JP2005317768A - 固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基体11内に受光センサ部1が形成され、この受光センサ部1の第1導電型の電荷蓄積領域14の下に、第1導電型の不純物領域21,22,23が形成され、この第1導電型の不純物領域21,22,23は、その少なくとも最深部23が、受光センサ部1を含む撮像領域全体にわたって形成されている固体撮像素子を構成する。
【選択図】 図2
Description
例えば、受光センサ部のN型の電荷蓄積領域の下にあるP型半導体ウエル領域が、OFBとなる。
そこで、OFBを深くして受光センサ部の電荷の蓄積量を増やすことを目的として、例えば半導体基板の比較的深い位置に、OFBとなるP型の不純物領域を形成することが考えられている。
これは、画素セル内の半導体基体の表面近傍にある、P型不純物の影響と考えられている。
このように、受光センサ部60のN型の電荷蓄積領域54の下にN型の不純物領域71,72,73を形成したことにより、受光センサ部60の電荷の蓄積量を増やして、感度を向上することが可能になる。
このことが、固体撮像素子の安定生産を阻害する要因の一つとなる。
さらに、第1導電型の不純物領域の少なくとも最深部が、受光センサ部を含む撮像領域全体にわたって形成されていることにより、この撮像領域全体にわたって形成されている第1導電型の不純物領域を形成する際には、微細な線幅のマスクパターンを形成する必要がなく、レジストの線幅や位置のばらつきをなくすことが可能になる。
従って、例えば深いイオン注入を行うために厚いレジストマスクを用いても、容易に位置精度よく第1導電型の不純物領域を形成することが可能になり、レジストの線幅や位置のばらつきに起因する画素毎の特性のバラツキを低減することができる。
このように構成したときには、第1導電型の不純物領域を形成するために、微細な線幅のマスクパターンを形成する必要が全くなくなるため、レジストの線幅や位置のばらつきを完全になくすことが可能になる。
また、第1導電型の不純物領域をより深い位置に形成することも可能になるため、これにより受光センサ部の電荷の蓄積量を増やして、感度をさらに向上することが可能になる。
本実施の形態は、本発明をCCD固体撮像素子に適用した場合である。
半導体基体11上には、ゲート絶縁膜16を介して、例えば多結晶シリコンから成る転送電極(ゲート電極)17が、読み出しゲート部9及びチャネルストップ領域3上にも跨って形成されている。そして、転送チャネル領域2とゲート絶縁膜16と転送電極17とにより、垂直転送部が構成される。
また、半導体基体11の深い位置に、OFB(オーバーフローバリア)となるP型の不純物領域12が形成されている。
また、必要に応じて、上層に、カラーフィルタやオンチップレンズ等の部品が設けられて固体撮像素子が構成される。
なお、図中13は、半導体基体11のうち、P型の不純物領域12よりも上部の半導体領域を示しており、この半導体領域13の構成は特に限定されず、従来知られている構成と同様にすることができる。
以下、このN型の不純物領域21,22,23を、DSR(Deep SensoR)領域と呼ぶことにする。
これらN型のDSR領域21,22,23が形成されていることにより、受光センサ部(フォトセンサ)1のポテンシャルを深くして、受光センサ部(フォトセンサ)1の電荷の蓄積量を増やすことができる。
一方、他の2層のDSR領域22,23は、図6に示した従来の構成と同様に、画素毎に分離して、各画素の受光センサ部(フォトセンサ)1のN型の電荷蓄積領域14に対応する位置に形成されている。
なお、このDSR領域21は、図1の出力部6には形成しないことが望ましい。
このように、少なくとも撮像領域4全体にDSR領域21を形成しているので、このDSR領域21をイオン注入により形成する際に、微細な線幅のレジストマスクを必要としない。
次に、所望のエネルギー(比較的高いエネルギー)とドーズ量にて、少なくとも撮像領域4全体にわたってN型不純物をイオン注入し、最下層のDSR領域21を形成する(以上、図3A参照)。
ここでは、既に先の工程において、高いエネルギーのイオン注入が終了しているため、レジスト31の膜厚を、従来の図6に示した構成を製造する場合と比較して、薄くすることが可能になり、レジスト31の線幅や位置ずれについての制御性を充分持たせることができる。
その後は、必要に応じて、絶縁層、平坦化層、カラーフィルタ、オンチップレンズを形成する。
このようにして、図1及び図2に示した本実施の形態の固体撮像素子を製造することができる。
このため、その上の2層のDSR領域22,23を形成するためのマスクとなるレジスト31は、高いエネルギーのイオン注入に耐える必要がなくなるため、従来の図6に示した構成を製造する場合と比較して、薄くすることが可能になる。
これにより、レジスト31のパターンが微細になっても、パターン線幅のばらつきを抑え、位置合わせの精度を確保することができ、2層のDSR領域22,23の位置精度を従来よりも向上することができることから、画素毎の特性のバラツキを低減することができる。
さらに、最下層のDSR領域21を形成する際には、線幅の微細なレジストマスクを用いる必要がなくなるため、半導体基体11のより奥深くへDSR領域21を形成することが可能になる。これにより、さらなる感度の向上が期待される。
従って、容易に画素サイズを縮小化することができ、これにより固体撮像素子の多画素化や小型化を図ることができる。
本発明では、複数層のDSR領域が形成され、これら複数層のうち少なくとも最下層のDSR領域が、少なくとも撮像領域全体にわたって形成されている構成を含む。
また、本発明は、1層のDSR領域が少なくとも撮像領域全体にわたって形成されている構成をも含む。
その他の構成は、図1及び図2に示した先の実施の形態の固体撮像素子と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
これにより、固体撮像素子の画素サイズの縮小化により受光センサ部(フォトセンサ)1の面積が減少しても、充分な蓄積量を確保することが可能になる。
これにより、半導体基体11のより奥深くへDSR領域21,22,23を形成することが可能になり、さらなる感度の向上が期待される。
また、製造時のレジストマスクの線幅や合わせずれの影響を完全になくして、画素毎の特性のバラツキを大幅に低減することができることにより、容易に安定して固体撮像素子を製造することが可能になり、製造歩留まりを向上することができる。
その場合でも、DSR領域の最深部を、少なくとも撮像領域全体にわたって形成すればよい。
例えば、CMOS型固体撮像素子にも本発明を適用することができる。
即ち、受光センサ部の電荷蓄積領域と同じ導電型の不純物領域を形成すればよい。
Claims (4)
- 半導体基体内に受光センサ部が形成され、
前記受光センサ部の第1導電型の電荷蓄積領域の下に、第1導電型の不純物領域が形成され、
前記第1導電型の不純物領域は、その少なくとも最深部が、前記受光センサ部を含む撮像領域全体にわたって形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記第1導電型の不純物領域が、全て前記撮像領域全体にわたって形成され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。
- 前記第1導電型の不純物領域が複数層形成され、前記複数層のうち少なくとも最下層が、前記撮像領域全体にわたって形成され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。
- 前記複数層のうち、前記撮像領域全体にわたって形成されている層以外の層は、前記受光センサ部の下に各画素毎に分離して形成されていることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。
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