JP7013119B2 - 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び撮像システム - Google Patents
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Description
分離領域を形成する際には、注入する不純物がレジストの側壁等に衝突してエネルギーを失い、分離領域の上方の半導体領域において不純物濃度が高くなってしまういわゆるレジスト近接効果が発生することが知られている(例えば、特許文献2参照)。特に、固体撮像素子の微細化に伴って隣接する画素間の距離が短くなると、トランジスタ等が配される半導体領域の面積も小さくなるため、レジスト近接効果による影響が無視できなくなる。
図1~図5を参照しながら、第1実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図1は、第1実施形態に係る固体撮像素子における画素1の等価回路を示す概略図である。
次に、図6~図8を参照しながら、第2実施形態に係る固体撮像素子について説明する。第1実施形態では、1つの画素1が1つの光電変換部PDを有する構成について説明した。これに対し本実施形態では、1つの画素1が2つの光電変換部を有する構成について説明する。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
次に、図9~図11を参照しながら、第3実施形態に係る固体撮像素子について説明する。本実施形態では、複数の光電変換部が、共通のドレイン領域dTXを通る対称軸に対して互いに線対称に配置される。以下、第2実施形態と異なる構成を中心に説明する。
次に、図12を参照しながら、第4実施形態に係る撮像システム1200について説明する。本実施形態の撮像システム1200は、第1~第3実施形態の固体撮像素子を備えるものであり、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、撮像システム1200には、レンズなどの光学系と固体撮像素子とを備えるカメラモジュールも含まれる。図12には、撮像システム1200の一例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。図12に示す撮像システム1200は、レンズ保護バリア1206、レンズ1202、絞り1204、固体撮像素子1201、信号処理部1208を備える。また、タイミング発生部1210、全体制御・演算部1212、メモリ部1214、記録媒体制御I/F部1216、記録媒体1220、外部I/F部1218を備える。
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、上述の実施形態では、トランジスタの多数キャリアの導電型(第1導電型)がn型であり、少数キャリアの導電型(第2導電型)がp型であることを想定したが、多数キャリアの導電型と少数キャリアの導電型とが逆であってもよい。また、上述の各実施形態は、組み合わせて適用することも可能である。
11 :第1半導体領域
12 :第2半導体領域
13 :列信号線
100 :ウェル領域
101 :n型領域
102 :p型領域
104 :画素分離部
105 :コンタクト
106 :延長部
111 :第1分離領域
112 :第3分離領域
121 :第2分離領域
122 :第4分離領域
113 :カウンタードープ領域
PD :光電変換部
FD :浮遊拡散部
RES :リセットトランジスタ
SEL :選択トランジスタ
SF :増幅トランジスタ
TX :転送トランジスタ
Claims (12)
- 入射光を光電変換して生じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から浮遊拡散部へ前記電荷を転送するMOS型の転送トランジスタと、前記浮遊拡散部に転送された前記電荷の量に応じた信号を出力する出力部とを、第2導電型のウェル領域に配した画素を備える固体撮像素子であって、
前記ウェル領域の第1半導体領域において、
前記転送トランジスタの第1導電型のドレイン領域の下方の深い領域に形成され、第2導電型の不純物濃度が前記ウェル領域よりも高い第2導電型の第1分離領域と、
前記第1半導体領域の上面から前記光電変換部の第1導電型の不純物濃度がピークとなる深さ位置までの領域に、前記ドレイン領域を囲むように形成され、第1導電型の不純物濃度が前記ドレイン領域よりも低い第1導電型のカウンタードープ領域とを有し、
平面視において前記第1半導体領域と直交する方向に延びる第2半導体領域において、
前記出力部が有する複数のトランジスタのチャネル領域に形成された第1導電型の埋め込みチャネル領域と、
前記埋め込みチャネル領域の下方の深い領域に形成され、第2導電型の不純物濃度が前記ウェル領域よりも高い第2導電型の第2分離領域と
を有し、
前記カウンタードープ領域の下面の深さ位置が、前記埋め込みチャネル領域の下面の深さ位置よりも深く、
前記第1半導体領域の前記第1分離領域の上方において、深さが浅くなるほど第2導電型の不純物濃度が高くなっている第3分離領域を更に有し、
前記第2半導体領域の前記第2分離領域の上方において、深さが浅くなるほど第2導電型の不純物濃度が高くなっている第4の分離領域を更に有し、
前記光電変換部は、第1光電変換部及び第2光電変換部を含み、
前記転送トランジスタは、前記ドレイン領域を共用する第1転送トランジスタ及び第2転送トランジスタを含み、前記第1転送トランジスタは前記第1光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、前記第2転送トランジスタは前記第2光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、
前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタは、前記光電変換部と前記ドレイン領域の間のチャネル領域の上方に、絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極及び第2ゲート電極をそれぞれ有し、
前記ドレイン領域は、平面視における前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に延長部を有し、
前記延長部の下面の深さ位置が、前記ドレイン領域の下面の深さ位置よりも浅いことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記転送トランジスタは、前記光電変換部と前記ドレイン領域の間のチャネル領域の上方に、絶縁膜を介して形成されたゲート電極を更に有し、
前記カウンタードープ領域が、平面視において前記ゲート電極と一部重なっている
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記複数のトランジスタは、
前記浮遊拡散部に転送された前記電荷の量に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記浮遊拡散部に転送された前記電荷をリセットするリセットトランジスタと、
前記増幅トランジスタが出力する信号を列信号線に出力する選択トランジスタと、
を含む
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。 - 前記光電変換部は、前記第1光電変換部及び第3光電変換部を含み、
前記転送トランジスタは、前記ドレイン領域を共用する前記第1転送トランジスタ及び第3転送トランジスタを含み、前記第1転送トランジスタは前記第1光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、前記第3転送トランジスタは前記第3光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、
前記第1光電変換部と前記第3光電変換部とは、平面視において、前記ドレイン領域を通る線を対称軸として互いに線対称に配置されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。 - 隣接する画素との境界部に形成された画素分離部を更に有し、前記画素分離部が、前記ドレイン領域及び前記カウンタードープ領域と接していない
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子。 - 光電変換部と、前記光電変換部から浮遊拡散部へ電荷を転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散部に転送された前記電荷の量に応じた信号を出力する出力部とを、第2導電型のウェル領域に配した画素と、
第1の方向に延びる第1半導体領域と、
平面視において前記第1の方向に直交する第2の方向に延びる第2半導体領域と
を備える固体撮像素子であって、
前記第1半導体領域が、
第1導電型の前記浮遊拡散部の下方に形成された前記第2導電型の第1分離領域と、
前記浮遊拡散部を囲い、前記浮遊拡散部の前記第1導電型の不純物濃度よりも低い前記第1導電型の不純物濃度を有する、第1導電型の第1カウンタードープ領域と、
を有し、
前記第2半導体領域が、
前記出力部が有する複数のトランジスタのチャネル領域に形成された第1導電型の第2カウンタードープ領域と、
前記第2カウンタードープ領域の下方に形成された第2導電型の第2分離領域と
を有し、
前記第1カウンタードープ領域の下面の深さ位置が、前記第2カウンタードープ領域の下面の深さ位置よりも深く、
前記第1半導体領域の前記第1分離領域の上方において、深さが浅くなるほど第2導電型の不純物濃度が高くなっている第3分離領域を更に有し、
前記第2半導体領域の前記第2分離領域の上方において、深さが浅くなるほど第2導電型の不純物濃度が高くなっている第4の分離領域を更に有し、
前記光電変換部は、第1光電変換部及び第2光電変換部を含み、
前記転送トランジスタは、ドレイン領域を共用する第1転送トランジスタ及び第2転送トランジスタを含み、前記第1転送トランジスタは前記第1光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、前記第2転送トランジスタは前記第2光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、
前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタは、前記光電変換部と前記ドレイン領域の間のチャネル領域の上方に、絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極及び第2ゲート電極をそれぞれ有し、
前記ドレイン領域は、平面視における前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に延長部を有し、
前記延長部の下面の深さ位置が、前記ドレイン領域の下面の深さ位置よりも浅いことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記転送トランジスタは、前記光電変換部と前記浮遊拡散部の間のチャネル領域の上方に、絶縁膜を介して形成されたゲート電極を更に有し、
前記第1カウンタードープ領域が、平面視において前記ゲート電極と一部重なっている
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記出力部の前記複数のトランジスタは、
前記浮遊拡散部に転送された前記電荷の量に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記浮遊拡散部に転送された前記電荷をリセットするリセットトランジスタと、
前記増幅トランジスタが出力する信号を列信号線に出力する選択トランジスタと、
を含む
ことを特徴とする請求項6または7に記載の固体撮像素子。 - 前記延長部の下面の深さ位置が、前記第1カウンタードープ領域の下面の深さ位置よりも浅い
ことを特徴とする請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記光電変換部は、前記第1光電変換部及び第3光電変換部を含み、
前記転送トランジスタは、前記浮遊拡散部を共用する前記第1転送トランジスタ及び第3転送トランジスタを含み、前記第1転送トランジスタは前記第1光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、前記第3転送トランジスタは前記第3光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、
前記第1光電変換部と前記第3光電変換部とは、平面視において、前記浮遊拡散部を通る線を対称軸として互いに線対称に配置されている
ことを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 隣接する画素との境界部に形成された画素分離部を更に有し、前記画素分離部が、前記浮遊拡散部及び前記第1カウンタードープ領域と接していない
ことを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子。 - 入射光を光電変換して生じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から浮遊拡散部へ前記電荷を転送するMOS型の転送トランジスタと、前記浮遊拡散部に転送された前記電荷の量に応じた信号を出力する出力部とを、第2導電型のウェル領域に配した画素を備える固体撮像素子の製造方法であって、
前記ウェル領域の第1半導体領域の深い領域に、第2導電型の不純物濃度が前記ウェル領域よりも高い第2導電型の第1分離領域を形成するステップと、
前記第1半導体領域の上面から前記光電変換部の第1導電型の不純物濃度がピークとなる深さ位置までの前記第1半導体領域に、第1導電型の不純物を注入し、第1導電型のカウンタードープ領域を形成するステップと、
前記カウンタードープ領域に、第1導電型の不純物濃度が前記カウンタードープ領域よりも高い第1導電型のドレイン領域を形成するステップと、
平面視において前記第1半導体領域と直交する方向に延びる第2半導体領域の深い領域に、第2導電型の不純物濃度が前記ウェル領域よりも高い第2導電型の第2分離領域を形成するステップと、
前記第2分離領域の上方に、複数のトランジスタを形成するとともに、前記複数のトランジスタのチャネル領域に、第1導電型の埋め込みチャネル領域を形成するステップと、
前記第1半導体領域の前記第1分離領域の上方において、深さが浅くなるほど第2導電型の不純物濃度が高くなっている第3分離領域を形成するステップと、
前記第2半導体領域の前記第2分離領域の上方において、深さが浅くなるほど第2導電型の不純物濃度が高くなっている第4の分離領域を形成するステップと、
を有し、
前記カウンタードープ領域を形成するステップと、前記埋め込みチャネル領域を形成するステップとが、異なるフォトマスクを用いて行われ、
前記光電変換部は、第1光電変換部及び第2光電変換部を含み、
前記転送トランジスタは、前記ドレイン領域を共用する第1転送トランジスタ及び第2転送トランジスタを含み、前記第1転送トランジスタは前記第1光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、前記第2転送トランジスタは前記第2光電変換部から前記浮遊拡散部へ前記電荷を転送し、
前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタは、前記光電変換部と前記ドレイン領域の間のチャネル領域の上方に、絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極及び第2ゲート電極をそれぞれ有し、
前記ドレイン領域は、平面視における前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に延長部を有し、
前記延長部の下面の深さ位置が、前記ドレイン領域の下面の深さ位置よりも浅いことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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