CN104347649A - 固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法及摄像机模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减少不向浮置扩散传输而残留在光电变换元件内的信号电荷的固体摄像装置以及固体摄像装置的制造方法。根据本发明的一个实施方式,提供一种固体摄像装置。固体摄像装置具备第1导电型的半导体区域和第2导电型的半导体区域。第1导电型的半导体区域在摄像图像的每个像素中设置。第2导电型的半导体区域通过与第1导电型的半导体区域的PN结而构成光电变换元件,随着从光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧,第2导电型的杂质浓度变低。

Description

固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法及摄像机模块
技术区域
本发明的实施方式涉及固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及摄像机模块。
背景技术
以往,数字摄像机或带摄像机功能的便携式终端等电子设备具备具有固体摄像装置的摄像机模块。固体摄像装置具备与摄像图像的各像素对应而2维排列的多个光电变换元件。各光电变换元件将入射光向与受光量相应的量的电荷进行光电变换,作为表示各像素的亮度的信号电荷而蓄积。
固体摄像装置中,将在各光电变换元件中蓄积的信号电荷向被称为浮置扩散(floating diffusion)的电荷保持部传输而变换为电压,对变换后的电压进行放大而作为图像信号输出。
该固体摄像装置中,在从光电变换元件向浮置扩散进行信号电荷的传输的情况下,有时一部分的信号电荷不被传输而残留在光电变换元件内。不被传输而残留在光电变换元件内的信号电荷有时在摄像图像中成为残像而出现,成为画质劣化的原因。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,提供一种能够减少不向浮置扩散传输而残留在光电变换元件内的信号电荷的固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及摄像机模块。
一实施方式的固体摄像装置具备:第1导电型的半导体区域,对摄像图像的每个像素设置;以及第2导电型的半导体区域,通过与上述第1导电型的半导体区域之间的PN结而构成光电变换元件,第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧而变低。
其他的实施方式的固体摄像装置的制造方法包含如下步骤:形成对摄像图像的每个像素设置的第1导电型的半导体区域;以及形成通过与上述第1导电型的半导体区域之间的PN结而构成光电变换元件、第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧而变低的第2导电型的半导体区域。
再其他的实施方式的摄像机模块具备:获取来自被摄体的光,使被摄体像成像的摄像光学***;和对通过上述摄像光学***成像的上述被摄体像进行摄像的固体摄像装置,
上述固体摄像装置具备:第1导电型的半导体区域,对摄像图像的每个像素设置;以及第2导电型的半导体区域,通过与上述第1导电型的半导体区域之间的PN结而构成光电变换元件,第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧而变低。
发明效果
根据上述构成的固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及摄像机模块,能够降低不向浮置扩散传输而残留在光电变换元件内的信号电荷。
附图说明
图1是表示具备第1实施方式的固体摄像装置的数字摄像机的概略构成的框图。
图2是表示第1实施方式的固体摄像装置的概略构成的框图。
图3是表示第1实施方式的像素阵列的电路构成的一例的说明图。
图4是将第1实施方式的光电变换元件从受光面侧观察的说明图。
图5是沿图4所示的A-A′线剖开的剖视图。
图6是表示第1实施方式的光电变换元件的第2导电型的半导体区域中的杂质浓度分布的说明图。
图7是表示第1实施方式的光电变换元件以及一般的光电变换元件的势垒的分布的说明图。
图8是表示一般的光电变换元件中的信号电荷传输中的势垒的分布的说明图。
图9是表示第1实施方式的光电变换元件的信号电荷传输中的势垒的分布的说明图。
图10是表示第1实施方式的光电变换元件的形成工序的说明图。
图11是表示第2实施方式的光电变换元件以及传输栅的剖视的说明图。
图12是将第3实施方式的光电变换元件从受光面侧观察的说明图。
图13是沿图12所示的B-B′线剖开的剖视图。
图14是表示第3实施方式的光电变换元件的势垒的分布的说明图。
具体实施方式
以下参照附图来详细说明实施方式的固体摄像装置、摄像机模块以及固体摄像装置的制造方法。另外,本发明并不通过该实施方式而被限定。
(第1实施方式)
图1是表示具备第1实施方式的固体摄像装置14的数字摄像机1的概略构成的框图。如图1所示,数字摄像机1具备摄像机模块11和后段处理部12。
摄像机模块11具备摄像光学***13和固体摄像装置14。摄像光学***13获取来自被摄体的光,使被摄体像成像。固体摄像装置14对通过摄像光学***13成像的被摄体像进行摄像,将通过摄像而得到图像信号向后段处理部12输出。该摄像机模块11除了数字摄像机1以外,例如适用于带摄像机的便携式终端等电子设备。
后段处理部12具备ISP(Image Signal Processor)15、存储部16以及显示部17。ISP15进行从固体摄像装置14输入的图像信号的信号处理。该ISP15进行例如去噪处理、缺陷像素修正处理、分辨率变换处理等高画质化处理。
此外,ISP15将信号处理后的图像信号向存储部16、显示部17以及摄像机模块11内的固体摄像装置14所具备的后述的信号处理电路21(参照图2)输出。从ISP15向摄像机模块11反馈的图像信号被用于固体摄像装置14的调整或控制。
存储部16将从ISP15输入的图像信号作为图像而存储。此外,存储部16将所存储的图像的图像信号按照用户的操作等而向显示部17输出。显示部17按照从ISP15或存储部16输入的图像信号来显示图像。该显示部17例如是液晶显示器。
接着,参照图2来说明摄像机模块11所具备的固体摄像装置14。图2是表示第1实施方式的固体摄像装置14的概略构成的框图。如图2所示,固体摄像装置14具备图像传感器20和信号处理电路21。
这里,说明图像传感器20是在对入射光进行光电变换的光电变换元件的入射光所入射的面侧形成有配线层的所谓表面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的情况。
另外,本实施方式的图像传感器20并不限定于表面照射型CMOS图像传感器,也可以是背面照射型CMOS图像传感器或CCD(Charge CoupledDevice)图像传感器等的任意的图像传感器。
图像传感器20具备周边电路22、像素阵列23。并且,周边电路22具备垂直移位寄存器24、定时控制部25、CDS(相关双采样部)26、ADC(模拟数字变换部)27、以及线存储器28。
像素阵列23设置在图像传感器20的摄像区域。在该像素阵列23中,与摄像图像的各像素对应的多个光电变换元件向水平方向(行方向)以及垂直方向(列方向)被配置为2维阵列状(矩阵状)。此外,像素阵列23的与各像素对应的各光电变换元件使与入射光量相应的信号电荷(例如电子)产生而蓄积。
定时控制部25是对垂直移位寄存器24输出作为动作定时的基准的脉冲信号的处理部。垂直移位寄存器24是将用于从阵列(行列)状配置的多个光电变换元件之中以行为单位依次选择读出信号电荷的光电变换元件的选择信号向像素阵列23输出的处理部。
像素阵列23将通过从垂直移位寄存器24输入的选择信号从而以行为单位选择的各光电变换元件中蓄积的信号电荷、作为表示各像素的亮度的像素信号而从光电变换元件向CDS26输出。
CDS26是从自像素阵列23输入的像素信号中、通过相关双采样将噪声除去而向ADC27输出的处理部。ADC27是将从CDS26输入的模拟的像素信号向数字的像素信号变换而向线存储器28输出的处理部。线存储器28是将从ADC27输入的像素信号暂时保持、按照像素阵列23中的光电变换元件的每一行而向信号处理电路21输出的处理部。
信号处理电路21是对从线存储器28输入的像素信号进行规定的信号处理而向后段处理部12输出的处理部。信号处理电路21对像素信号进行例如镜头阴影修正、缺陷修正、降噪处理等信号处理。
这样,图像传感器20中,像素阵列23中配置的多个光电变换元件将入射光向与受光量相应量的信号电荷进行光电变换而蓄积,周边电路22将在各光电变换元件中蓄积的信号电荷作为像素信号而读出,从而进行摄像。
接着,参照图3来简单说明像素阵列23的电路的构成以及动作。图3是表示第1实施方式的像素阵列23的电路构成的一例的说明图。另外,图3所示的电路是将像素阵列23中与摄像图像的1像素对应的部分选择性地抽出的电路。
如图3所示,像素阵列23具备光电变换元件PD、传输晶体管TR、浮置扩散FD、放大晶体管AMP、复位晶体管RST、地址晶体管ADR。另外,这里,对于1像素设置1个光电变换元件PD,但也可以是对1像素设置多个光电变换元件PD、通过多个光电变换元件PD来共有1个浮置扩散FD的构成。
光电变换元件PD是阴极被连接到地电位、阳极被连接到传输晶体管TR的源极的发光二极管。传输晶体管TR的漏极与浮置扩散FD连接。
此外,传输晶体管TR在向栅电极输入传输信号时,将通过光电变换元件PD而进行了光电变换的信号电荷向浮置扩散FD传输。在浮置扩散FD上连接复位晶体管RST的源极。
此外,复位晶体管RST的漏极被连接到电源电压线Vdd。该复位晶体管RST在向浮置扩散FD传输信号电荷之前,若向栅电极输入复位信号,则将浮置扩散FD的电位复位到电源电压的电位。
此外,在浮置扩散FD上连接放大晶体管AMP的栅电极。该放大晶体管AMP的源极被连接到CDS26,漏极被连接到地址晶体管ADR的源极。此外,地址晶体管ADR的漏极被连接到电源电压线Vdd。
像素阵列23中,在地址信号被输入到地址晶体管ADR的栅电极时,与向浮置扩散FD传输的信号电荷的电荷量相应而被放大的信号从放大晶体管AMP向CDS26输出。
本实施方式的像素阵列23所具备的各光电变换元件PD具备能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PD内的信号电荷的构成。以下,对于该光电变换元件PD的构成,参照图4~图6来进行说明。
图4是将第1实施方式的光电变换元件PD从受光面侧观察的说明图,图5是沿图4所示的A-A′线剖开的剖视图,图6是表示第1实施方式的光电变换元件PD的第2导电型的半导体区域4中的杂质浓度分布的说明图。
如图5所示,光电变换元件PD具备例如在硅(Si)晶片等半导体基板100上设置的第1导电型(这里设为“N型”)半导体(这里设为Si)区域31。该N型的Si区域31在摄像图像的每个像素上设置。
进而,光电变换元件PD具备在N型的Si区域31上设置的第2导电型(这里设为“P型”)Si区域4。这样,光电变换元件PD是通过N型的Si区域31和P型的Si区域4的PN结而形成的发光二极管。
另外,在光电变换元件PD的横向上经由信号电荷传输用的传输晶体管TR而设有浮置扩散FD。浮置扩散FD是向通过在光电变换元件PD的周围设置的P型的Si而形成的元件分离区域32的规定位置离子注入N型的杂质而形成的。
并且,传输晶体管TR在光电变换元件PD与浮置扩散FD之间的元件分离区域32的上表面上具备隔着栅绝缘膜33而设置的传输栅(transfergate)TG。通过向该传输栅TG施加规定的传输电压,从光电变换元件PD向浮置扩散FD传输信号电荷。
此时,在第1实施方式中,调整光电变换元件PD的P型的Si区域4中的杂质浓度以及深度,以便能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PD内的信号电荷。
具体来说,如图4以及图5所示,随着从光电变换元件PD的受光区域中的中央朝向受光区域的外周侧而P型的Si区域4形成为与光电变换元件PD的受光面正交的方向的厚度小,也就是说以深度变浅的方式形成。另外,这里的受光区域中的中央是指,将光电变换元件PD从受光面侧观察的受光区域的中央,外周侧是指将光电变换元件PD从受光面侧观察的受光区域中的外周侧。
在图4以及图5中,作为一例,通过第一P型区域41、第二P型区域42、第三P型区域43、第四P型区域44、第五P型区域45这样的5个P型区域而构成P型的Si区域4。另外,构成P型的Si区域的P型区域的数量并不限定于此。
进而,如图6所示,P型的Si区域4随着从光电变换元件PD的受光区域中的中央朝向受光区域的外周侧而形成为P型的杂质浓度变低。
即,在P型的Si区域4之中,第一P型区域41中的P型的杂质浓度最高,第五P型区域45中的P型的杂质浓度最低。此外,在P型的Si区域4之中,第一P型区域41形成得最深,第五P型区域45形成得最浅。
由此,在光电变换元件PD中,内部的势垒的分布以成为例如平底锅形状的方式进行调整,因此能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PD内的信号电荷。以下,参照图7~图9来说明该光电变换元件PD带来的作用效果。
以下,出于使由光电变换元件PD带来的作用效果明确的观点,边对比以P型的Si区域的深度以及浓度分布为均匀的方式形成的一般的光电变换元件与第1实施方式的光电变换元件PD,边进行说明。
图7是表示第1实施方式的光电变换元件PD以及一般的光电变换元件的势垒的分布的说明图。另外,图7中示出了传输电压没有被施加到传输栅TG的状态下的势垒的分布,将第1实施方式的光电变换元件PD的势垒的分布以粗线表示,将一般的光电变换元件的势垒的分布以虚线表示。
此外,图8是表示一般的光电变换元件中的信号电荷传输中的势垒的分布的说明图,图9是表示第1实施方式的光电变换元件PD的信号电荷传输中的势垒的分布的说明图。
如图7中虚线所示,在以P型的Si区域的深度以及浓度分布为均匀的方式形成的一般的光电变换元件中,通过将N型的Si区域的周围包围的P型的元件分离区域的影响,势垒随着从受光区域的周边朝向中央而变高。
也就是说,在一般的光电变换元件中,势垒的分布成为向与受光面相反一侧的面侧成为凸的圆锥形状,在光电变换元件中的传输栅TG的附近形成势垒比较低的部分。
因此,如图8所示,在一般的光电变换元件中在向传输栅TG施加了传输电压的情况下,在受光区域中的中央与传输栅TG侧的外周之间产生不能充分提高势垒的阻挡部101。从而,在一般的光电变换元件中,该阻挡部101成为障碍,有不向浮置扩散FD传输而在光电变换元件内残留信号电荷的情况。
与此相对,在第1实施方式的光电变换元件PD中,如上述那样,随着从受光区域的中央朝向外周而将P型的Si区域4形成得浅,且形成为P型的杂质浓度变少。
因此,在光电变换元件PD中,如图7所示势垒成为平底锅形状。也就是说,在光电变换元件PD中,与一般的光电变换元件相比,受光区域中的势垒成为平坦且高的状态。
这样,在光电变换元件PD中,在传输电压没有被施加到传输栅TG的状态下,受光区域中的传输栅TG附近的势垒也比一般的光电变换元件提高。
由此,如图9所示,光电变换元件PD中,在向传输栅TG施加了传输电压的情况下能够抑制在受光区域中的中央与传输栅TG侧的外周之间产生阻挡部101(参照图8)。从而,根据光电变换元件PD,能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PD内的信号电荷。
此外,在第1实施方式中,如图4所示在光电变换元件PD与传输栅TG之间设有N型的Si区域31。由此,在光电变换元件PD中,如图7所示在受光区域中的传输栅TG的附近形成势垒更高的部分,因此从光电变换元件PD向浮置扩散FD的信号电荷的传输性能进一步提高。
并且,光电变换元件PD所具备的P型的Si区域4随着从受光区域的外周朝向中央而形成为深度变深,因此与P型的Si区域的深度均匀的一般的光电变换元件相比能够使PN结的面积增大。由此,光电变换元件PD与一般的光电变换元件相比能够增加可蓄积的信号电荷(饱和电子数),因此能够使明时的光电变换效率提高。
另外,本实施方式中对随着从光电变换元件PD中的受光区域的中央朝向外周而将P型的Si区域4形成得浅且将P型的杂质浓度变少地形成的情况进行了说明,但也可以使P型的Si区域4的深度均匀。
但是,在使P型的Si区域4的深度均匀的情况下,关于P型的杂质浓度,也设为随着从受光区域的中央朝向外周而变少。通过该构成,与上述的一般的光电变换元件相比,也能过提高受光区域中的势垒,因此能够使信号电荷向浮置扩散FD的传输性能提高。
接着,参照图10对第1实施方式的固体摄像装置14的制造方法进行说明。另外,在固体摄像装置14的制造工序之中除了光电变换元件PD的形成工序以外的制造工序,与一般的固体摄像装置相同,因此这里对光电变换元件PD的形成工序进行说明。
图10是说明第1实施方式的光电变换元件PD的形成工序的说明图。如图10(a)所示,在形成光电变换元件PD的工序中,通过向半导体基板100上的除了光电变换元件PD的形成区域以外的区域离子注入例如硼等P型的杂质并进行退火处理,形成P型的元件分离区域32。
接着,在元件分离区域32上表面的规定位置形成例如以氧化Si为材料的栅绝缘膜33,在栅绝缘膜33的上表面形成以多晶硅为材料的传输栅TG。
之后,在夹持传输栅TG的两侧离子注入例如磷等N型的杂质并进行退火处理。由此,在各光电变换元件PD的形成位置形成N型的Si区域31,并且在夹持传输栅TG而与N型的Si区域31相反一侧形成浮置扩散FD。
接着,在N型的Si区域31的上表面上的中央形成设有开口10的掩模M,经由掩模M向N型的Si区域31离子注入例如硼等P型的杂质而形成第一P型区域41。
之后,如图10(b)所示,将掩模M中的开口10扩大,经由掩模M向N型的Si区域31、以杂质的浓度比第一P型区域41变低的方式、离子注入P型的杂质而形成第二P型区域42。此时,将与第一P型区域41形成时相同的能量向P型的杂质提供而进行离子注入。
接着,如图10(c)所示,将掩模M中的开口10进一步扩大,以杂质的浓度比第二P型区域42变低的方式经由掩模M向N型的Si区域31离子注入P型的杂质而形成第三P型区域43。此时,将与第一P型区域41形成时相同的能量向P型的杂质提供而进行离子注入。
之后,如图10(d)所示,将掩模M中的开口10进一步扩大,以杂质的浓度比第三P型区域43变低的方式经由掩模M向N型的Si区域31离子注入P型的杂质而形成第四P型区域44。此时,将与第一P型区域41形成时相同的能量向P型的杂质提供而进行离子注入。
进而,如图10(e)所示,将掩模M中的开口10扩大,以杂质的浓度比第四P型区域44变低的方式经由掩模M向N型的Si区域31离子注入P型的杂质而形成第五P型区域45。此时,将与第一P型区域41形成时相同的能量向P型的杂质提供而进行离子注入。
由此,以深度均匀且随着从光电变换元件PD的中央朝向外周而P型的杂质浓度变少的方式,形成第一P型区域41、第二P型区域42、第三P型区域43、第四P型区域44、以及第五P型区域45。
最后,进行退火处理而使P型的杂质热扩散。由此,越是P型的杂质浓度浓的区域,杂质扩散到越深的位置,形成随着从光电变换元件PD的中央朝向外周而深度变浅的P型的Si区域4。
这样,在第1实施方式的光电变换元件PD的形成工序中,通过使用1枚掩模M、将掩模M的开口10依次扩大、将P型的杂质的浓度依次变少而进行离子注入,形成P型的Si区域4。
从而,能够形成边抑制在光电变换元件PD的形成中使用的掩模M的枚数增多、边随着从受光区域的中央朝向外周而P型的杂质浓度变少的P型的Si区域4。
此外,在形成第1~第五P型区域41~45时的离子注入中,都将均匀的能量向P型的杂质提供而进行离子注入,能够使离子注入处理中的处理条件的设定简略化。
此外,在形成均匀的深度的第1~第五P型区域41~45后,通过仅进行退火处理,随着从受光区域的中央朝向外周,能够容易地形成深度变浅的P型的Si区域4。
另外,第1~第五P型区域41~45中的P型的杂质的各浓度事先进行试验,并调整为最终形成的光电变换元件PD中的势垒的分布成为图7中以粗线表示的平底锅形状。
如上述那样,在第1实施方式的光电变换元件PD中,与N型的Si区域31形成PN结的P型的Si区域4随着从受光区域的中央朝向外周而形成为,与受光面正交的方向的深度依次变浅,P型的杂质浓度依次变少。
由此,第1实施方式的各光电变换元件PD与P型的杂质浓度以及深度均匀的其他的光电变换元件相比,能够使势垒的分布为平底锅形状。根据该光电变换元件PD,能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PD内的信号电荷,并且能够通过增大饱和电子数来提高明时的光电变换效率。
(第2实施方式)
接着,对第2实施方式的固体摄像装置进行说明。另外,第2实施方式的固体摄像装置除了光电变换元件以及传输栅的构成不同这点外,是与第1实施方式中说明的构成相同的构成。因此,这里参照图11对第2实施方式的光电变换元件PDa以及传输栅TGa进行说明。
图11是表示第2实施方式的光电变换元件PDa以及传输栅TGa的剖视的说明图。另外,对图11所示的构成要素中的与图5所示的构成要素相同的构成要素,赋予与图5所示的标号相同的标号。
如图11所示,光电变换元件PDa具备N型的Si区域5和设置在N型的Si区域5的内部的P型的Si区域6。P型的Si区域6具备形成为随着从光电变换元件PDa的受光区域中的中央朝向外周而与受光面正交的方向的厚度依次变薄、P型的杂质浓度依次变少的第1~第五P型区域61、62、63、64、65。
另外,第1~第五P型区域61、62、63、64、65除了通过比形成第1实施方式中的第1~第五P型区域41~45的情况大的能量来进行P型杂质的离子注入这点以外,能够与图10所示的工序同样地形成。
这样,通过在N型的Si区域5的内部设置随着从受光区域的中央朝向外周而厚度依次变薄、P型的杂质浓度依次变少的P型的Si区域6,也能过使光电变换元件PDa的势垒的分布成为平底锅形状。从而,根据光电变换元件PDa,能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PDa内的信号电荷。
并且,光电变换元件PDa中,由于在P型的Si区域6的受光面侧和与受光面侧相反一侧的面侧这两方形成PN结,因此使饱和电子数进一步增大,从而能够进一步提高明时的光电变换效率。
此外,光电变换元件PDa中的N型的Si区域5具备在P型的Si区域6的受光面侧设置的N型的第一区域51、和在与P型的Si区域6的受光面侧相反一侧设置的N型的第二区域52。
此外,N型的第二区域52与N型的第一区域51相比,形成为N型的杂质浓度变少。由此,能够抑制在N型的第2区域52与P型的Si区域6的接合部蓄积的信号电荷向半导体基板100侧漏出。
进而,在第2实施方式中采用了将传输栅TGa向元件分离区域32的内部埋入的埋入栅极。由此,还能够从与N型的第1区域51侧相比、信号电荷的传输困难的N型的第2区域52向浮置扩散FD有效地进行信号电荷的传输。
此外,光电变换元件PDa在N型的Si区域5的受光面上还具备P型的Si层60。由此,能够使N型的Si区域5中与光的入射无关地产生的电荷(电子)与P型的Si层60中的空穴再结合。从而,根据光电变换元件PDa,能够降低暗电流。
如上述那样,第2实施方式的光电变换元件PDa在N型的Si区域5的内部具备形成为随着从受光区域的中央朝向外周而与受光面正交的方向的厚度依次变薄、P型的杂质浓度依次变少的P型的Si区域6。
从而,根据光电变换元件PDa,能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PDa内的信号电荷,能够通过使饱和电子数进一步增大而使明时的光电变换效率进一步提高。
(第3实施方式)
接着,对第3实施方式的固体摄像装置进行说明。另外,第3实施方式的固体摄像装置除了光电变换元件的构成不同这点外,是与第1实施方式中说明的构成相同的构成。因此,这里参照图12~图14来说明第3实施方式的光电变换元件PDb。
图12是将第3实施方式的光电变换元件PDb从受光面侧观察的说明图,图13是沿图12所示的B-B′线剖开的剖视图,图14是表示第3实施方式的光电变换元件PDb的势垒的分布的说明图。另外,对图12以及图13所示的构成要素中与图5所示的构成要素相同的构成要素,赋予与图5所示的标号相同的标号。
如图12以及图13所示,光电变换元件PDb具备P型的Si区域7,该P型的Si区域7随着从受光区域的中央朝向受光面的外周中的除了与传输栅TG侧的外周相反一侧的外周以外的外周侧而与受光面正交的方向的深度依次变浅,P型的杂质浓度依次变少。
该P型的Si区域7由第1~第五P型区域71、72、73、74、75构成。也就是说,在P型的Si区域7之中,第一P型区域71为最深、P型的杂质浓度最高的区域,第五P型区域75为最浅、P型的杂质浓度最少的区域。
另外,第1~第五P型区域71、72、73、74、75除了将图10所示的掩模M的开口10的位置靠近受光面上的与传输栅TG相反一侧形成、依次将开口10扩大以外,能够与图10所示的工序同样形成。
该光电变换元件PDb的势垒的分布如图14所示,成为随着从受光区域中的与传输栅TG相反一侧的外周朝向中央而势垒逐渐变高的斜面。另外,从受光区域的中央跨向传输栅TG的势垒的分布与第1实施方式相同。
由此,光电变换元件PDb中,与第1实施方式的光电变换元件PD同样,能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PDb内的信号电荷。进而,光电变换元件PDb中,通过从与传输栅TG相反一侧的外周朝向中央的势垒的斜面,从而在距传输栅TG比受光区域的中央更远的区域中蓄积的信号电荷容易向浮置扩散FD传输。
从而,根据光电变换元件PDb,即使是例如受光面积极广的情况或在大气圏外的宇宙中使用的情况,也能够减少不向浮置扩散FD传输而残留在光电变换元件PDb内的信号电荷。
如上述那样,第3实施方式的光电变换元件PDb具备随着从受光区域的中央朝向受光面的外周中除了与传输栅TG侧的外周相反一侧的外周以外的外周侧而依次变浅且P型的杂质浓度依次变少的P型的Si区域7。
根据光电变换元件PDb,在距传输栅TG比受光区域的中央远的区域中蓄积的信号电荷容易向浮置扩散FD传输,在受光面积非常广的情况下或在宇宙中使用的情况下,信号电荷的传输性能提高。
另外,在上述的实施方式中对第1~第五P型区域41~45、61~65、71~75从受光面观察为矩形状的情况进行了说明,但也可以形成为从受光面观察为同心圆形状。由此,势垒成为信号电荷向浮置扩散FD的传输效率进一步提高那样的理想的平底锅形状的分布。
此外,也可以代替图11所示的P型的Si层60而设置图5所示的P型的Si区域4。根据该构成,能够通过使第2实施方式的光电变换元件PDa中的PN结的面积进一步增大而进一步增大饱和电子数,因此将明时的光电变换效率提高。
此外,也可以在图5所示的光电变换元件PD以及图13所示的光电变换元件PDb中的N型的Si区域31的内部设置图11所示的P型的Si区域6。通过该构成,PN结的面积也进一步增大,因此能够使饱和电子数进一步增大,将明时的光电变换效率提高。
说明了本发明的若干实施方式,但这些实施方式是作为例而提示的,并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他的各种的形态来实施,在不脱离发明的主旨的范围中能够进行各种的省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或要旨中,并且包含在权利要求书所记载的发明和其等同的范围中。
标号说明
1数字摄像机,11摄像机模块,12后段处理部,13摄像光学***,14固体摄像装置,15ISP、16存储部,17显示部,20图像传感器,21信号处理电路,22周边电路,23像素阵列,24垂直移位寄存器,25定时控制部,26CDS、27ADC,28线存储器,PD、PDa、PDb光电变换元件,FD浮置扩散,TR传输晶体管,TG传输栅,100半导体基板,31、5N型的Si区域,4、6、7P型的Si区域。

Claims (17)

1.一种固体摄像装置,具备:
第1导电型的半导体区域,对在摄像图像的每个像素设置;以及
第2导电型的半导体区域,通过与上述第1导电型的半导体区域之间的PN结而构成光电变换元件,第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧而变低。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置,
在上述第2导电型的半导体区域中,第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向该光电变换元件的受光面上的外周侧而变低。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置,
在上述第2导电型的半导体区域中,第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向该光电变换元件的受光面的外周中的、除了与上述信号电荷传输用的传输栅侧的外周相反一侧的外周以外的外周侧而变低。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置,
上述第2导电型的半导体区域设置在上述第1导电型的半导体区域的内部,上述第1导电型的半导体区域具备比上述第2导电型的半导体区域靠上述光电变换元件的受光面侧设置的第一区域、和比上述第2导电型的半导体区域靠上述光电变换元件的与受光面相反一侧设置的第二区域。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置,
在上述第2导电型的半导体区域中,第2导电型的杂质浓度越高的区域,该第2导电型的半导体区域的与上述光电变换元件的受光面正交的方向上的厚度越大。
6.如权利要求2所述的固体摄像装置,
在上述第2导电型的半导体区域中,第2导电型的杂质浓度越高的区域,该第2导电型的半导体区域的与上述光电变换元件的受光面正交的方向上的厚度越大。
7.如权利要求3所述的固体摄像装置,
在上述第2导电型的半导体区域中,第2导电型的杂质浓度越高的区域,该第2导电型的半导体区域的与上述光电变换元件的受光面正交的方向上的厚度越大。
8.如权利要求4所述的固体摄像装置,
在上述第2导电型的半导体区域中,第2导电型的杂质浓度越高的区域,该第2导电型的半导体区域的与上述光电变换元件的受光面正交的方向上的厚度越大。
9.如权利要求4所述的固体摄像装置,
在上述光电变换元件的受光面上还具备第2导电型的半导体层。
10.一种固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
形成对摄像图像的每个像素设置的第1导电型的半导体区域;以及
形成第2导电型的半导体区域,该第2导电型的半导体区域通过与上述第1导电型的半导体区域之间的PN结而构成光电变换元件,并且第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧而变低。
11.如权利要求10所述的固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
以第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向该光电变换元件的受光面上的外周侧而变低的方式形成上述第2导电型的半导体区域。
12.如权利要求10所述的固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
以第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向该光电变换元件的受光面上的外周中的、除了与上述信号电荷传输用的传输栅侧的外周相反一侧的外周以外的外周侧而变低的方式形成上述第2导电型的半导体区域。
13.如权利要求10所述的固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
在上述光电变换元件的受光面侧形成第1导电型的第一区域,并在上述光电变换元件的与受光面相反一侧形成第1导电型的第二区域,从而形成上述第1导电型的半导体区域,在上述第1导电型的半导体区域的内部形成上述第2导电型的半导体区域。
14.如权利要求10所述的固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
以第2导电型的杂质浓度越高的区域,则与上述光电变换元件的受光面正交的方向上的厚度越变大的方式形成上述第2导电型的半导体区域。
15.如权利要求10所述的固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
在上述第1导电型的半导体区域的上表面上形成与该上表面的中央对应的位置被开口的掩模,在边将上述掩模的开口依次扩大边从上述开口向上述第1导电型的半导体区域离子注入浓度依次变少的第2导电型的杂质后,进行热处理,从而形成上述第2导电型的半导体区域。
16.如权利要求15所述的固体摄像装置的制造方法,包含如下步骤:
通过同等的能量,将上述浓度依次变少的第2导电型的杂质离子注入。
17.一种摄像机模块,具备:获取来自被摄体的光而使被摄体像成像的摄像光学***;以及对通过上述摄像光学***成像的上述被摄体像进行摄像的固体摄像装置,
上述固体摄像装置具备:
第1导电型的半导体区域,对摄像图像的每个像素设置;以及
第2导电型的半导体区域,通过与上述第1导电型的半导体区域之间的PN结而构成光电变换元件,第2导电型的杂质浓度随着从上述光电变换元件的中央向信号电荷传输用的传输栅侧而变低。
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