JP5745866B2 - Solid-state image sensor - Google Patents
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Description
この発明は、固体撮像素子に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor.
従来の固体撮像素子においては、赤画素、緑画素及び青画素を具備したものであり、赤外光を同時に受光して画像形成に使用するものではなかった。 A conventional solid-state imaging device has a red pixel, a green pixel, and a blue pixel, and is not used for image formation by simultaneously receiving infrared light.
上記に対し、画素領域の一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、オンチップレンズの上方に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外線カット膜が形成され、画素領域の残りの画素においては、赤外線カット膜が形成されていない固体撮像素子が提供されている(特許文献1参照)。 On the other hand, in some pixels of the pixel region, a color filter is formed, and an infrared cut film that transmits visible light but does not transmit infrared light is formed above the on-chip lens. For the remaining pixels in the region, a solid-state imaging device having no infrared cut film is provided (see Patent Document 1).
しかしながら、上記の固体撮像素子によれば、赤外の画像信号を演算により得る必要があり、固体撮像素子自体が赤外の画像信号を出力することができないという問題を有していた。 However, according to the above-described solid-state imaging device, it is necessary to obtain an infrared image signal by calculation, and thus the solid-state imaging device itself cannot output an infrared image signal.
本発明は上記のような従来の固体撮像素子における問題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、赤画素、緑画素、青画素と同時に赤外光を受光し画像信号を出力することのできる固体撮像素子を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the problems in the conventional solid-state imaging device as described above, and its purpose is to receive infrared light simultaneously with a red pixel, a green pixel, and a blue pixel and output an image signal. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that can be used.
本発明に係る固体撮像素子は、光電変換により発生した電荷を蓄積する同じ材料の不純物層により構成されるフォトダイオードをそれぞれシリコン基板に設けて構成した赤画素、緑画素、青画素及び赤外画素を具備した固体撮像素子において、前記赤外画素のフォトダイオードと前記シリコン基板との間に、前記シリコン基板を構成するシリコンよりもバンドギャップが小さい第1の半導体を設け、前記赤外画素のフォトダイオードを前記第1の半導体に形成することを特徴とする。
る。
The solid-state imaging device according to the present invention includes a red pixel, a green pixel, a blue pixel, and an infrared pixel each having a photodiode formed of an impurity layer of the same material for accumulating charges generated by photoelectric conversion provided on a silicon substrate. A first semiconductor having a smaller band gap than silicon constituting the silicon substrate is provided between the photodiode of the infrared pixel and the silicon substrate; A diode is formed in the first semiconductor .
The
本発明に係る固体撮像素子では、前記赤画素のフォトダイオードと前記シリコン基板との間に、前記シリコン基板を構成するシリコンよりもバンドギャップが小さい第2の半導体であって、前記第1の半導体よりもバンドギャップが大きい第2の半導体を設け、前記赤画素のフォトダイオードを前記第2の半導体に形成することを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the present invention, a second semiconductor having a band gap smaller than silicon constituting the silicon substrate between the photodiode of the red pixel and the silicon substrate , wherein the first semiconductor A second semiconductor having a larger bandgap than the second semiconductor is provided, and the photodiode of the red pixel is formed in the second semiconductor.
本発明に係る固体撮像素子では、前記第1の半導体と前記第2の半導体として、シリコンゲルマニウムを用いたことを特徴とする。
The solid-state imaging device according to the present invention is characterized in that silicon germanium is used as the first semiconductor and the second semiconductor .
本発明に係る固体撮像素子は、赤画素、緑画素及び青画素の画素数よりも、赤外画素の画素数が少なく構成されていることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention is characterized in that the number of infrared pixels is smaller than the number of red pixels, green pixels, and blue pixels.
本発明に係る固体撮像素子によれば、赤画素、緑画素、青画素及び赤外画素を具備しているので、可視光から赤外光まで広範囲の波長を同時に受光して撮像を行うことができる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, since the red pixel, the green pixel, the blue pixel, and the infrared pixel are provided, it is possible to perform imaging by simultaneously receiving a wide range of wavelengths from visible light to infrared light. it can.
本発明に係る固体撮像素子によれば、赤外画素のフォトダイオードをシリコンよりもバンドギャップが小さい半導体に形成しているので、赤外光に対する感度を向上させることができる。 According to the solid-state imaging device of the present invention, since the photodiode of the infrared pixel is formed in a semiconductor having a band gap smaller than that of silicon, the sensitivity to infrared light can be improved.
本発明に係る固体撮像素子によれば、赤画素のフォトダイオードをシリコンよりもバンドギャップが小さい半導体であって、赤外画素が形成された半導体よりもバンドギャップが大きい半導体に形成しているので、赤画素の赤色光に対する感度と赤外画素の赤外光に対する感度をそれぞれ個別に向上させることができる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, the red pixel photodiode is a semiconductor having a smaller band gap than silicon, and a semiconductor having a larger band gap than the semiconductor in which the infrared pixel is formed. The sensitivity of red pixels to red light and the sensitivity of infrared pixels to infrared light can be individually improved.
以下、添付図面を参照して本発明に係る固体撮像素子の実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図1は、第1の実施形態に係る固体撮像素子における各画素の配列を示す平面図である。赤画素、緑画素、青画素及び赤外画素がマトリックスの各位置に設けられている。マトリックス状以外に、ハニカム状等に配列されていても良い。この図1の例では、赤画素、緑画素、青画素、赤外画素の画素数比率をベイヤー配列にならって、1:2:1:1としている。 Hereinafter, embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of each pixel in the solid-state imaging device according to the first embodiment. A red pixel, a green pixel, a blue pixel, and an infrared pixel are provided at each position of the matrix. In addition to the matrix shape, it may be arranged in a honeycomb shape or the like. In the example of FIG. 1, the pixel number ratio of red pixels, green pixels, blue pixels, and infrared pixels is 1: 2: 1: 1 according to the Bayer array.
しかしながら、赤外画素の解像度を可視光の解像度ほど必要がない場合には、赤外画素を間引いて、赤画素、緑画素、青画素の画素数を赤外画素の画素数より多くすることができる。図2は、第2の実施形態に係る固体撮像素子における各画素の配列を示す平面図である。この第2の実施形態にあっては、赤画素、緑画素、青画素、赤外画素の画素数比率を、2:4:2:1としている。第1の実施形態と比べて、赤外画素の画素数比率を半分に減少させた比率を採用したものである。 However, when the resolution of infrared pixels is not as high as that of visible light, the number of red pixels, green pixels, and blue pixels may be made larger than the number of infrared pixels by thinning out the infrared pixels. it can. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of each pixel in the solid-state imaging device according to the second embodiment. In the second embodiment, the ratio of the number of red pixels, green pixels, blue pixels, and infrared pixels is 2: 4: 2: 1. Compared to the first embodiment, a ratio in which the ratio of the number of infrared pixels is reduced by half is adopted.
画素の配列は第1の実施形態と第2の実施形態など、適宜な配列を採用し、深さ方向の構成を図3のように構成した第3の実施形態を説明する。この固体撮像素子は、P型シリコン(Si)半導体基板10を備え、このP型シリコン(Si)半導体基板10に、光電変換により発生した電荷を蓄積するN型不純物層11、12、13、14が設置されている。 A third embodiment will be described in which an appropriate arrangement such as the first embodiment and the second embodiment is adopted as the pixel arrangement, and the configuration in the depth direction is configured as shown in FIG. The solid-state imaging device includes a P-type silicon (Si) semiconductor substrate 10, and N-type impurity layers 11, 12, 13, and 14 that accumulate charges generated by photoelectric conversion in the P-type silicon (Si) semiconductor substrate 10. Is installed.
N型不純物層11、12、13、14のそれぞれの表面側には、P型シリコン半導体基板10の表面をシールドし、フォトダイオードの暗電流を抑制するためのP型不純物層15、16、17、18が設置されている。更に、N型不純物層11、12、13、14のそれぞれの間には、フォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層21、22、23、24、25がN型不純物層11、12、13、14の深さより深い位置まで設置されている。 P-type impurity layers 15, 16, 17 for shielding the surface of the P-type silicon semiconductor substrate 10 and suppressing the dark current of the photodiode are provided on the surface sides of the N-type impurity layers 11, 12, 13, 14. , 18 are installed. Further, between each of the N-type impurity layers 11, 12, 13, and 14, P-type impurity layers 21, 22, 23, 24, and 25 that enhance the isolation between the photodiodes are N-type impurity layers 11, 12, It is installed to a position deeper than the depth of 13,14.
P型シリコン半導体基板10の受光面より上部側(撮像対象側)には、画素の配列を実現するように、入射光から赤色光、緑色光、青色光、赤外光を分離する(透過させる)カラーフィルター26、27、28、29が配置されている。カラーフィルター26から、P型シリコン半導体基板10側を見込んだ領域が赤画素31であり、カラーフィルター27から、P型シリコン半導体基板10側を見込んだ領域が緑画素32であり、カラーフィルター28から、P型シリコン半導体基板10側を見込んだ領域が青画素33であり、カラーフィルター29から、P型シリコン半導体基板10側を見込んだ領域が赤外画素34である。 Red light, green light, blue light, and infrared light are separated (transmitted) from incident light on the upper side (imaging target side) above the light receiving surface of the P-type silicon semiconductor substrate 10 so as to realize pixel arrangement. ) Color filters 26, 27, 28 and 29 are arranged. From the color filter 26, the region looking toward the P-type silicon semiconductor substrate 10 is the red pixel 31, and from the color filter 27, the region looking toward the P-type silicon semiconductor substrate 10 is the green pixel 32. The region looking into the P-type silicon semiconductor substrate 10 side is the blue pixel 33, and the region looking into the P-type silicon semiconductor substrate 10 side from the color filter 29 is the infrared pixel 34.
上記構成の固体撮像素子によれば、赤画素31、緑画素32、青画素33、赤外画素34のいずれもが、P型シリコン半導体基板10に形成されている。シリコン(P型シリコン半導体基板10)のバンドギャップは1.12eVであるから、フォトダイオードにおいて理論的には1107nmより短い波長で光電変換が起き、可視光から赤外光まで広範囲の波長を受光して撮像を行うことができる。 According to the solid-state imaging device having the above configuration, all of the red pixel 31, the green pixel 32, the blue pixel 33, and the infrared pixel 34 are formed on the P-type silicon semiconductor substrate 10. Since the band gap of silicon (P-type silicon semiconductor substrate 10) is 1.12 eV, photoelectric conversion occurs theoretically at a wavelength shorter than 1107 nm in the photodiode, and a wide range of wavelengths from visible light to infrared light is received. Imaging can be performed.
しかしながら、バンドギャップ近傍のエネルギーを有する波長の変換効率は良くないため、赤外画素34において赤外光の感度が十分に得られないことが考えられる。そこで、第4の実施形態として、深さ方向の構成を図4のように構成した固体撮像素子を説明する。この固体撮像素子は、第3の実施形態における赤外画素34の部分を変更し、赤外画素34’としたものである。この固体撮像素子は、光電変換により発生した電荷を蓄積するためのN型不純物層14と、N型不純物層14の表面側に設けられ、P型シリコン半導体基板10の表面をシールドし、フォトダイオードの暗電流を抑制するためのP型不純物層18により構成されるフォトダイオードをシリコン(P型シリコン半導体基板10)よりもバンドギャップが小さいシリコンゲルマニウム41内に形成したものである。 However, since the conversion efficiency of the wavelength having energy in the vicinity of the band gap is not good, it is considered that the infrared light sensitivity cannot be sufficiently obtained in the infrared pixel 34. Therefore, as a fourth embodiment, a solid-state imaging device having a configuration in the depth direction as shown in FIG. 4 will be described. In this solid-state imaging device, the infrared pixel 34 'in the third embodiment is changed to an infrared pixel 34'. This solid-state imaging device is provided on the surface side of the N-type impurity layer 14 for accumulating charges generated by photoelectric conversion and the N-type impurity layer 14, shields the surface of the P-type silicon semiconductor substrate 10, and includes a photodiode. A photodiode composed of a P-type impurity layer 18 for suppressing the dark current is formed in silicon germanium 41 having a band gap smaller than that of silicon (P-type silicon semiconductor substrate 10).
図4に示した固体撮像素子の製造方法を、図5から図7の工程断面図を用いて説明する。まず、図5に示すように、P型シリコン半導体基板10上にマスク材となるマスク材酸化膜51を形成し、後に赤外画素34’のフォトダイオードとなる領域上のマスク材酸化膜51をエッチングする。このとき、マスク材酸化膜51は、後にフォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層24、25が設置される領域まで広くエッチングする。 A method for manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG. 4 will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS. First, as shown in FIG. 5, a mask material oxide film 51 to be a mask material is formed on a P-type silicon semiconductor substrate 10, and a mask material oxide film 51 on a region to be a photodiode of the infrared pixel 34 ′ later is formed. Etch. At this time, the mask material oxide film 51 is etched widely up to the region where the P-type impurity layers 24 and 25 for enhancing the separation between the photodiodes later are installed.
次に、マスク材酸化膜51をマスクとして、後に赤外画素34’のフォトダイオードとなる領域のP型シリコン半導体基板10をエッチングすることにより、図6に示す断面構成を作成する。このとき、エッチングされたP型シリコン半導体基板10部分の深さを、後に設置されるN型不純物層14の深さより深くしておく。 Next, using the mask material oxide film 51 as a mask, the P-type silicon semiconductor substrate 10 in a region that will later become a photodiode of the infrared pixel 34 ′ is etched to create a cross-sectional configuration shown in FIG. 6. At this time, the depth of the etched P-type silicon semiconductor substrate 10 is made deeper than the depth of the N-type impurity layer 14 to be installed later.
続いて、後に赤外画素34’のフォトダイオードとなる領域のP型シリコン半導体基板10に形成された凹部に、シリコンゲルマニウム41を結晶成長により選択的に形成し、図7に示す断面構成を作成する。 Subsequently, silicon germanium 41 is selectively formed by crystal growth in a recess formed in the P-type silicon semiconductor substrate 10 in a region that will later become a photodiode of the infrared pixel 34 ', and a cross-sectional configuration shown in FIG. 7 is created. To do.
次に、マスク材酸化膜51を剥離して、フォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層21、22、23、24、25を形成し、光電変換により発生した電荷を蓄積するN型不純物層11、12、13、14を形成する。更に、N型不純物層11、12、13、14のそれぞれの表面側に、P型シリコン半導体基板10の表面をシールドし、フォトダイオードの暗電流を抑制するためのP型不純物層15、16、17、18を形成して図4に示した固体撮像素子を得る。 Next, the mask material oxide film 51 is peeled off to form P-type impurity layers 21, 22, 23, 24, and 25 that enhance separation between photodiodes, and N-type impurities that accumulate charges generated by photoelectric conversion Layers 11, 12, 13, and 14 are formed. Further, P-type impurity layers 15, 16, 16 for shielding the surface of the P-type silicon semiconductor substrate 10 on each surface side of the N-type impurity layers 11, 12, 13, 14 and suppressing the dark current of the photodiode, 17 and 18 are formed to obtain the solid-state imaging device shown in FIG.
この構成により、赤外画素34’のフォトダイオードはシリコンゲルマニウム41内に形成される。シリコンゲルマニウム41のバンドギャップは、シリコン(P型シリコン半導体基板10)のバンドギャップ1.12eVよりも小さくなる。例えば、シリコンゲルマニウム41のゲルマニウム濃度を20%とすると、シリコンゲルマニウム41のバンドギャップは、1.03eVとなる。このとき、フォトダイオードでは理論的には1204nmより短い波長で光電変換が起きる。 With this configuration, the photodiode of the infrared pixel 34 ′ is formed in the silicon germanium 41. The band gap of silicon germanium 41 is smaller than the band gap of 1.12 eV of silicon (P-type silicon semiconductor substrate 10). For example, if the germanium concentration of silicon germanium 41 is 20%, the band gap of silicon germanium 41 is 1.03 eV. At this time, in the photodiode, photoelectric conversion occurs theoretically at a wavelength shorter than 1204 nm.
即ち、シリコン(P型シリコン半導体基板10)に形成したフォトダイオードよりも97nm長い波長から光電変換が起きることになる。この結果、赤外画素34′において赤外光の感度を向上させることができる。また、シリコンゲルマニウム41におけるゲルマニウム濃度を変えることによって、バンドギャップを0.67eVから1.12eVの範囲において所望の値に設定することができる。従って、赤外画素34′において赤外光の感度を所望の特性に設定することができる。 That is, photoelectric conversion occurs from a wavelength 97 nm longer than a photodiode formed on silicon (P-type silicon semiconductor substrate 10). As a result, the sensitivity of infrared light can be improved in the infrared pixel 34 '. In addition, by changing the germanium concentration in the silicon germanium 41, the band gap can be set to a desired value in the range of 0.67 eV to 1.12 eV. Accordingly, the infrared light sensitivity can be set to a desired characteristic in the infrared pixel 34 '.
前述の通り、マスク材酸化膜51は、後にフォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層24、25が設置される領域まで広くエッチングした。また、P型シリコン半導体基板10のエッチングされた部分の深さを、後に設置されるN型不純物層14の深さより深くした。これによって、結晶成長により選択的に形成されるシリコンゲルマニウム41とP型シリコン半導体基板10の境界は、P型不純物層24、25側へ突出し、後に設置されるN型不純物層14の深さより深い部位へ到る。この境界部がフォトダイオード内にあると暗電流が増加するが、光電変換により発生した電荷を蓄積するN型不純物層14が上記境界部を含まないことにより、暗電流の増加を抑制することができる。 As described above, the mask material oxide film 51 was etched extensively up to the region where the P-type impurity layers 24 and 25 for enhancing the separation between the photodiodes later were installed. Further, the depth of the etched portion of the P-type silicon semiconductor substrate 10 is made deeper than the depth of the N-type impurity layer 14 to be installed later. As a result, the boundary between silicon germanium 41 and the P-type silicon semiconductor substrate 10 selectively formed by crystal growth protrudes toward the P-type impurity layers 24 and 25 and is deeper than the depth of the N-type impurity layer 14 to be installed later. To the site. When this boundary is in the photodiode, dark current increases, but the N-type impurity layer 14 for accumulating charges generated by photoelectric conversion does not include the boundary, thereby suppressing increase in dark current. it can.
次に、第5の実施の形態に係る固体撮像素子を説明する。この固体撮像素子では図8に示すように、第4の実施の形態に対し、赤画素31’のフォトダイオードを、シリコンよりもバンドギャップが小さい半導体であって、赤外画素が形成された半導体よりもバンドギャップが大きい半導体内に構成したものである。 Next, a solid-state imaging device according to a fifth embodiment will be described. In this solid-state imaging device, as shown in FIG. 8, in contrast to the fourth embodiment, the photodiode of the red pixel 31 ′ is a semiconductor having a band gap smaller than that of silicon and having an infrared pixel formed thereon. It is configured in a semiconductor having a larger band gap.
この第5の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を、図9から図14の工程断面図を用いて説明する。図9から図11までの工程は、第4の実施の形態における図5から図7によって説明した通りであるため、説明を省略する。例えば、シリコンゲルマニウム41のゲルマニウム濃度は20%としておく。図11の状態において、マスク材酸化膜51を剥離し、P型シリコン半導体基板10上にマスク材となるマスク材酸化膜52を形成し、後に赤画素31’のフォトダイオードとなる領域上のマスク材酸化膜52を図12に示すようにエッチングする。このとき、マスク材酸化膜52は、後にフォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層21、22が設置される領域まで広くエッチングする。 A manufacturing method of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS. The steps from FIG. 9 to FIG. 11 are the same as those described with reference to FIG. 5 to FIG. 7 in the fourth embodiment, and a description thereof will be omitted. For example, the germanium concentration of the silicon germanium 41 is set to 20%. In the state of FIG. 11, the mask material oxide film 51 is peeled off, a mask material oxide film 52 to be a mask material is formed on the P-type silicon semiconductor substrate 10, and a mask on a region that will later become a photodiode of the red pixel 31 ′. The material oxide film 52 is etched as shown in FIG. At this time, the mask material oxide film 52 is etched widely up to a region where the P-type impurity layers 21 and 22 for enhancing the separation between the photodiodes later are installed.
次に、マスク材酸化膜52をマスクとして、後に赤画素31’のフォトダイオードとなる領域のP型シリコン半導体基板10をエッチングすることにより、図13に示す断面構成を作成する。このとき、エッチングされた部分の深さを、後に設置されるN型不純物層11の深さより深くしておく。 Next, using the mask material oxide film 52 as a mask, the P-type silicon semiconductor substrate 10 in a region that will later become a photodiode of the red pixel 31 ′ is etched to create a cross-sectional configuration shown in FIG. 13. At this time, the depth of the etched portion is set deeper than the depth of the N-type impurity layer 11 to be installed later.
続いて、後に赤画素31’のフォトダイオードとなる領域のP型シリコン半導体基板10に形成された凹部に、ゲルマニウム濃度が10%のシリコンゲルマニウム42を結晶成長により選択的に形成し、図14に示す断面構成を作成する。 Subsequently, silicon germanium 42 having a germanium concentration of 10% is selectively formed by crystal growth in a recess formed in the P-type silicon semiconductor substrate 10 in a region that will later become a photodiode of the red pixel 31 ′. Create the cross-sectional configuration shown.
次に、マスク材酸化膜52を剥離して、フォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層21、22、23、24、25を形成し、光電変換により発生した電荷を蓄積するN型不純物層11、12、13、14を形成する。更に、N型不純物層11、12、13、14のそれぞれの表面側に、P型シリコン半導体基板10の表面をシールドし、フォトダイオードの暗電流を抑制するためのP型不純物層15、16、17、18を形成して図8に示した固体撮像素子を得る。 Next, the mask material oxide film 52 is peeled off to form P-type impurity layers 21, 22, 23, 24, and 25 that enhance separation between photodiodes, and N-type impurities that accumulate charges generated by photoelectric conversion Layers 11, 12, 13, and 14 are formed. Further, P-type impurity layers 15, 16, 16 for shielding the surface of the P-type silicon semiconductor substrate 10 on each surface side of the N-type impurity layers 11, 12, 13, 14 and suppressing the dark current of the photodiode, 17 and 18 are formed to obtain the solid-state imaging device shown in FIG.
上記の固体撮像素子によれば、赤画素31’のフォトダイオードはシリコンゲルマニウム42内に形成されている。前述の通り、シリコンゲルマニウム42のゲルマニウム濃度を10%とすると、シリコンゲルマニウム42のバンドギャップは1.08eVとなる。これによりシリコンゲルマニウム42は、緑画素及び青画素のシリコン(P型シリコン半導体基板10)よりも小さなバンドギャップであって、赤外素子のシリコンゲルマニウム41より大きなバンドギャップとすることができる。このとき、赤画素31’のフォトダイオードでは理論的には1148nmより短い波長で光電変換が起きる。これによって、赤色光の感度向上と分光感度特性の合わせ込みが容易となる。 According to the above solid-state imaging device, the photodiode of the red pixel 31 ′ is formed in the silicon germanium 42. As described above, when the germanium concentration of the silicon germanium 42 is 10%, the band gap of the silicon germanium 42 is 1.08 eV. As a result, the silicon germanium 42 can have a smaller band gap than the silicon of the green pixel and the blue pixel (P-type silicon semiconductor substrate 10), and can be larger than the silicon germanium 41 of the infrared element. At this time, in the photodiode of the red pixel 31 ', photoelectric conversion theoretically occurs at a wavelength shorter than 1148 nm. This facilitates the improvement of the sensitivity of red light and the spectral sensitivity characteristics.
この実施形態では、赤外画素34’のみならず赤画素31’の製造工程においても、マスク材酸化膜を後にフォトダイオード間の分離を強化するP型不純物層が設置される領域まで広くエッチングした。また、P型シリコン半導体基板のエッチングされた部分の深さを、後に設置されるN型不純物層の深さより深くした。これによって、結晶成長により選択的に形成されるシリコンゲルマニウムとP型シリコン半導体基板の境界は、P型不純物層側へ突出し、後に設置されるN型不純物層の深さより深い部位へ到る。この境界部がフォトダイオード内にあると暗電流が増加するが、光電変換により発生した電荷を蓄積するN型不純物層が上記境界部を含まないことにより、暗電流の増加を抑制することができる。 In this embodiment, not only in the infrared pixel 34 'but also in the manufacturing process of the red pixel 31', the mask material oxide film is etched extensively to a region where a P-type impurity layer that enhances separation between photodiodes is installed later. . Further, the depth of the etched portion of the P-type silicon semiconductor substrate was made deeper than the depth of the N-type impurity layer to be installed later. As a result, the boundary between silicon germanium and the P-type silicon semiconductor substrate that is selectively formed by crystal growth protrudes toward the P-type impurity layer and reaches a portion deeper than the depth of the N-type impurity layer to be installed later. When this boundary portion is in the photodiode, the dark current increases. However, since the N-type impurity layer that accumulates charges generated by photoelectric conversion does not include the boundary portion, an increase in dark current can be suppressed. .
なお、上記において、赤画素31’と赤外画素34’のフォトダイオードをシリコンゲルマニウムにより構成したが、上記条件を満たす半導体であれば、これに限らないことは当然である。 In the above description, the photodiodes of the red pixel 31 ′ and the infrared pixel 34 ′ are made of silicon germanium. However, the present invention is not limited to this as long as the semiconductor satisfies the above conditions.
10 P型シリコン半導体基板
11〜14 N型不純物層
15〜18 P型不純物層
21〜25 P型不純物層
26〜29 カラーフィルター
31、31’赤画素
32 緑画素
33 青画素
34、34’赤外画素
41 シリコンゲルマニウム
42 シリコンゲルマニウム
51 マスク材酸化膜
52 マスク材酸化膜
10 P-type silicon semiconductor substrate 11 to 14 N-type impurity layer 15 to 18 P-type impurity layer 21 to 25 P-type impurity layer 26 to 29 Color filter 31, 31 ′ Red pixel 32 Green pixel 33 Blue pixel 34, 34 ′ Infrared Pixel 41 Silicon germanium 42 Silicon germanium 51 Mask material oxide film 52 Mask material oxide film
Claims (4)
前記赤外画素のフォトダイオードと前記シリコン基板との間に、前記シリコン基板を構成するシリコンよりもバンドギャップが小さい第1の半導体を設け、前記赤外画素のフォトダイオードを前記第1の半導体に形成することを特徴とする固体撮像素子。 In a solid-state imaging device having a red pixel, a green pixel, a blue pixel, and an infrared pixel, each of which is formed by providing a photodiode formed of an impurity layer of the same material that accumulates charges generated by photoelectric conversion on a silicon substrate.
A first semiconductor having a band gap smaller than that of silicon constituting the silicon substrate is provided between the photodiode of the infrared pixel and the silicon substrate, and the photodiode of the infrared pixel is used as the first semiconductor. A solid-state imaging device characterized by being formed .
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