JP7078919B2 - 固体撮像素子及びその形成方法 - Google Patents
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Description
実施の形態1にかかるCMOSイメージセンサ(固体撮像素子)について説明する前に、まず、一般的な表面照射型CMOSイメージセンサに設けられた埋め込みフォトダイオードについて説明する。
図10に示すように、シリコン基板に形成されたPウェルの表面には、N型拡散領域(N-領域)が形成されている。このN型拡散領域は、Pウェルの表面にN型不純物をドーピングすることにより形成されている。ここで、PウェルとN型拡散領域とによってPN接合型のフォトダイオードが構成されている。
まず、図1、図2及び図3を用いて、表面照射型CMOSイメージセンサ(固体撮像素子)の画素部の基本構成を説明する。
図1は、実施の形態1に係るCMOSイメージセンサに用いられる画素部の基本的な回路構成を示す図である。図1に示すCMOSイメージセンサの画素部1は、所謂、APS(Active Pixel Sensor)とも呼ばれる典型的な4トランジスタ型CMOSイメージセンサの画素部である。
図2は、図1に示す画素部1の基本的部分を画素部1Bとして示す平面レイアウト図である。図3は、図2に示す平面レイアウト図のA-A’部分の断面模式図である。
図4及び図5は、図2に示す画素部1の基本的部分に対し、本発明の特徴の一つを追加した構成の平面レイアウト図である。なお、図4では、複数の配線層のうち第1及び第2配線層のみが示されており、図5では、複数の配線層のうち第3配線層のみが示されている。図6は、図4及び図5に示す平面レイアウト図のB-B’部分の断面模式図である。
図7及び図8は、実施の形態2に係る表面照射型CMOSイメージセンサの画素部2の平面レイアウト図である。なお、図7では、複数の配線層のうち第1及び第2配線層のみが示されており、図8では、複数の配線層のうち第3配線層のみが示されている。図9は、図7及び図8に示す平面レイアウト図のC-C’部分の断面模式図である。
1B 画素部の基本的部分
4 転送ゲート駆動ライン
5 リセット信号線
6 行選択信号線
10 素子分離領域とそれに囲まれた活性領域との境界線
11 N型拡散領域の外周辺
100 半導体基板
101 Pウェル
102 素子分離領域
103 N型拡散領域
104 ピニング層
105 P型拡散領域
106 絶縁膜
CT1 コンタクト
FD1 浮遊拡散容量
MTL メタル電極
MTL_1 第1層に配線されたメタル電極
MTL_2 第2層に配線されたメタル電極
MTL_2a 第2層に配置された追加メタル電極
N1,N2 ノード
PD1 フォトダイオード
TR1 トランスファトランジスタ
TR2 リセットトランジスタ
TR3 増幅トランジスタ
TR4 行選択トランジスタ
GND 接地電圧線
GND_1 第1層に配線された接地電圧線
GND_2 第2層に配線された接地電圧線
V1,V2 ビア
VDD 電源電圧線
VDD_2 第2層に配線された電源電圧線
VOUT 出力信号線
VOUT_2 第2層に配線された出力信号線
Claims (15)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたPN接合型のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの形成面上を含む前記半導体基板の表面上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に積層された複数の配線層のうち、前記フォトダイオードに隣接する第1配線層よりも上位階層の配線層に形成され、かつ、負電圧が印加された第1メタル電極と、
を備え、
前記第1メタル電極は、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の外周を囲むように形成されている、
固体撮像素子。 - 前記第1メタル電極は、
前記複数の配線層のうち、前記第1配線層よりも上位階層の2以上の配線層において形成されている、
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1メタル電極は、
前記2以上の配線層間に設けられたビアを含む、
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記複数の配線層のうち前記第1配線層よりも上位階層の配線層において、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の一部と重なるように形成され、かつ、前記第1メタル電極と電気的に接続された第2メタル電極をさらに備えた、
請求項1~3の何れか一項に記載の固体撮像素子。 - 前記第2メタル電極は、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の中央部と重なるように形成されている、
請求項4に記載の固体撮像素子。 - 前記第2メタル電極は、平面視上、矩形状の前記フォトダイオードの形成領域の一辺から前記中央部を通過して対向する他辺にかけて帯状に形成され、
前記第2メタル電極は、他の最も細い配線幅を有するメタル配線の配線幅、に対応する帯幅となるように形成されている、
請求項5に記載の固体撮像素子。 - 前記第1メタル電極は、さらに、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の一部と重なるように形成されている、
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 平面視上、前記第1メタル電極のうち前記フォトダイオードの形成領域の一部と重なる部分は、前記フォトダイオードの形成領域の中央部と重なるように形成されている、
請求項7に記載の固体撮像素子。 - 平面視上、前記第1メタル電極のうち前記フォトダイオードの形成領域の一部と重なる部分は、他の最も細い配線幅を有するメタル配線の配線幅、に対応する帯幅を有するように帯状に形成されている、
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記フォトダイオードは、
前記半導体基板に形成された一方の導電型のウェルと、
前記ウェル上に形成された他方の導電型の拡散領域と、によって構成される、
請求項1~9の何れか一項に記載の固体撮像素子。 - 前記フォトダイオードは、
前記半導体基板に形成された一方の導電型のウェルと、
前記ウェル上に形成された他方の導電型の拡散領域と、
前記拡散領域の表面に形成された一方の導電型のピニング層と、によって構成される、
請求項1~9の何れか一項に記載の固体撮像素子。 - 前記第1配線層において、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の外周を囲むように形成され、かつ、前記第1メタル電極と電気的に分離して形成されたメタル配線をさらに備えた、
請求項1~11の何れか一項に記載の固体撮像素子。 - 半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたPN接合型のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの形成面上を含む前記半導体基板の表面上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に積層された複数の配線層のうち、前記フォトダイオードに隣接する第1配線層よりも上位階層の配線層に形成され、かつ、負電圧が印加された第1メタル電極と、
を備え、
前記第1配線層において、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の外周を囲むように形成され、かつ、前記第1メタル電極と電気的に分離して形成されたメタル配線をさらに備えた、
固体撮像素子。 - 半導体基板の表面にPN接合型のフォトダイオードを形成し、
前記フォトダイオードの形成面上を含む前記半導体基板の表面上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に積層される複数の配線層のうち、前記フォトダイオードに隣接する第1配線層よりも上位階層の配線層に、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の外周を囲むように第1メタル電極を形成し、
前記第1メタル電極に負電圧を印加する、
固体撮像素子の形成方法。 - 半導体基板の表面にPN接合型のフォトダイオードを形成し、
前記フォトダイオードの形成面上を含む前記半導体基板の表面上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に積層される複数の配線層のうち、前記フォトダイオードに隣接する第1配線層において、平面視上、前記フォトダイオードの形成領域の外周を囲むようにメタル配線を形成し、
前記絶縁膜上に積層される複数の配線層のうち、前記フォトダイオードに隣接する第1配線層よりも上位階層の配線層に、前記メタル配線と電気的に分離するように第1メタル電極を形成し、
前記第1メタル電極に負電圧を印加する、
固体撮像素子の形成方法。
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