JP2006196729A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエル領域の形状を工夫することで、飽和した画素から漏れ出した電荷による悪影響を排除して、撮像画像の品質の向上を図ることを可能とする。
【解決手段】複数の画素120を2次元アレイ状に配列した受光領域を有する固体撮像装置1において、各画素120は、一つもしくは複数の光電変換素子122と、光電変換素子122からの信号を選択的に読み出す読み出し部と、光電変換素子122から読み出された信号量を増幅する増幅部とから成り、光電変換素子122は、第1導電型の基板101に形成された第1導電型とは逆導電型の第2導電型のウエル領域102に形成された第1導電型領域(N型領域)123からなり、光電変換素子122を囲むウエル領域102が画素120毎に分離されているものである。
【選択図】図1
【解決手段】複数の画素120を2次元アレイ状に配列した受光領域を有する固体撮像装置1において、各画素120は、一つもしくは複数の光電変換素子122と、光電変換素子122からの信号を選択的に読み出す読み出し部と、光電変換素子122から読み出された信号量を増幅する増幅部とから成り、光電変換素子122は、第1導電型の基板101に形成された第1導電型とは逆導電型の第2導電型のウエル領域102に形成された第1導電型領域(N型領域)123からなり、光電変換素子122を囲むウエル領域102が画素120毎に分離されているものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、光電変換素子に蓄積され、オーバフローした電荷が基板方向に流れ易くした固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
従来の一般的なCMOSセンサチップについて、図9のブロック図により説明する。
図9に示すように、CMOSセンサチップ501には、1つまたは複数の光電変換素子を含む画素が2次元状に配列されていて、さらに各画素からの出力信号線や、各画素を駆動するための複数の信号配線が設けられている画素アレイブロック502を備えられている。
上記画素アレイブロック502に接続する垂直駆動回路503は、画素からの読み出し行を選択するための信号を画素アレイに供給するものである。また上記画素アレイブロック502には、上記垂直駆動回路503と同様に、画素を行選択するもので、垂直駆動回路503との間隔を調節することにより、光電変換素子への露光時間(蓄積時間)を調節することができるシャッタ駆動回路504が設けられている。上記垂直駆動回路503で選択された行から読み出された信号は、1列または複数列毎に配置されたCDS(Correlated Double Sampling)回路505に入力される。このCDS回路505は、上記画素アレイブロック502に接続されていて、各画素からリセットレベルと信号レベルを受け取り、両者の差を取ることにより、画素毎の固定パターンノイズを除去する回路である。
上記CDS回路505には水平駆動回路506が接続されている。この水平駆動回路506は、CDS処理された後、各列に保存されている信号を順番に選択するもので、選択された列の信号は、上記CDS回路505の後段に設けられた自動ゲインコントローラー(AGC:Auto Gain Controller)507に受け渡され、適当なゲインをかけた後、A/Dコンバータ508でデジタル信号に変換され、センサチップ外へ出力される。また、各ブロックは、タイミングジェネレータ509内部で発生された信号により、駆動される。
以上のブロック構成はCMOSセンサ501の一例であり、A/Dコンバータ508をチップ内部に持たないもの、各列に持つものや、CDS回路505を一つだけ持つもの、CDSブロック、AGC等、出力系統が多数存在するもの等がある。
次に、画素アレイブロック502内に配置される、画素の一例を図10に示す回路図によって説明する。
図10に示すように、光電変換素子601は、入射した光から、その光量に応じた電子、またはホールの電荷を発生させるものである。上記光電変換素子601に接続される転送トランジスタ602は、そのソース/ドレインがそれぞれ光電変換素子601と増幅トランジスタ605のゲート入力部604に接続され、ゲートは、転送信号配線603に接続されている。転送信号配線603に「High」の信号が入力されると光電変換素子601内に蓄積された電荷を増幅トランジスタの入力部604に転送する。増幅トランジスタ605は、そのソース/ドレインは、それぞれ選択トランジスタ609のドレイン、電源配線606に接続され、ゲートは入力部604に接続されていて、入力部604の電圧に応じた電圧をソース側に出力する。リセットトランジスタ607は、そのソース/ドレインが増幅トランジスタ605の入力部604/電源に接続され、ゲートに接続されたリセット信号配線608で駆動され、リセット信号配線608に「High」の信号が入力されると、入力部604を電源電圧にリセットする。選択トランジスタ609はソース/ドレインが画素出力線/増幅トランジスタのソースに、ゲートが選択信号配線610に接続され、選択信号配線610に「High」の信号が入力されると、増幅トランジスタ605のソースと画素出力線611を導通させる。画素出力線611には、行数分の画素が並列に接続されており、その端部は前記図9に示したCDS回路605に接続されている。トランジスタ612はゲートを電源613により定電圧でバイアスされており、定電流源として動作する。ある画素の選択トランジスタ609がONすると、増幅トランジスタ605とトランジスタ612がソースフォロアを構成し、増幅トランジスタ605のゲート入力部604と、ある一定の電位差を持つ電圧が画素出力線611に出力されるようになっている。
上記図10の回路図内には明記していないが、各トランジスタのベースはP型ウエル領域に接続されている。また、上記光電変換素子601は、N型不純物拡散領域と、このN型不純物拡散領域の上部に形成されたP型不純物領域とからなり、上記N型不純物拡散領域とP型不純物領域とはP型ウエル領域で基板側を囲むように構成されている。これらのP型領域は同電位で、グランドレベルになっている。
前記図10に示した画素構造のレイアウトの一例を、図11のレイアウト図によって説明する。
図11に示すように、ユニットセル701には、光電変換領域702、転送トランジスタゲート703、リセットトランジスタゲート704、増幅トランジスタゲート705、選択トランジスタ706が備えられ、転送トランジスタゲート703、リセットトランジスタゲート704、増幅トランジスタゲート705、選択トランジスタ706が、それぞれの拡散層によって直列に接続されている。また、選択トランジスタ706の拡散層には画素出力配線707が接続されている。また、増幅トランジスタ705、リセットトランジスタ704のドレインには、電源配線を介して電源(図示せず)が接続されている。図では横方向の配線は割愛したが、転送トランジスタ703、リセットトランジスタ704、選択トランジスタ706の各ゲートは横方向の配線が接続されており、それぞれ、行選択回路からの信号により駆動される。具体的には、転送トランジスタ703のゲートには転送信号配線(図示せず)が接続され、リセットトランジスタ704のゲートにはリセット信号配線(図示せず)が接続され、選択トランジスタ706のゲートには選択信号配線(図示せず)が接続されている。
次に、前記図11中に示したA−A’線方向の断面を図12の断面図によって説明する。
図12に示すように、例えばN型基板801内にPウエル領域802を形成し、Pウエル領域802に画素の各トランジスタ(図示せず)や光電変換素子からなる光電変換領域821が形成され、この光電変換領域821は素子分離領域811によって分離されている。上記光電変換領域821は、上記Pウエル領域802に形成されたN領域823と、このN領域823の表面付近に形成されたP+領域824およびその周辺のPウエル領域802によって構成されている。
上記Pウエル領域802は、画素内または画素最外周でグランド電位に固定されている。上記素子分離領域811は、各光電変換素子やトランジスタ、ウエルコンタクト領域の活性化領域間に形成され、素子間を電気的に分離するものである。この素子分離領域811は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法やSTI(Shallow Trench Isolation)法により形成された酸化膜、イオン注入により形成された拡散層等で形成することができる。
従来、画素アレイの面積が小さい場合には、画素内のPウエル領域は画素アレイの最外周にウエルコンタクトを配置し、電位を固定していた。しかし、画素アレイの面積が大きくなると、基板面内でのウエル電位が均一でなくなるため、図13の平面レイアウト図および図14に示した図13中のA−A’線断面図に示すように、画素921毎にPウエル領域902に接続するウエルコンタクト904を取るようになった。このウエルコンタクト904は、低抵抗な接続を実現するために、Pウエル領域902の表面に形成されたP+領域905に接続される。
上記のような構造を持つ電荷結合素子(CCD)型の画素、CMOS型の画素で、光量の大きい場合などに、光電変換素子にて発生した電荷が、飽和後に溢れ出す現象が見られる。基板側(電源)に溢れ出す場合は問題にならないが、隣接画素の光電変換素子405の方に電荷が溢れ出した場合には、ブルーミング、混色といった現象が起こり、異なる色フィルタの画素の信号が交じり合い、色再現が悪化するという現象が見られていた。
これに対し、低濃度のPウエル領域に光電変換素子を作り、画素内の読み出し回路部のウエル領域を高濃度のPウエル領域で形成することにより、光電変換素子から溢れ出す電荷が基板側に抜け易くして、隣接画素へのブルーミングを抑制することが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
解決しようとする問題点は、飽和後の光電変換素子から溢れた電荷が隣接画素に入ることによって、隣接画素は、本来のその画素の信号より出力が大きくなり、色再現性が劣化する点であり、光量が非常に大きい場合にはブルーミングが起きてしまう点である。また、有効画素と連続的にオプティカルブラック領域に画素が配列されている場合には有効画素からの漏れ込みがオプティカルブラック領域の2画素〜3画素位まで広がる場合が有り、本来の黒レベルが取れなくなってしまうことが考えられる。この問題は、オプティカルブラック領域側に2画素〜3画素分程度、実際に使用しないダミー領域を設ければ回避可能であるが、チップ面積が増大してしまう点である。さらに、非常に大きい欠陥を持つような光電変換領域があり、長時間露光した場合に、その画素から溢れる電荷も同様に隣接画素へと溢れてしまう点である。
また、前記図12中のB−B’線断面およびB−B”線断面におけるポテンシャル状態を図15のポテンシャル図によって説明する。前記特開2000−150848号公報に記載されているように、基板側へのポテンシャル障壁を隣接画素への障壁に対して低くすることにより基板側へのオーバーフロー量を増やし、隣接画素へのオーバーフローを抑えることは可能であるが、隣接画素側と基板側でポテンシャル障壁差をつけるため、通常のウエル構造に比べ、光電変換部に蓄積可能な電荷量が少なくなるという問題点がある。
本発明の固体撮像装置は、複数の画素を2次元アレイ状に配列した受光領域を有する固体撮像装置において、前記各画素は、一つもしくは複数の光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を選択的に読み出す読み出し部と、前記光電変換素子から読み出された信号量を増幅する増幅部とから成り、前記光電変換素子は、第1導電型の基板に形成された前記第1導電型とは逆導電型の第2導電型のウエル領域に形成された第1導電型領域からなり、前記光電変換素子を囲む前記ウエル領域が前記画素毎に分離されていることを最も主要な特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、複数の画素を2次元アレイ状に配列した受光領域を有するもので、前記各画素は、一つもしくは複数の光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を選択的に読み出す読み出し部と、前記光電変換素子から読み出された信号量を増幅する増幅部とから成り、前記光電変換素子は、第1導電型の基板に形成された前記第1導電型とは逆導電型の第2導電型のウエル領域に形成された第1導電型領域からなる固体撮像装置の製造方法において、前記ウエル領域の形成工程は、前記第1導電型の基板に前記ウエル領域を前記画素毎に分離された状態に形成することを最も主要な特徴とする。
本発明の固体撮像装置は、光電変換素子を囲むウエル領域が画素毎に分離されているため、飽和した画素から漏れ出した電荷を画素毎にウエル領域を介して基板側へ流し、隣接画素への漏れ出しを無くすことができるので、色の異なる画素間の混色による色再現性の劣化を防ぐことができるという利点がある。また、有効領域からオプティカルブラック領域への電荷の漏れ込みを防ぎ、黒レベルが浮く、すなわち、高くなるのを防ぐことができるという利点がある。さらに、非常に大きい欠陥を持つ画素からの隣接画素への電荷の漏れ込みを防ぐこともできるという利点がある。したがって、隣接画素間の電荷の漏れ込みにより発生しうる画像劣化を防ぐことができ、撮像画像の品質の向上が図れる。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、ウエル領域の形成工程は、第1導電型の基板にウエル領域を画素毎に分離された状態に形成するため、飽和した画素から漏れ出した電荷を各画素にウエル領域を介して基板側へ流し、隣接画素への漏れ出しを無くすことができるようになるので、色の異なる画素間の混色による色再現性の劣化を防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。また、有効領域からオプティカルブラック領域への電荷の漏れ込みを防ぎ、黒レベルが浮く、すなわち、高くなるのが防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。さらに、非常に大きい欠陥を持つ画素からの隣接画素への電荷の漏れ込みが防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。したがって、本発明の製造方法により製造された固体撮像装置では、隣接画素間の電荷の漏れ込みにより発生しうる画像劣化を防ぐことができ、撮像画像の品質の向上が図れる。
飽和した画素から漏れ出した電荷による悪影響を排除することで撮像画像の品質の向上を図るという目的を、ウエル領域の形状を工夫することで、プロセス的負荷をかけずに実現した。
本発明の固体撮像装置に係る第1実施例を、図1の概略構成断面図によって説明する。
図1に示すように、本発明の固体撮像装置1では、従来の固体撮像装置に対してウエル領域の構成が異なる。すなわち、複数の画素120が2次元アレイ状に配列された受光領域を有する固体撮像装置1において、各画素120は、一つもしくは複数の光電変換素子122と、光電変換素子122からの信号を選択的に読み出す読み出し部(図示せず)と、上記光電変換素子122から読み出された信号量を増幅する増幅部(図示せず)とからなる。上記光電変換素子122は、第1導電型(例えばN型)の基板101に形成された第1導電型とは逆導電型の第2導電型(例えばP型)のウエル領域102に形成された第1導電型領域(以下、N型領域という)123からなり、上記光電変換素子122の基板101側全域を囲む上記ウエル領域102は、各画素120毎に、素子分離領域110によって分離されている。また、上記N型領域123の表層にはP+型領域124が形成されている。したがって、光電変換素子122は、N型領域123とP+型領域124とからなるPN接合ダイオードで構成されている。
上記固体撮像装置1は、画素120毎にウエル領域102が独立した状態に形成され、そのウエル領域102に光電変換領域122が形成されているため、隣接画素120方向のポテンシャル分布は図2に示すように、N型領域123より隣接画素120方向(横方向)に溢れ出した電荷qは基板101方向へと流れ込んでいく。この場合、ウエル領域102が画素120毎に設けられているため、前記図12によって説明したように、それぞれの画素120のウエル領域102に対してウエルコンタクト(図示せず)を取り、グランドレベルに抑える必要がある。なお、上記図2は、前記図1におけるB−B’線におけるポテンシャル(電位)を表した図面であり、縦軸は矢印方向にポテンシャルが高くなる。
このように、本発明の固体撮像装置1では、光電変換素子122を囲むウエル領域102が画素120毎に形成されているため、飽和した画素から漏れ出した電荷を画素120毎にウエル領域102を介して基板101側へ流し、隣接する画素への漏れ出しを無くすことができるので、色の異なる画素間の混色による色再現性の劣化を防ぐことができるという利点がある。また、有効領域からオプティカルブラック領域への電荷の漏れ込みを防ぎ、黒レベルが浮く、すなわち、高くなるのを防ぐことができるという利点がある。さらに、非常に大きい欠陥を持つ画素からの隣接する画素への電荷qの漏れ込みを防ぐこともできるという利点がある。したがって、隣接する画素間の電荷qの漏れ込みにより発生しうる画像劣化を防ぐことができ、撮像画像の品質の向上が図れる。
次に、本発明の固体撮像装置の製造方法に係る第1実施例を、図3の製造工程断面図によって説明する。ウエル領域以外の構成の製造工程は、既知の固体撮像装置の製造工程と同様に行うことができるので、ここではウエル領域の製造方法について説明する。
図3(1)に示すように、第1導電型(例えばN型)の基板101に光電変換領域121を分離する素子分離領域110を形成する。この素子分離領域110の形成方法については、後に詳細に説明する。ここでは、例えば、通常のLOCOS法により素子分離領域110となる絶縁膜111を形成した。
次に、図3(2)に示すように、上記光電変換領域121を分離するように、上記素子分離領域110上にレジスト膜からなるマスク131を形成する。
次に、図3(3)に示すように、上記マスク131をイオン注入マスクに用いて、上記基板101に第2導電型(例えばP型)の不純物をイオン注入して、ウエル領域102を形成する。例えば、基板101の不純物濃度としては1×1014〜1×1015/cm3程度であり、P型のウエル領域102の不純物濃度としては1×1016〜1×1017/cm3程度である。また、ウエル領域102間を分離する基板101の幅としては0.4μm〜0.6μm程度である。また、上記ウエル領域102は、素子分離領域110(絶縁膜111)側にはみ出すように形成される。
これにより、図3(4)に示すように、後の工程で、光電変換素子となる第1導電型(N型)領域123を形成した際に、N型領域123がウエル領域102よりはみ出るのが防止される。これによって、光電変換素子のN型領域123は、その基板101側全域にわたって、上記ウエル領域102によって取り囲まれた状態に形成される。さらに、上記N型領域123の表層にP+型領域124を形成する。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、ウエル領域102の形成工程は、第1導電型の基板101にウエル領域102を画素毎に分離された状態に形成するため、飽和した画素120から漏れ出した電荷qを各画素120にウエル領域102を介して基板101側へ流し、隣接する画素120への漏れ出しを無くすことができるようになるので、色の異なる画素120間の混色による色再現性の劣化を防げる固体撮像装置1を製造することができるという利点がある。また、有効領域からオプティカルブラック領域への電荷の漏れ込みを防ぎ、黒レベルが浮く、すなわち、高くなるのが防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。さらに、非常に大きい欠陥を持つ画素からの隣接する画素への電荷の漏れ込みが防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。したがって、本発明の製造方法により製造された固体撮像装置では、隣接画素間の電荷の漏れ込みにより発生しうる画像劣化を防ぐことができ、撮像画像の品質の向上が図れる。
本発明の固体撮像装置に係る第2実施例を、図4の概略構成断面図によって説明する。
図4に示すように、本発明の固体撮像装置2では、従来の固体撮像装置に対してウエル領域の構成が異なる。すなわち、複数の画素120が2次元アレイ状に配列された受光領域を有する固体撮像装置2において、各画素120は、一つもしくは複数の光電変換素子122と、光電変換素子122からの信号を選択的に読み出す読み出し部(図示せず)と、上記光電変換素子122から読み出された信号量を増幅する増幅部(図示せず)とからなる。上記光電変換素子122は、第1導電型(例えばN型)の基板101に形成された第1導電型とは逆導電型の第2導電型(例えばP型)のウエル領域102に形成された第1導電型領域(N型領域)123からなり、上記光電変換素子122の基板101側全域を囲む上記ウエル領域102は、各画素120毎に、素子分離領域110によって分離されている。また、上記N型領域123の表層にはP型領域124が形成されている。したがって、光電変換素子122は、N型領域123とP型領域124とからなるPN接合ダイオードで構成されている。上記素子分離領域110は、基板101に形成した絶縁膜111とその絶縁膜111下に形成したもので、基板101と同電位となる第1導電型(N型)分離領域112とで構成されている。
したがって、上記固体撮像装置2は、前記固体撮像装置1と同様なる構成となっているため、前記固体撮像装置1と同様なる作用効果が得られる。また、上記分離領域112は、基板101の濃度より高い濃度とすることも可能であり、高い濃度とすることにより、分離領域112の幅を狭くすることができる。これによって、基板101上における素子分離領域110の占有面積を縮小して、集積度を高めることができるという利点がある。
次に、本発明の固体撮像装置の製造方法に係る第2実施例を、図5の製造工程断面図によって説明する。ウエル領域以外の構成の製造工程は、既知の固体撮像装置の製造工程と同様に行うことができるので、ここではウエル領域の製造方法について説明する。
図5(1)に示すように、第1導電型(例えばN型)の基板101に光電変換領域121を分離する素子分離領域110の上部を構成する絶縁膜111を形成する。この素子分離領域110の上部を構成する絶縁膜111の形成方法については、後に詳細に説明する。
次に、図5(2)に示すように、上記基板101の全面に第2導電型(例えばP型)の不純物をイオン注入して、ウエル領域102を形成する。このとき、ウエル領域102は、絶縁膜111の下部にも形成される。
次に、図5(3)に示すように、上記光電変換領域121を分離するように、上記素子分離領域121上に開口部134を形成したレジスト膜からなるマスク133を形成する。
その後、図5(4)に示すように、上記マスク133をイオン注入マスクに用いたイオン注入法によって、上記開口部134よりN型不純物を上記基板101に導入し、上記ウエル領域102を分離する第1導電型(N型)の分離領域112を形成する。この分離領域112は、基板101と同電位となるように、かつウエル領域102を突き抜けて基板101に達するように形成される。例えば、基板101の不純物濃度としては1×1014〜1×1015/cm3程度であり、Pウエル102の不純物濃度としては1×1016〜1×1017/cm3程度である。また、ウエル領域102間を分離するN型分離領域112の幅としては0.4μm〜0.6μm程度であるが、N型の分離領域112の濃度が濃ければ幅を小さくできる。なお、上記マスク133の開口部134は、上記素子分離領域110よりも内側になるように形成されている。これによって、ウエル領域102が絶縁膜111端部下に残るようになるので、後の工程(図示せず)で、光電変換素子となる第1導電型(N型)領域を形成した際に、N型領域がウエル領域102よりはみ出るのが防止される。これによって、前記図4によって説明した光電変換素子のN型領域123は、その基板101側全域にわたって、上記ウエル領域102によって取り囲まれた状態に形成される。さらに、上記N型領域123の表層にP型領域124が形成される。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、ウエル領域102の形成工程は、第1導電型の基板101上層の全域にウエル領域102を形成した後、ウエル領域102を画素ごとに分離するように、基板101と同電位のN型の分離領域112を形成するため、飽和した画素120から漏れ出した電荷qを各画素120にウエル領域102を介して基板101側へ流し、隣接画素120への漏れ出しを無くすことができるようになるので、色の異なる画素120間の混色による色再現性の劣化を防げる固体撮像装置1を製造することができるという利点がある。また、有効領域からオプティカルブラック領域への電荷の漏れ込みを防ぎ、黒レベルが浮く、すなわち、高くなるのが防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。さらに、非常に大きい欠陥を持つ画素からの隣接画素への電荷の漏れ込みが防げる固体撮像装置を製造することができるという利点がある。したがって、本発明の製造方法により製造された固体撮像装置では、隣接画素間の電荷の漏れ込みにより発生しうる画像劣化を防ぐことができ、撮像画像の品質の向上が図れる。
上記第1、第2実施例では、図6に示すように、ウエル領域102は、光電変換領域121のN型領域123およびトランジスタ領域141のN型領域(例えば、ソース・ドレイン領域)142の下部を覆うように形成されている。したがって、N型領域123、142はウエル領域102より基板101側にはみ出さない。なお、図6に示した構成は、前記第1実施例の構成に基づいているが、前記第2実施例の構成に対応するように、画素120間の素子分離領域の絶縁膜111下における基板102に第1導電型(N型)の分離領域112を形成してもよい。また、図面に示すように、トランジスタ領域141では、基板102上にゲート絶縁膜143を介してゲート電極144が形成され、ゲート電極144上にコンタクト145が形成されている。
本発明の固体撮像装置に係る第3実施例を、図7の概略構成断面図によって説明する。
図7に示すように、本発明の固体撮像装置3では、従来の固体撮像装置に対してウエル領域の構成が異なる。すなわち、複数の画素120が2次元アレイ状に配列された受光領域を有する固体撮像装置1において、各画素120は、一つもしくは複数の光電変換素子122と、光電変換素子122からの信号を選択的に読み出す読み出し部(図示せず)と、上記光電変換素子122から読み出された信号量を増幅する増幅部(図示せず)とからなる。上記光電変換素子122は、第1導電型(例えばN型)の基板101に形成された第1導電型とは逆導電型の第2導電型(例えばP型)のウエル領域102(102P)に形成された第1導電型領域(N型領域)123からなり、上記光電変換素子122の基板101側全域を囲む上記ウエル領域102Pは、各画素120毎に、素子分離領域110によって分離されている。また、上記N型領域123の表層にはP型領域124が形成されている。したがって、光電変換素子122は、N型領域123とP型領域124とからなるPN接合ダイオードで構成されている。しかも、本発明の固体撮像装置3では、画素120内において、トランジスタ領域141に形成されるP型のウエル領域102(102T)と光電変換領域121に形成されるP型のウエル領域102Pとが素子分離領域110および基板101とによって分離された状態に形成されている。また、トランジスタ領域141では、基板102上にゲート絶縁膜143を介してゲート電極144が形成され、ゲート電極144上にコンタクト145が形成されている。
上記固体撮像装置3は、画素120毎にPウエル領域102P、102Tが独立した状態に形成され、そのPウエル領域102Pに光電変換領域122が形成されているため、前記固体撮像装置1と同様に、隣接画素120方向(横方向)に溢れ出した電荷qは基板101方向へと流れ込んでいく。
このように、本発明の固体撮像装置3では、光電変換素子123を囲むウエル領域102が画素120毎に形成されているため、飽和した画素120から漏れ出した電荷を画素120毎にウエル領域102を介して基板101側へ流し、隣接画素120への漏れ出しを無くすことができるので、色の異なる画素120間の混色による色再現性の劣化を防ぐことができるという利点がある。また、有効領域からオプティカルブラック領域への電荷の漏れ込みを防ぎ、黒レベルが浮く、すなわち、高くなるのを防ぐことができるという利点がある。さらに、非常に大きい欠陥を持つ画素からの隣接画素120への電荷qの漏れ込みを防ぐこともできるという利点がある。したがって、隣接画素120間の電荷qの漏れ込みにより発生しうる画像劣化を防ぐことができ、撮像画像の品質の向上が図れる。
また、上記固体撮像装置3では、画素120内において、トランジスタ領域141に形成されるP型のウエル領域102Tと光電変換領域121のP型のウエル領域102Pとを分離した状態に形成したことから、それぞれの素子間の影響、例えばトランジスタに流れる電流によってウエル領域102Pの電位が変動した場合に光電変換領域に及ぼす影響等を取り除くことができる。
上記固体撮像装置3の製造方法は、前記図3によって説明した製造方法を適用することができる。すなわち、P型のウエル領域102を形成しようとする領域上を開口したレジスト膜からなるマスクを形成し、そのマスクをイオン注入マスクに用いてP型不純物を基板101にイオン注入することにより形成することができる。
または、前記図5によって説明した製造方法を適用することができる。すなわち、第1導電型(例えばN型)の基板101に光電変換領域121、トランジスタ領域141等を分離する素子分離領域110の上部を構成する絶縁膜111を形成した後、基板101の全面に第2導電型(例えばP型)の不純物をイオン注入して、ウエル領域102を形成する。このとき、ウエル領域102は、絶縁膜111の下部にも形成される。次に、上記光電変換領域121およびトランジスタ領域141を分離するように、上記素子分離領域121上に開口部134を形成したレジスト膜からなるマスク133を形成し、それをイオン注入マスクに用いたイオン注入法によって、上記開口部134よりN型不純物を上記基板101に導入し、上記ウエル領域102を分離する第1導電型(N型)の分離領域112を形成する。この分離領域112は、基板101と同電位となるように、かつウエル領域102を突き抜けて基板101に達するように形成される。例えば、基板101の不純物濃度としては1×1014〜1×1015/cm3程度であり、Pウエル102の不純物濃度としては1×1016〜1×1017/cm3程度である。また、ウエル領域102間を分離するN型分離領域112の幅としては0.4μm〜0.6μm程度であるが、N型分離領域112の濃度が濃ければ幅を小さくできる。なお、上記マスク133の開口部134は、上記素子分離領域110よりも内側になるように形成されている。これによって、ウエル領域102が絶縁膜111端部下に残るようになるので、後の工程(図示せず)で、光電変換素子となる第1導電型(N型)領域を形成した際に、N型領域がウエル領域102よりはみ出るのが防止される。これによって、後に形成される光電変換素子のN型領域123、トランジスタ領域141のN型領域(例えばトランジスタのソース・ドレイン)142は、それぞれの基板101側全域にわたって、各ウエル領域102P、102Tによって取り囲まれた状態に形成される。
次に、本発明の固体撮像装置に係る素子分離領域について、図8の概略構成断面図によって説明する。図8(1)はいわゆるLOCOS法による素子分離であり、図8(2)はSTI(Shallow Trench Isolation)による素子分離であり、図8(3)はイオン注入により形成された拡散層による素子分離である。
図8(1)に示すように、通常のLOCOS法によって素子分離領域110の絶縁膜111を形成することができる。この場合、前記図5によって説明したように、基板101と同電位となるように、分離領域112を形成してもよい。また、図示はしていないが、前記図1によって説明したように、ウエル領域102が基板101によって分離されるように形成してもよい。いずれの場合でも、LOCOS法による素子分離領域110(絶縁膜111)を形成することができる。
また、図8(2)に示すように、通常のSTI(Shallow Trench Isolation)法によって素子分離領域110の絶縁膜111を形成することができる。この場合、前記図5によって説明したように、基板101と同電位となるように、分離領域112を形成してもよい。また、図示はしていないが、前記図1によって説明したように、ウエル領域102が基板101によって分離されるように形成してもよい。いずれの場合でも、STI法による素子分離領域110(絶縁膜111)を形成することができる。
図8(3)に示すように、通常のイオン注入法によって、基板102に、P型のウエル領域102よりも高濃度なP+型の拡散層113を形成し、さらに、P+型の拡散層113中に、前記図5によって説明したように基板101と同電位となり、かつ基板102に達するように分離領域112を形成する。また、図示はしていないが、前記図1によって説明したように、ウエル領域102が基板101によって分離されるように形成してもよい。いずれの場合でも、LOCOS法による素子分離領域110(絶縁膜111)を形成することができる。
上記各実施例で説明したのは、第1導電型にN型、第2導電型にP型を用いた場合であって、N型の基板101にP型のウエル領域102を形成する固体撮像装置であったが、第1導電型にP型、第2導電型にN型を用いた場合も、上記同様なウエル領域の構成をとることができる。そして、上記各実施例とは不純物の導電型が反対の場合にも本発明は同様に実施可能で、同様なる効果を持つ。
本発明の固体撮像装置およびその製造方法は、各種撮像装置、複写装置等の画像を撮像する固体撮像装置に適用することが好適である。
1…固体撮像装置、101…基板、102…ウエル領域、120…画素、121…光電変換領域、122…光電変換素子
Claims (6)
- 複数の画素を2次元アレイ状に配列した受光領域を有する固体撮像装置において、
前記各画素は、一つもしくは複数の光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を選択的に読み出す読み出し部と、前記光電変換素子から読み出された信号量を増幅する増幅部とから成り、
前記光電変換素子は、第1導電型の基板に形成された前記第1導電型とは逆導電型の第2導電型のウエル領域に形成された第1導電型領域からなり、
前記光電変換素子を囲む前記ウエル領域が前記画素毎に分離されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型である
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記ウエル領域に接続するコンタクト部は前記ウエ領域が形成されている画素領域内に設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記ウエル領域は、前記光電変換領域、前記読み出し部、前記増幅部毎に分離されている
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 複数の画素を2次元アレイ状に配列した受光領域を有するもので、
前記各画素は、一つもしくは複数の光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を選択的に読み出す読み出し部と、前記光電変換素子から読み出された信号量を増幅する増幅部とから成り、
前記光電変換素子は、第1導電型の基板に形成された前記第1導電型とは逆導電型の第2導電型のウエル領域に形成された第1導電型領域からなる固体撮像装置の製造方法において、
前記ウエル領域の形成工程は、
前記第1導電型の基板に前記ウエル領域を前記画素毎に分離された状態に形成する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記ウエル領域の形成工程は、
前記基板の全域に第2導電型のウエル領域を形成した後、各画素間の分離領域に第1導電型の不純物を導入することで、前記ウエル領域を分離する分離領域を形成する
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。
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2005
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