機能させることができるので、高感度、高ダイナミックレンジを有する固体撮像装置を実現することができる。このように、厚さが互いに等しいP+領域7a、7bbと、島状半導体H1、H2Aと、P+領域7a、7bbよりも厚いP+領域を有する島状半導体H3とを含む島状半導体構造によって、図3Aと同様な特徴を備える固体撮像装置が実現できる。かかる構成によれば、図3Aに示す固体撮像装置における島状半導体H2のP+領域7bを形成する工程が不要となるとともに、島状半導体H1、H2AのP+領域7a、7bbを同時に形成することができるので、図3Aの固体撮像装置と比べ、さらにローコストに固体撮像装置が得られるようになる。In the present embodiment, the island-shaped semiconductor H1 is a blue (B) pixel and can function as a white (W) pixel, thereby realizing a solid-state imaging device having high sensitivity and a high dynamic range. can do. As described above, the island-shaped semiconductor structure including the P + regions 7a and 7bb having the same thickness, the island-shaped semiconductors H1 and H2A, and the island-shaped semiconductor H3 having the P + region thicker than the P + regions 7a and 7bb. Thus, a solid-state imaging device having the same characteristics as in FIG. 3A can be realized. According to such a configuration, the step of forming the P + region 7b of the island-shaped semiconductor H2 in the solid-state imaging device shown in FIG. 3A becomes unnecessary, and the P + regions 7a and 7bb of the island-shaped semiconductors H1 and H2A are formed simultaneously. Therefore, the solid-state imaging device can be obtained at a lower cost than the solid-state imaging device of FIG. 3A.
図4Bに、本実施形態に係る固体撮像装置において、島状半導体H3A上に赤色(R)用カラーフィルタ13を形成した場合の構造断面図を示す。
FIG. 4B is a structural cross-sectional view when the red (R)
図4Bに示すように、本実施形態では、島状半導体H1、H2、H3Aが、信号線N+領域2a、2b、2c上に形成されている。
本実施形態では、島状半導体H1、H2の構造は図3Aに示す島状半導体H1、H2と同様であり、島状半導体H1は青色(B)信号用であり、島状半導体H2は緑色(G)信号用である。ただし、赤色(R)信号用島状半導体H3Aが島状半導体H1と同じ構造であることが、図3Aに示す形態とは異なる。P+領域7cc及びN領域6ccの厚さが島状半導体H1のP+領域7a及びN領域6aの厚さとそれぞれ等しい。島状半導体H3A上に赤色(R)用カラーフィルタ13が形成されているため、島状半導体H3Aから、赤色(R)信号を直接的に得ることができる。このように、厚さが等しいP+領域7a、7ccを有する島状半導体H1、H3Aと、それよりも厚いP+領域7bを有する島状半導体H2との2つの構造からなるカラー固体撮像装置が実現できる。これにより、図3Aに示す固体撮像装置における島状半導体H3のP+領域7cを形成する工程が不要となるとともに、島状半導体H1、H3AのP+領域7a、7ccを同時に形成することができるので、図3Aに示す固体撮像装置と比べ、さらにローコストに固体撮像装置が得られるようになる。As shown in FIG. 4B, in the present embodiment, island-shaped semiconductors H1, H2, and H3A are formed on the signal line N + regions 2a, 2b, and 2c.
In this embodiment, the structures of the island-shaped semiconductors H1 and H2 are the same as the island-shaped semiconductors H1 and H2 shown in FIG. 3A. The island-shaped semiconductor H1 is for blue (B) signals, and the island-shaped semiconductor H2 is green ( G) For signals. However, the red (R) signal island-like semiconductor H3A has the same structure as the island-like semiconductor H1, which is different from the configuration shown in FIG. 3A. The thicknesses of the P + region 7cc and the N region 6cc are equal to the thicknesses of the P + region 7a and the
なお、本実施形態は、島状半導体H1上に青色(B)用カラーフィルタを形成する固体撮像装置へ適用しても、得られる効果が小さい。その理由は、そのような固体撮像装置では、島状半導体H1、H2、H3に、図1Aに示す固体撮像装置と等しい厚さのP+領域7a、7b、7cが必要となるからである。本実施形態は、青色(B)信号以外の信号が得られる島状半導体(図1Aでは島状半導体H2、H3が対応する。)上に緑色、赤色などの所定のカラーフィルタを設ける固体撮像装置に適用することで効果が得られる。In addition, even if this embodiment is applied to the solid-state imaging device which forms the color filter for blue (B) on the island-like semiconductor H1, the effect obtained is small. The reason is that in such a solid-state imaging device, island-like semiconductors H1, H2, and H3 require P + regions 7a, 7b, and 7c having the same thickness as the solid-state imaging device shown in FIG. 1A. In the present embodiment, a solid-state imaging device in which predetermined color filters such as green and red are provided on island-like semiconductors (island-like semiconductors H2 and H3 in FIG. 1A) from which signals other than blue (B) signals can be obtained. The effect is obtained by applying to.
(第4実施形態)
以下、図5を参照しながら、本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図5を参照して、光を吸収する半導体基板1a上に光を透過する絶縁層20が形成される。その後、図1Aに示す第1実施形態と同様にして島状半導体H1、H2、H3に画素を形成する。(Fourth embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 5, insulating
本実施形態に係る固体撮像装置において、赤色(R)用の島状半導体H3に入射し、絶縁層20の表面に到達した入射光線14aの一部は、絶縁層20を通過して半導体基板1a内に進入する光線と、信号線N+領域2cと絶縁層20の界面で反射される反射光線14bと、半導体基板1aと絶縁層20との界面で反射される反射光線14cとに分かれる。この内、反射光線14b、14cの一部は光電変換領域であるフォトダイオード領域10cに到達し、信号電荷を発生させる。ここでは、入射光線14aの絶縁層20内における多重反射効果と半導体基板1aでの光吸収効果によって、緑色(G)波長光よりも赤色(R)波長光において反射光線14b、14cの強度が大きくなるように絶縁層20の厚さを設定する。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, a part of the incident light beam 14a incident on the red (R) island-shaped semiconductor H3 and reaching the surface of the insulating
図8Bに示すSi(シリコン)基板の表面に入射した光のSi基板の深さ方向における光吸収強度特性に見られるように、赤色(R)波長光(波長λ=700nm)は、緑色(G)波長光(波長λ=550nm)よりも、さらに深いSi基板内で吸収される。上述した、島状半導体H1、H2、H3がシリコン(Si)で形成される場合の島状半導体H1、H2、H3の高さ2μmは、赤色(R)波長光吸収特性によって決定される。ここで、赤色(R)波長光の反射光線14b、14cの強度を大きくすることにより、島状半導体H1、H2、H3の高さを、感度の低下を生じることなく低くすることができる。このように島状半導体H1、H2、H3の高さを低くすることにより、島状半導体H1、H2、H3の底部に形成する導体層5の加工が容易になるなどの製造上の利点が得られる。また、島状半導体H1、H2、H3の高さを変えない場合は、フォトダイオード領域10cにおける赤色(R)波長光の吸収が増えることにより、固体撮像装置の高感度化が実現される。
As shown in the light absorption intensity characteristic in the depth direction of the Si substrate of the light incident on the surface of the Si (silicon) substrate shown in FIG. 8B , the red (R) wavelength light (wavelength λ = 700 nm) is green ( G) It is absorbed in the Si substrate that is deeper than the wavelength light (wavelength λ = 550 nm). When the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 are formed of silicon (Si), the height of 2 μm of the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 is determined by the red (R) wavelength light absorption characteristics. Here, by increasing the intensity of the reflected
本実施形態では、半導体基板と画素を構成する島状半導体との間に透明絶縁層を設け、この透明絶縁層での多重反射効果による、緑色(G)波長光又は赤色(R)波長光の島状半導体への帰還を利用し、島状半導体の高さを低くすることによる製造方法の容易化、又は高感度化を実現している(例えば、特許文献3を参照)。第1〜3実施形態では、P+領域7cの厚さが厚いため、P+領域7c内で吸収される赤色(R)波長光は信号電荷に寄与しない。図8Bを参照すれば明らかなように、光吸収の度合いは島状半導体H3の上部ほど大きいので、赤色(R)波長の光吸収による感度低下が課題になる。これに対し、本実施形態によれば、このような感度の低下が軽減される。In the present embodiment, a transparent insulating layer is provided between the semiconductor substrate and the island-shaped semiconductor constituting the pixel, and the green (G) wavelength light or the red (R) wavelength light due to the multiple reflection effect on the transparent insulating layer. By using feedback to the island-shaped semiconductor, the height of the island-shaped semiconductor is reduced to facilitate the manufacturing method or increase the sensitivity (see, for example, Patent Document 3). In the first to third embodiments, since the P + region 7c is thick, the red (R) wavelength light absorbed in the P + region 7c does not contribute to the signal charge. As is clear from FIG. 8B, the degree of light absorption is higher at the upper part of the island-shaped semiconductor H3, and therefore, a sensitivity reduction due to light absorption of red (R) wavelength becomes a problem. On the other hand, according to the present embodiment, such a decrease in sensitivity is reduced.
なお、上述した実施形態では、島状半導体H11〜H33の上端部表層において、厚さの異なるP+領域7a、7b、7cの配置を変更することによって、原色型又は補色型カラー画素配置を、ストライプ状又はベイヤ型配置などの市松状に配置したものに適用することができる。これに対し、島状半導体自体がジグザグ状又は市松状に配置されていても、信号処理によって各島状半導体を所定の色信号用画素として機能させることができる。 In the above-described embodiment, the primary color type or complementary color type pixel arrangement is changed by changing the arrangement of the P + regions 7a, 7b, and 7c having different thicknesses on the top surface layer of the island- shaped semiconductors H11 to H33. The present invention can be applied to a checkered pattern such as a stripe pattern or a Bayer pattern. On the other hand, even if the island-shaped semiconductors themselves are arranged in a zigzag shape or a checkered shape, each island-shaped semiconductor can be caused to function as a predetermined color signal pixel by signal processing.
図1Aに示す第1実施形態では、P領域3a、3b、3cは、P領域であるが、N領域6a、6b、6cとダイオードを形成する真性半導体領域であってもよい。このような構成は、本発明のその他の実施形態においても同様に適用することができる。
In the first embodiment shown in FIG. 1A, the
また、図1Aにおける基板1は、島状半導体H1、H2、H3に形成された画素が所定の撮像動作を行える限り、絶縁層又は半導体層であってもよい。 Further, the substrate 1 in FIG. 1A may be an insulating layer or a semiconductor layer as long as pixels formed on the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 can perform a predetermined imaging operation.
図1Aに示す第1実施形態では、島状半導体H1、H2、H3の下部にあるN+領域2a、2b、2cを信号線、上部にあるP+領域7a、7b、7cに繋がる導体層8を画素選択線としたが、島状半導体H1、H2、H3の下部のN+領域2a、2b、2cを画素選択線、上部のP+領域7a、7b、7cに繋がる導体層8を信号線としてもよい。この場合、図1Bに示す平面図において、導体層8a、8b、8cは図面の縦方向に、N+領域2a、2b、2cは水平方向にそれぞれ形成される。このような構成は、本発明のその他の実施形態においても同様に適用することができる。In the first embodiment shown in FIG. 1A, the N + regions 2a, 2b, and 2c below the island-shaped semiconductors H1, H2, and H3 are signal lines, and the
また、図1Aでは、信号線N+領域2a、2b、2c、島状半導体P領域3a、3b、3c、ダイオードN領域6a、6b、6c、P+領域7a、7b、7cの場合について説明した。これに限られず、信号線P+領域2a、2b、2c、ダイオードP領域6a、6b、6c、N+領域7a、7b、7cの構成であってもよい。このような構成は、本発明のその他の実施形態においても同様に適用することができる。In FIG. 1A, the case of the signal line N + regions 2a, 2b, 2c, island-shaped
画素選択線導体層8は、金属材料層に加えて、透明(酸化インジウム・スズ)層を用いても良い。この場合は、画素選択線導体層は、P+領域表面を覆うように形成してもよい。The pixel selection
なお、上記実施形態は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上記実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。 It should be noted that the above embodiment can be variously modified and modified without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Moreover, the said embodiment is for demonstrating one Example of this invention, and does not limit the scope of the present invention.
本発明は、島状半導体を用いて画素を形成するカラー撮像用固体撮像装置に広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to a solid-state imaging device for color imaging in which pixels are formed using island-shaped semiconductors.
1 基板
2a、2b、2c 信号線N+領域
H1、H2、H3、H11〜H33、H2A、H3A 島状半導体
3a、3b、3c P領域
4a、4b、4c 絶縁層
5、5a、5b、5c 導体層
6a、6b、6c、16a、16b、16c N領域
7a、7b、7c、20a、20b、20c P+領域
8、8a、8b、8c 画素選択線導体層
9a 第1層間絶縁層
9b、17 第2層間絶縁層
9c オーバーコート絶縁層
10a、10b、10c、10bb、10cc フォトダイオード領域
11 青色(B)用カラーフィルタ
12、12a、12b、12c 緑色(G)用カラーフィルタ
13 赤色(R)用カラーフィルタ
14a 入射光線
14b、14c 反射光線
18 絶縁層
19 フォトレジスト層
20 絶縁層
1
Claims (8)
基板上に、第1半導体領域が形成され、
前記第1半導体領域上に前記島状半導体を構成する母体半導体領域が形成され、
前記第1半導体領域から離間した前記母体半導体領域の外周部に、前記母体半導体領域とダイオード領域を形成する第2半導体領域が形成され、
前記第2半導体領域の上部において、前記母体半導体領域に接するように、前記第2半導体領域と反対の導電型を有する第3半導体領域が形成され、
前記第3半導体領域は、前記島状半導体の上端部表面から入射した入射光が前記第3半導体領域にて吸収され、これにより発生した信号電荷を、前記第3半導体領域で再結合させて消滅させるに十分な量のアクセプタ、又はドナー不純物を含んでおり、
前記島状半導体は、少なくとも2つの異なる厚さを有する前記第3半導体領域を含んで形成され、
前記島状半導体において、最も厚さの薄い前記第3半導体領域を有する第1島状半導体、又は、2番目に厚さが薄い前記第3半導体領域を有する第2島状半導体の、前記第3半導体領域上に原色型又は補色型のカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタを透過した光には、前記カラーフィルタの下方にある前記第1島状半導体、又は、前記第2島状半導体内の前記ダイオード領域で光吸収、及び信号電荷蓄積を行う光波長成分が含まれ、
前記固体撮像装置による撮像動作が、
前記第2半導体領域と前記母体半導体領域とからなるダイオード領域において、前記島状半導体の上端部表面から入射した光を吸収し、信号電荷を発生させる光電変換動作と、
前記発生信号電荷を前記ダイオード領域に蓄積する信号電荷蓄積動作と、
前記第1半導体領域と前記第3半導体領域のいずれかをソース、又はドレインとし、前記第2半導体領域をゲートとし、前記第2半導体領域で囲まれた前記母体半導体領域をチャネルとした接合電界効果トランジスタに流れるソース・ドレイン電流を検出することにより、前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷量を検知する蓄積信号電荷量読み出し動作と、
前記ダイオード領域に蓄積された信号電荷を前記第1半導体領域に除去する信号電荷除去動作と、を備える、
ことを特徴とする固体撮像装置。 In a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are formed of island-shaped semiconductors and are two-dimensionally arranged in a pixel region,
A first semiconductor region is formed on the substrate,
A base semiconductor region constituting the island-shaped semiconductor is formed on the first semiconductor region,
A second semiconductor region that forms the base semiconductor region and the diode region is formed on an outer periphery of the base semiconductor region that is separated from the first semiconductor region,
A third semiconductor region having a conductivity type opposite to the second semiconductor region is formed on the second semiconductor region so as to be in contact with the base semiconductor region,
In the third semiconductor region, incident light incident from the top surface of the island-shaped semiconductor is absorbed by the third semiconductor region, and signal charges generated thereby are recombined in the third semiconductor region to disappear. Contains a sufficient amount of acceptor or donor impurities to
The island-shaped semiconductor is formed including the third semiconductor region having at least two different thicknesses,
In the island-shaped semiconductor, the third island-shaped semiconductor having the thinnest third semiconductor region, or the second island-shaped semiconductor having the second thinnest third semiconductor region. A primary color type or complementary color type color filter is formed on the semiconductor region, and the light transmitted through the color filter is transmitted to the first island-shaped semiconductor or the second island-shaped semiconductor below the color filter. The light wavelength component that performs light absorption and signal charge accumulation in the diode region is included,
Imaging operation by the solid-state imaging device,
A photoelectric conversion operation that absorbs light incident from an upper surface of the island-shaped semiconductor and generates a signal charge in a diode region including the second semiconductor region and the base semiconductor region;
A signal charge accumulation operation for accumulating the generated signal charge in the diode region;
Junction field effect using either the first semiconductor region or the third semiconductor region as a source or drain, the second semiconductor region as a gate, and the base semiconductor region surrounded by the second semiconductor region as a channel A stored signal charge amount reading operation for detecting a signal charge amount stored in the diode region by detecting a source / drain current flowing in the transistor;
A signal charge removal operation for removing signal charges accumulated in the diode region in the first semiconductor region,
A solid-state imaging device.
前記第2島状半導体は上端部表面から入射した、青色波長光を吸収する前記第3半導体領域を有し、
前記島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光及び緑色波長光を吸収する前記第3半導体領域を有する第3島状半導体をさらに備え、
前記第1島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第1島状半導体の上端部表面から入射した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第2島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第2島状半導体の上端部表面から入射した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行い、
前記第3島状半導体の前記ダイオード領域が、前記第3島状半導体の上端部表面から入射した赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積と、を行うように、
前記第1島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第2島状半導体の前記第3半導体領域の厚さより薄く、前記第2島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第3島状半導体の前記第3半導体領域の厚さより薄く、かつ、
前記第1島状半導体、前記第2島状半導体、前記第3島状半導体が隣接するように形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The first island-shaped semiconductor has the third semiconductor region that transmits blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light that is incident from the top surface.
The second island-shaped semiconductor has the third semiconductor region that absorbs blue wavelength light incident from the top surface.
Incident from the island-like semiconductor of the upper end surface, further comprising a third island-shaped semiconductive body having said third semiconductor region which absorbs the blue wavelength light and the green wavelength,
The diode region of the first island-shaped semiconductor is photoelectrically converted from blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light that is incident from the upper end surface of the first island-shaped semiconductor, and the photoelectrically converted signal charges. Accumulation and
The diode region of the second island-shaped semiconductor performs photoelectric conversion of green wavelength light and red wavelength light incident from the upper end surface of the second island-shaped semiconductor, and accumulation of the photoelectrically converted signal charge. ,
The diode region of the third island-shaped semiconductor is configured to perform photoelectric conversion of red wavelength light incident from the upper end surface of the third island-shaped semiconductor and accumulation of signal charges that have been photoelectrically converted.
The thickness of the third semiconductor region of the first island-shaped semiconductor is smaller than the thickness of the third semiconductor region of the second island-shaped semiconductor, and the thickness of the third semiconductor region of the second island-shaped semiconductor is the thickness of the third semiconductor region. Less than the thickness of the third semiconductor region of the third island-shaped semiconductor, and
The first island-shaped semiconductor, the second island-shaped semiconductor, and the third island-shaped semiconductor are formed adjacent to each other.
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第3半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第4島状半導体と、
前記第3半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の一方又は双方の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第5島状半導体と、を有し、
前記第5島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第4島状半導体の前記第3半導体領域の厚さと等しいか、又は厚く、
前記画素領域に、前記第4島状半導体及び前記第5島状半導体における前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域と同様な構造を有する第6島状半導体が形成され、
前記第6島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第4島状半導体、前記第5島状半導体、前記第6島状半導体が隣接するように形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The island-shaped semiconductor is
A fourth island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light that has been transmitted through the third semiconductor region, and accumulation of the photoelectrically converted signal charge;
A fifth island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of one or both of green wavelength light and red wavelength light that has passed through the third semiconductor region, and accumulation of the photoelectrically converted signal charge; And
A thickness of the third semiconductor region of the fifth island-shaped semiconductor is equal to or greater than a thickness of the third semiconductor region of the fourth island-shaped semiconductor;
A sixth island-shaped semiconductor having a structure similar to that of the second semiconductor region and the third semiconductor region in the fourth island-shaped semiconductor and the fifth island-shaped semiconductor is formed in the pixel region,
A primary color type or a complementary color type color filter is formed on the sixth island-shaped semiconductor,
The fourth island-shaped semiconductor, the fifth island-shaped semiconductor, and the sixth island-shaped semiconductor are formed adjacent to each other.
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第3半導体領域を透過した、青色波長光、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換により得られた信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第7島状半導体と、
前記第3半導体領域を透過した、緑色波長光及び赤色波長光の光電変換と、この光電変換された信号電荷の蓄積とを行うダイオード領域を有する第8島状半導体と、を有し、
前記第8島状半導体の前記第3半導体領域の厚さが前記第7の島状半導体の前記第3半導体領域の厚さより厚く形成され、
前記画素領域に、前記第7島状半導体及び前記第8島状半導体における前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域と同様な構造の第2半導体領域及び第3半導体領域を有する第9島状半導体が形成され、
前記第9島状半導体上に、原色型又は補色型カラーフィルタが形成され、
前記第7島状半導体、前記第8島状半導体、前記第9島状半導体が隣接するように形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The island-shaped semiconductor is
A seventh island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of blue wavelength light, green wavelength light, and red wavelength light transmitted through the third semiconductor region, and accumulation of signal charges obtained by the photoelectric conversion;
An eighth island-shaped semiconductor having a diode region that performs photoelectric conversion of green wavelength light and red wavelength light transmitted through the third semiconductor region and accumulation of the photoelectrically converted signal charge;
A thickness of the third semiconductor region of the eighth island-shaped semiconductor is formed to be greater than a thickness of the third semiconductor region of the seventh island-shaped semiconductor;
A ninth island shape having a second semiconductor region and a third semiconductor region having the same structure as the second semiconductor region and the third semiconductor region in the seventh island shape semiconductor and the eighth island shape semiconductor in the pixel region. A semiconductor is formed,
A primary color type or complementary color type color filter is formed on the ninth island-shaped semiconductor,
The seventh island-shaped semiconductor, the eighth island-shaped semiconductor, and the ninth island-shaped semiconductor are formed adjacent to each other.
The solid-state imaging device according to claim 1.
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