JP2019114797A - Solid state image sensor and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a solid-state imaging device and a method of manufacturing the solid-state imaging device.
従来、固体撮像装置は、撮像画像の各画素に対応して2次元に配置される複数の光電変換素子と、光電変換素子がそれぞれに設けられる各画素同士を電気的に画素分離する画素分離領域とを備える。各画素は、入射光を受光量に応じた量の信号電荷へ光電変換して、各画素内の電荷蓄積領域に蓄積する。 Conventionally, in a solid-state imaging device, a pixel separation area that electrically separates each of a plurality of photoelectric conversion elements arranged in two dimensions corresponding to each pixel of a captured image and each photoelectric conversion element is provided. And Each pixel photoelectrically converts incident light into a signal charge of an amount according to the amount of light received, and accumulates it in the charge accumulation region in each pixel.
かかる固体撮像装置は、電荷蓄積領域に蓄積可能な信号電荷の数(飽和電子数)が多いほど、光電変換のダイナミックレンジが広くなる。しかしながら、各画素は、電荷蓄積領域の周縁部における飽和電子数が電荷蓄積領域の中央部に比べて少なくなることがある。 In such a solid-state imaging device, the larger the number of signal charges (the number of saturated electrons) that can be stored in the charge storage region, the wider the dynamic range of photoelectric conversion. However, in each pixel, the number of saturated electrons in the peripheral portion of the charge storage region may be smaller than that in the central portion of the charge storage region.
一つの実施形態は、各画素の電荷蓄積領域に蓄積可能な飽和電子数を増大させることができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of one embodiment is to provide a solid-state imaging device capable of increasing the number of saturated electrons that can be accumulated in the charge accumulation region of each pixel, and a method of manufacturing the solid-state imaging device.
一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。半導体層に電荷蓄積領域を有する画素と、転送ゲートと、画素分離領域とを備え、前記電荷蓄積領域の周縁部のうち、転送ゲートに面する周縁部を除く周縁部に設けられ、前記電荷蓄積領域に含まれる不純物の導電型と同一導電型の不純物を前記電荷蓄積領域の中央部よりも高濃度に含む高濃度領域を備える。 According to one embodiment, a solid state imaging device is provided. The pixel is provided with a pixel having a charge storage region in a semiconductor layer, a transfer gate, and a pixel separation region, and provided on the peripheral edge of the charge storage region except for the peripheral edge facing the transfer gate, the charge storage A high concentration region is provided which contains an impurity of the same conductivity type as that of the impurity contained in the region at a higher concentration than the central portion of the charge storage region.
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法について詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a solid-state imaging device and a method of manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited by this embodiment.
図1は、実施形態に係る固体撮像装置14を備えるデジタルカメラ1の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、デジタルカメラ1は、カメラモジュール11と後段処理部12とを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital camera 1 provided with a solid-state imaging device 14 according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the digital camera 1 includes a
カメラモジュール11は、撮像光学系13と固体撮像装置14とを備える。撮像光学系13は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置14は、撮像光学系13によって結像される被写体像を撮像し、撮像によって得られた画像信号を後段処理部12へ出力する。かかるカメラモジュール11は、デジタルカメラ1以外に、例えば、カメラ付き携帯端末などの電子機器に適用される。
The
後段処理部12は、ISP(Image Signal Processor)15、記憶部16および表示部17を備える。ISP15は、固体撮像装置14から入力される画像信号の信号処理を行う。かかるISP15は、例えば、ノイズ除去処理、欠陥画素補正処理、解像度変換処理などの高画質化処理を行う。
The
そして、ISP15は、信号処理後の画像信号を記憶部16、表示部17およびカメラモジュール11内の固体撮像装置14が備える後述の信号処理回路21(図2参照)へ出力する。ISP15からカメラモジュール11へフィードバックされる画像信号は、固体撮像装置14の調整や制御に用いられる。
Then, the ISP 15 outputs the image signal after signal processing to the storage unit 16, the
記憶部16は、ISP15から入力される画像信号を画像として記憶する。また、記憶部16は、記憶した画像の画像信号をユーザの操作などに応じて表示部17へ出力する。表示部17は、ISP15あるいは記憶部16から入力される画像信号に応じて画像を表示する。かかる表示部17は、例えば、液晶ディスプレイなどである。
The storage unit 16 stores an image signal input from the ISP 15 as an image. In addition, the storage unit 16 outputs the image signal of the stored image to the
次に、図2を参照してカメラモジュール11が備える固体撮像装置14について説明する。図2は、実施形態に係る固体撮像装置14の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、固体撮像装置14は、イメージセンサ20と、信号処理回路21とを備える。
Next, referring to FIG. 2, the solid-state imaging device 14 provided in the
ここでは、イメージセンサ20が、入射光を光電変換する画素における入射光が入射する側の面に配線層が形成される所謂表面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである場合について説明する。なお、実施形態に係るイメージセンサ20は、表面照射型CMOSイメージセンサに限定するものではなく、裏面照射型CMOSイメージセンサや、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等といった任意のイメージセンサであってもよい。
Here, a case will be described where the
イメージセンサ20は、周辺回路22と、画素アレイ23とを備える。また、周辺回路22は、垂直シフトレジスタ24、タイミング制御部25、CDS(相関二重サンプリング)26、ADC(アナログデジタル変換部)27、およびラインメモリ28を備え、これらは主にアナログ回路で構成される。
The
画素アレイ23は、イメージセンサ20の撮像領域に設けられる。かかる画素アレイ23には、撮像画像の各画素に対応する複数の光電変換素子が、水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)へ2次元アレイ状(マトリックス状)に配置されている。
The
そして、画素アレイ23は、各画素の光電変換素子が入射光量に応じた信号電荷(例えば、電子)を発生させて、各画素内の電荷蓄積領域に蓄積する。本実施形態では、各電荷蓄積領域に蓄積可能な飽和電子数を増大させることによって、各画素による光電変換のダイナミックレンジを拡張する。
Then, the
かかる画素アレイ23の各画素については、図3〜図5を参照して詳述する。画素アレイ23は、各画素によって光電変換された電荷の量に応じた電圧の信号を、撮像画像における各画素の輝度を示す画素信号として取得する。
Each pixel of the
タイミング制御部25は、垂直シフトレジスタ24、CDS26、ADC27およびラインメモリ28に対して動作タイミングの基準となるパルス信号を出力する処理部である。垂直シフトレジスタ24は、アレイ(行列)状に2次元配列された複数の画素の中から信号電荷を読み出す画素を行単位で順次選択するための選択信号を画素アレイ23へ出力する処理部である。
The
画素アレイ23は、垂直シフトレジスタ24から入力される選択信号によって行単位で選択される各画素に蓄積された信号電荷を、撮像画像における各画素の輝度を示す画素信号として画素からCDS26へ出力する。
The
CDS26は、画素アレイ23から入力される画素信号から、相関二重サンプリングによってノイズを除去してADC27へ出力する処理部である。ADC27は、CDS26から入力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号へ変換してラインメモリ28へ出力する処理部である。ラインメモリ28は、ADC27から入力される画素信号を一時的に保持し、画素アレイ23における画素の行毎に信号処理回路21へ出力する処理部である。
The
信号処理回路21は、ラインメモリ28から入力される画素信号に対して所定の信号処理を行って後段処理部12へ出力する処理部であり、主にデジタル回路で構成される。信号処理回路21は、画素信号に対して、例えば、レンズシェーディング補正、傷補正、ノイズ低減処理などの信号処理を行う。
The
このように、イメージセンサ20では、画素アレイ23に配置される複数の画素が入射光を受光量に応じた量の信号電荷へ光電変換して蓄積し、周辺回路22が各画素に蓄積された信号電荷を画素信号として読み出すことによって撮像を行う。
As described above, in the
次に、図3〜図5を参照して、実施形態に係る画素アレイ23について説明する。図3は、実施形態に係る画素アレイ23中の一画素に対応する部分を示す模式的な平面図であり、図4は、実施形態に係る図3に示す画素アレイ23のA−A’線による模式的な断面を示す説明図である。また、図5は、実施形態に係る画素の電荷蓄積領域におけるポテンシャル電位の分布を示す説明図である。
Next, the
なお、図3には、各画素における電荷蓄積領域の構成の理解を容易にするため、電荷蓄積領域上に設けられる後述の第2導電型の半導体領域52、反射防止膜34、カラーフィルタCF、およびマイクロレンズML(図4参照)を除去した状態の画素を示している。
In FIG. 3, in order to facilitate understanding of the configuration of the charge storage region in each pixel, a
図3に示すように、画素アレイ23は、第1導電型の半導体領域51と、高濃度領域53と、転送ゲートTRGと、フローティングディフュージョンFDとを備える。第1導電型の半導体領域51は、半導体層に、例えば、リン等のN型の不純物がドープされたN型の領域である。
As shown in FIG. 3, the
また、高濃度領域53は、第1導電型の半導体領域51の側面のうち、転送ゲートTRGに面する側の側面を除く側面を囲む位置に設けられ、半導体層に、例えば、リン等のN型の不純物が第1導電型の半導体領域51よりも高い濃度でドープされたN型の領域である。これら、第1導電型の半導体領域51および高濃度領域53は、画素で光電変換された信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。
The
転送ゲートTRGは、半導体層における第1導電型の半導体領域51に隣接する領域上に設けられ、例えば、ポリシリコンによって形成される。また、フローティングディフュージョンFDは、転送ゲートTRGを挟んで、半導体層内で第1導電型の半導体領域51と対向する位置に、例えば、リン等のN型の不純物がドープされた領域である。
The transfer gate TRG is provided on a region adjacent to the
また、画素アレイ23は、これら第1導電型の半導体領域51、高濃度領域53、転送ゲートTRG、フローティングディフュージョンFDが設けられる領域を平面視において囲む位置に、表層画素分離拡散領域42および絶縁部材43を備える。
Further, the
表層画素分離拡散領域42は、半導体層に、例えば、ボロン等のP型の不純物がドープされたP型の領域である。また、絶縁部材43は、例えば、酸化シリコンであり、表層素子分離拡散領域42に設けられる。絶縁部材43は、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)であり、各画素間を電気的に分離する。
The surface layer pixel
画素アレイ23における一画素部分の断面構造は、図4に示すようになっている。具体的には、画素アレイ23中の一画素に注目すると、図4に示すように、半導体基板31と、半導体基板31上に設けられるオーバーフロードレイン層32と、オーバーフロードレイン層32上に設けられる半導体層であるエピタキシャル層33とを備える。
The sectional structure of one pixel portion in the
半導体基板31は、例えば、シリコン基板である。オーバーフロードレイン層32は、半導体基板31上に設けられるエピタキシャル層33の底部に、例えば、ボロン等のP型の不純物がドープされた層である。エピタキシャル層33は、半導体基板31上に、シリコンがエピタキシャル成長された層であり、例えば、リン等のN型の不純物が比較的低濃度に含まれる。
The
また、各画素は、エピタキシャル層33内に設けられる前述した第1導電型の半導体領域51と、高濃度領域53と、エピタキシャル層33の表層における第1導電型の半導体領域51の直上に設けられる第2導電型の半導体領域52とを備える。
Each pixel is provided directly on the
第1導電型の半導体領域51および高濃度領域53は、前述したように、エピタキシャル層33内に、例えば、リン等のN型の不純物がドープされたN型の領域である。一方、第2導電型の半導体領域52は、エピタキシャル層33における第1導電型の半導体領域51および高濃度領域53の直上に、例えば、ボロン等のP型の不純物がドープされたP型の領域である。
As described above, the
各画素は、エピタキシャル層33の表裏を貫通する画素分離領域40によって、隣接する画素と分離される。画素分離領域40は、前述した表層画素分離拡散領域42および表層画素分離拡散領域42に設けられる絶縁部材43と、表層画素分離拡散領域42の下面からオーバーフロードレイン層32の上面まで達する深層画素分離拡散領域41とを含む。
Each pixel is separated from an adjacent pixel by a
深層画素分離拡散領域41は、エピタキシャル層33に、例えば、ボロン等のP型の不純物がドープされたP型の領域である。さらに、各画素は、受光面側に、反射防止膜34、カラーフィルタCF、およびマイクロレンズMLを備える。
The deep pixel
各画素は、マイクロレンズML、カラーフィルタCF、反射防止膜34を介して入射する光を信号電荷に光電変換して、第1導電型の半導体領域51および高濃度領域53に蓄積する。
Each pixel photoelectrically converts light incident through the microlens ML, the color filter CF, and the
そして、各画素は、図3に示す転送ゲートTRGに所定の転送電圧を印加することによって、第1導電型の半導体領域51および高濃度領域53からフローティングディフュージョンFDへ転送する。その後、各画素は、フローティングディフュージョンFDへ転送された信号電荷に応じた電圧を増幅してCDS26(図2参照)へ出力する。
Then, each pixel transfers data from the
かかる画素は、上記したように、第1導電型の半導体領域51と、表層画素分離拡散領域42との間に、第1導電型の半導体領域51よりもN型の不純物濃度が高い高濃度領域53を備えるので蓄積可能な飽和電子数を増大させることができる。
Such a pixel is, as described above, a high concentration region having a higher N-type impurity concentration than the first conductivity
具体的には、高濃度領域53を備えない一般的な画素では、図5に点線で示すように、電荷蓄積領域における周縁部のポテンシャル電位は、電荷蓄積領域における中央部のポテンシャル電位(図5の一点鎖線参照)よりも低い。
Specifically, in a general pixel not provided with the
これは、信号電荷を蓄積する量子井戸の深さが、電荷蓄積領域の中央部に比べて周縁部の方が浅いことを示している。つまり、電荷蓄積領域の周縁部の飽和電子数が中央部の飽和電子数よりも少ないことを意味している。 This indicates that the depth of the quantum well for storing the signal charge is shallower in the peripheral portion than in the central portion of the charge storage region. That is, it means that the number of saturated electrons in the peripheral portion of the charge storage region is smaller than the number of saturated electrons in the central portion.
かかる現象の発生は、電荷蓄積領域の周縁部に含まれているN型の不純物が、電荷蓄積領域の周縁部に近接する表層画素分離拡散領域42に含まれているP型の不純物によって電気的に中和されることに起因する。
The occurrence of this phenomenon is caused by the electrical conductivity of the N-type impurity contained in the peripheral portion of the charge storage region due to the P-type impurity contained in the surface layer pixel
そこで、画素アレイ23中の画素は、第1導電型の半導体領域51と、表層画素分離拡散領域42との間に、第1導電型の半導体領域51よりもN型の不純物濃度が高い高濃度領域53を備える。これにより、高濃度領域53は、内部のN型の不純物が隣接する表層画素分離拡散領域42内のP型の不純物によって多少電気的に中和されても、ポテンシャル電位が図5に実線で示すように、高濃度領域53がない場合に比べて高くなる。
Therefore, the pixels in the
したがって、画素アレイ23中の各画素は、高濃度領域53を備えない画素に比べて、電荷蓄積領域における周縁部の量子井戸が深くなるので、蓄積可能な信号電荷の飽和電子数を増大させることができ、光電変換のダイナミックレンジを拡大することができる。
Therefore, each pixel in the
なお、高濃度領域53は、第1導電型の半導体領域51よりもN型の不純物濃度が高ければ、高濃度領域53を備えない画素よりも蓄積可能な飽和電子数を増大可能である。ただし、高濃度領域53は、ポテンシャル電位を第1導電型の半導体領域51のポテンシャル電位と同等にする場合、N型の不純物濃度が第1導電型の半導体領域51におけるN型の不純物濃度の1.2倍以上の濃度であることが好ましい。
In the
また、高濃度領域53は、図3に示すように、第1導電型の半導体領域51の側面のうち、転送ゲートTRGに面する側の側面を除く側面を囲んで画素分離領域40との間に設けられる。つまり、高濃度領域53は、第1導電型の半導体領域51の転送ゲートTRGに面する側には、設けられない。
In addition, as shown in FIG. 3, the
これにより、画素アレイ23中の画素は、第1導電型の半導体領域51における転送ゲートTRG側の端縁に、不必要に深い量子井戸が形成されることがない。したがって、各画素は、第1導電型の半導体領域51および高濃度領域53からフローティングディフュージョンFDへ信号電荷を転送する場合に、信号電荷が電荷蓄積領域に残留して撮像画像に残像が生じることを防止することができる。
As a result, in the pixels in the
次に、図6〜図8を参照して、実施形態に係る固体撮像装置14の製造方法について説明する。図6〜図8は、実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程を示す断面視による説明図である。 Next, a method of manufacturing the solid-state imaging device 14 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 6-8 is explanatory drawing by the cross sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device 14 which concerns on embodiment.
なお、実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程のなかで、画素アレイ23の製造工程以外は、一般的な固体撮像装置の製造工程と同様である。このため、ここでは、画素アレイ23の製造工程について説明し、その他の工程については、その説明を省略する。また、以下の説明では、図3および図4に示す構成要素と同一の構成要素については、図2および図3に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
The manufacturing process of the solid-state imaging device 14 according to the embodiment is the same as the manufacturing process of a general solid-state imaging device except the manufacturing process of the
画素アレイ23を製造する場合には、まず、図6に(a)で示すように、シリコン基板等の半導体基板31上に、例えば、リン等のP型の不純物をドープしながら、シリコンのエピタキシャル層33を形成する。その後、エピタキシャル層33の底部に、例えば、ボロン等のP型の不純物をイオン注入し、アニール処理を行うことによって、オーバーフロードレイン層32を形成する。
In the case of manufacturing the
続いて、図6に(b)で示すように、エピタキシャル層33の表面にレジスト61を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト61をパターニングし、深層画素分離拡散領域41の形成領域上におけるレジスト61を選択的に除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, a resist 61 is applied on the surface of the
そして、パターニングしたレジスト61をマスクとして使用し、エピタキシャル層33へ、例えば、ボロン等のP型の不純物をイオン注入する。ここでは、エピタキシャル層33の表層部よりも深い位置からオーバーフロードレイン層32の上面までの領域に、P型の不純物を複数回イオン注入する。その後、アニール処理を行うことにより、深層画素分離拡散領域41を形成し、レジスト61を剥離する。
Then, using the patterned resist 61 as a mask, P-type impurities such as boron are ion-implanted into the
続いて、図6に(c)で示すように、エピタキシャル層33の表面にレジスト62を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト62をパターニングし、表層画素分離拡散領域42の形成領域上におけるレジスト62を選択的に除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a resist 62 is applied to the surface of the
そして、パターニングしたレジスト62をマスクとして使用し、エピタキシャル層33へ、例えば、ボロン等のP型の不純物をイオン注入する。ここでは、エピタキシャル層33の表層部分へP型の不純物をイオン注入する。その後、アニール処理を行うことにより、表層画素分離拡散領域42を形成し、レジスト62を剥離する。
Then, using the patterned resist 62 as a mask, P-type impurities such as boron are ion-implanted into the
続いて、エピタキシャル層33上、および表層画素分離拡散領域42上にレジスト63を塗布し、図7に(a)で示すように、フォトリソグラフィーによってレジスト63をパターニングし、表層画素分離拡散領域42の中央上のレジスト63を選択的に除去する。
Subsequently, a resist 63 is applied on the
そして、パターニングしたレジスト63をマスクとして使用し、表層画素分離拡散領域42の中央部をエッチングして、表層画素分離拡散領域42に平面視格子状のトレンチを形成する。その後、レジスト63を剥離し、図7に(b)で示すように、トレンチが形成された表層画素分離拡散領域42上、およびエピタキシャル層33上に、例えば、酸化シリコン等の絶縁部材43を積層する。
Then, using the patterned resist 63 as a mask, the central portion of the surface layer pixel
続いて、図7に(c)で示すように、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によって、絶縁部材43の表面を研削および研磨することにより、絶縁部材43の上面とエピタキシャル層33の上面とを面一にする。こうして、エピタキシャル層33を区画する平面視格子状の画素分離領域40を形成する。
Subsequently, as shown by (c) in FIG. 7, the upper surface of the insulating
続いて、エピタキシャル層33上、および画素分離領域40上にレジスト64を塗布し、図8に(a)で示すように、フォトリソグラフィーによってレジスト64をパターニングし、画素分離領域40上を除く部分のレジスト64を選択的に除去する。
Subsequently, a resist 64 is applied on the
そして、パターニングしたレジスト64をマスクとして使用し、エピタキシャル層33の内部へ、例えば、リン等のN型の不純物をイオン注入する。ここでは、エピタキシャル層33の表層よりも深い領域に、N型の不純物をイオン注入する。その後、アニール処理を行うことによって、第1導電型の半導体領域51を形成し、レジスト64を剥離する。
Then, using the patterned resist 64 as a mask, N-type impurities such as phosphorus are ion implanted into the
エピタキシャル層33上、および画素分離領域40上にレジスト65を塗布し、図8に(b)で示すように、フォトリソグラフィーによってレジスト65をパターニングし、第1導電型の半導体領域51における周縁部上のレジスト65を選択的に除去する。
A resist 65 is applied on the
ここでは、第1導電型の半導体領域51における四方の周縁部上のレジスト65のうち、図3に示した転送ゲートTRGに面する側の周縁部上のレジスト65については、除去せずに残しておく。
Here, among the resists 65 on the four peripheral edges of the
そして、パターニングしたレジスト65をマスクとして使用し、エピタキシャル層33の内部へ、例えば、リン等のN型の不純物をイオン注入してアニール処理を行う。ここでは、例えば、第1導電型の半導体領域51を形成する工程でイオン注入したN型の不純物のドーズ量を100とした場合、N型の不純物のドーズ量が20以上となるようにイオン注入を行う。
Then, using the patterned resist 65 as a mask, an annealing treatment is performed by implanting ions of an N-type impurity such as phosphorus into the
なお、かかるドーズ量は、一例であり、第1導電型の半導体領域51の周縁部へ、追加でN型の不純物をイオン注入すれば、ここでのN型の不純物のドーズ量は初回のイオン注入時の20%に限定されるものではない。
Note that this dose amount is an example, and if an additional N-type impurity is ion implanted into the peripheral portion of the first conductivity
これにより、第1導電型の半導体領域51の周縁部のうち、転送ゲートTRG(図3参照)に面する側の周縁部を除く周縁部に、第1導電型の半導体領域51よりもN型の不純物濃度が高い高濃度領域53が形成される。
Thus, in the peripheral portion of the
その後、図8に(c)で示すように、レジスト65を剥離し、エピタキシャル層33の表層へ、例えば、ボロン等のP型の不純物をイオン注入して、アニール処理を行うことにより、エピタキシャル層33の表層に、第2導電型の半導体領域52を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 8C, the resist 65 is peeled off, and a P-type impurity such as boron is ion-implanted into the surface layer of the
その後、図8に(c)で示す構造体上に、反射防止膜34、カラーフィルタCF、およびマイクロレンズML(図4参照)を順次積層することによって、図4に示す画素アレイ23が完成する。
Thereafter, the
なお、これまで、一つの画素に対して、一つのフローティングディフュージョンFDが設けられる場合を例に挙げて説明したが、本実施形態に係る画素アレイは、複数の画素に対して、一つのフローティングディフュージョンが設けられる構成であってもよい。 In the above, the case where one floating diffusion FD is provided for one pixel has been described as an example, but in the pixel array according to the present embodiment, one floating diffusion is provided for a plurality of pixels. May be provided.
ここで、図9を参照して、複数の画素に対して、一つのフローティングディフュージョンが設けられた変形例に係る画素アレイについて説明する。図9は、実施形態の変形例に係る画素アレイ23Aの受光面側の面の一部を示す模式的な平面図である。
Here, with reference to FIG. 9, a pixel array according to a modification in which one floating diffusion is provided for a plurality of pixels will be described. FIG. 9 is a schematic plan view showing a part of the surface on the light receiving surface side of the
なお、図9には、画素における電荷蓄積領域の構成の理解を容易にするため、電荷蓄積領域上に設けられる第2導電型の半導体領域52、反射防止膜34、カラーフィルタCF、およびマイクロレンズMLを除去した状態の画素アレイ23Aを示している。
In FIG. 9, in order to facilitate understanding of the configuration of the charge storage region in the pixel, the
図9に示すように、画素アレイ23Aは、2つの画素に対して、一つのフローティングディフュージョンFDAが設けられる所謂2画素1セル構造である。同図に示すように、画素アレイ23Aは、表層画素分離拡散領域42Aおよび絶縁部材43Aによって囲まれた領域内に、平面視略矩形状をした2つの第1導電型の半導体領域51a,51bを備える。
As shown in FIG. 9, the
また、画素アレイ23Aは、各第1導電型の半導体領域51a,51bにおける直近の各角部上に、それぞれ転送ゲートTRGa,TRGbを備え、各転送ゲートTRGa,TRGbの間に、共用される一つのフローティングディフュージョンFDAを備える。
In addition, the
かかる2画素1セル構造の画素アレイ23Aの場合、各第1導電型の半導体領域51a,51bの周縁部のうち、各転送ゲートTRGa,TRGbに面する角部を除く周縁部に、それぞれ高濃度領域53a,53bを設ける。高濃度領域53a,53bは、図3に示す高濃度領域53と同様に、第1導電型の半導体領域51a,51bよりも第1導電型(ここでは、N型)の不純物濃度が高い領域である。
In the case of the
このように、画素アレイ23Aは、各第1導電型の半導体領域51a,51bと、N型の表層画素分離拡散領域42Aとの間に、第1導電型の半導体領域51a,51bよりもN型の不純物濃度が高い高濃度領域53a,53bを備える。したがって、画素アレイ23Aは、2画素1セル構造である場合にも、各画素の飽和電子数を増大させることができる。
Thus, the
上述したように、実施形態に係る固体撮像装置は、各画素における電荷蓄積領域の周縁部のうち、転送ゲートに面する周縁部を除く周縁部に、電荷蓄積領域に含まれる不純物の導電型と同一導電型の不純物を電荷蓄積領域の中央部よりも高濃度に含む高濃度領域を備える。 As described above, in the solid-state imaging device according to the embodiment, among the peripheral portions of the charge storage region in each pixel, in the peripheral portion excluding the peripheral portion facing the transfer gate, the conductivity type of the impurity included in the charge storage region A high concentration region including impurities of the same conductivity type at a higher concentration than the central portion of the charge storage region is provided.
これにより、固体撮像装置は、電荷蓄積領域内の第1導電型の不純物が、隣接する画素分離領域内の第2導電型の不純物によって多少電気的に中和されても、電荷蓄積領域の周縁部におけるポテンシャル電位の低下を抑制することができる。したがって、固体撮像装置は、各画素に蓄積可能な飽和電子数を増加させることができる。 Thus, in the solid-state imaging device, the periphery of the charge storage region is obtained even if the first conductivity type impurity in the charge storage region is somewhat electrically neutralized by the second conductivity type impurity in the adjacent pixel separation region. It is possible to suppress a drop in the potential potential of the part. Therefore, the solid-state imaging device can increase the number of saturated electrons that can be stored in each pixel.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1 デジタルカメラ、 11 カメラモジュール、 12 後段処理部、 13 撮像光学系、 14 固体撮像装置、 15 ISP、 16 記憶部、 17 表示部、 20 イメージセンサ、 21 信号処理回路、 22 周辺回路、 23,23A 画素アレイ、 24 垂直シフトレジスタ、 25 タイミング制御部、 26 CDS、 27 ADC、 28 ラインメモリ、 31 半導体基板、 32 オーバーフロードレイン層、 33 エピタキシャル層、 34 反射防止膜、 40 画素分離領域、 41 深層画素分離拡散領域、 42,42A 表層画素分離拡散領域、 43,43A 絶縁部材、 51,51a,51b 第1導電型の半導体領域、 52 第2導電型の半導体領域、 53,53a,53b 高濃度領域、 61〜65 レジスト、 CF カラーフィルタ、 FD,FDA フローティングディフュージョン、 ML マイクロレンズ、 TRG,TRGa,TRGb 転送ゲート。
Reference Signs List 1
一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。半導体層に電荷蓄積領域を有する画素と、転送ゲートと、前記画素を他の画素と分離する画素分離領域とを備える。前記画素分離領域は、前記半導体層の表層に設けられ、前記電荷蓄積領域に含まれる不純物と異なる導電型の不純物領域と絶縁部材によって構成された表層画素分離領域と、前記表層画素分離領域の下面から下方に延在し、前記表層画素分離領域の不純物と同一導電型の不純物領域によって形成された深層画素分離領域を有する。前記表層画素分離領域によって分離された前記半導体層の表層に、前記電荷蓄積領域の周縁部のうち、転送ゲートに面する周縁部を除く周縁部に設けられ、前記電荷蓄積領域に含まれる不純物の導電型と同一導電型の不純物を前記電荷蓄積領域の中央部よりも高濃度に含む高濃度領域を備える。 According to one embodiment, a solid state imaging device is provided. And a pixel having a charge storage region in the semiconductor layer, and a transfer gate, Ru and a pixel isolation region separating said pixels and other pixels. The pixel separation region is provided on the surface layer of the semiconductor layer, and a surface layer pixel separation region formed of an impurity region of a conductivity type different from the impurity contained in the charge storage region and an insulating member, and a lower surface of the surface layer pixel separation region. And a deep pixel separation region formed of an impurity region of the same conductivity type as the impurity of the surface layer pixel separation region. The surface layer of the semiconductor layer separated by the surface layer pixel separation region is provided on the periphery of the charge storage region except for the periphery facing the transfer gate, and the impurities included in the charge storage region A high concentration region including impurities of the same conductivity type as the conductivity type at a higher concentration than the central portion of the charge storage region is provided.
Claims (5)
前記電荷蓄積領域の周縁部のうち、転送ゲートに面する周縁部を除く周縁部に設けられ、前記電荷蓄積領域に含まれる不純物の導電型と同一導電型の不純物を前記電荷蓄積領域の中央部よりも高濃度に含む高濃度領域
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel having a charge storage region in a semiconductor layer, a transfer gate, and a pixel separation region;
The peripheral portion of the charge storage region is provided at the peripheral portion excluding the peripheral portion facing the transfer gate, and the central portion of the charge storage region is an impurity of the same conductivity type as the conductivity type of the impurity contained in the charge storage region. What is claimed is: 1. A solid-state imaging device comprising: a high concentration area including a higher concentration than the high concentration area.
前記半導体層における前記電荷蓄積領域に隣接する領域上に設けられ、
前記電荷蓄積領域は、
前記半導体層内に設けられる第1導電型の半導体領域と、
前記第1導電型の半導体領域の側面のうち、前記転送ゲートに面する側の側面を除く側面を囲んで前記画素分離領域との間に設けられる前記高濃度領域と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The transfer gate is
Provided on a region adjacent to the charge storage region in the semiconductor layer,
The charge storage region is
A semiconductor region of a first conductivity type provided in the semiconductor layer;
And a high concentration region provided between the pixel isolation region and a side surface excluding the side surface facing the transfer gate among the side surfaces of the semiconductor region of the first conductivity type. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記高濃度領域と接する領域に第2導電型の不純物を含む
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 The pixel separation area is
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the region in contact with the high concentration region contains an impurity of a second conductivity type.
不純物濃度が前記電荷蓄積領域の中央部における不純物濃度の1.2倍以上である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の固体撮像装置。 The high concentration region is
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the impurity concentration is at least 1.2 times the impurity concentration in the central portion of the charge storage region.
前記第1導電型の半導体領域の周縁部のうち、転送ゲートが形成される側の周縁部を除く周縁部に、第1導電型の不純物をさらにドープして、前記第1導電型の半導体領域よりも第1導電型の不純物濃度が高い高濃度領域を形成することと、
前記半導体層の表層における前記第1導電型の半導体領域および前記高濃度領域の直上に第2導電型の不純物をドープして第2導電型の半導体領域を形成することと、
前記半導体層における前記第2導電型の半導体領域に隣接する領域上に転送ゲートを形成することと
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Doping the semiconductor layer with an impurity of the first conductivity type to form a semiconductor region of the first conductivity type;
Among the peripheral portions of the semiconductor region of the first conductivity type, the peripheral region excluding the peripheral portion on the side where the transfer gate is formed is further doped with an impurity of the first conductivity type to form the semiconductor region of the first conductivity type Forming a high concentration region in which the impurity concentration of the first conductivity type is higher than that of the first conductivity type;
Forming a second conductivity type semiconductor region by doping an impurity of a second conductivity type directly on the semiconductor region of the first conductivity type and the high concentration region in the surface layer of the semiconductor layer;
Forming a transfer gate on a region adjacent to the semiconductor region of the second conductivity type in the semiconductor layer.
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