JP4781509B2 - Cmosイメージセンサ及びcmosイメージセンサの製造方法 - Google Patents

Cmosイメージセンサ及びcmosイメージセンサの製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部とこれらセルを駆動する周辺回路部を有するCMOSイメージセンサにおいて、セルアレイ部の周りに基板内のノイズ電荷を吸収する領域を有するCMOSイメージセンサと、CMOSイメージセンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5に従来のCMOSイメージセンサの断面図を示す。図5では、P型シリコン基板上1に形成されたセルアレイ端部のセル内フォトダイオード及び周辺回路部NchMOSFETの断面概略図を示す。NchMOSFETはP型シリコン基板1に形成されたPウェル5内に形成されている。セル内フォトダイオード部には、Pウェル5は形成されず、より深い位置にディープPウェル6が形成されている。これにより、近赤外までの入射光に対して高い感度が得られるようになっている。
【0003】
基板表面にはN型拡散層2が形成され、さらに表面にはP型拡散層8が形成され、埋め込みフォトダイオード構造になっている。これにより表面付近で発生するノイズを抑えて画質の向上が図られている。セル内フォトダイオードと周辺回路部NchMOSFETの間にはフィールド酸化膜11が形成され素子分離が行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなCMOSイメージセンサにおいては、暗時レベルを決定するOBセルや有効セルが、その周囲で発生し基板中を浮遊するノイズ電荷の影響を受け画質が劣化するという問題があった。
このような問題を生じるのは、周辺回路部で発生し基板中を浮遊するノイズ電荷が、セルアレイ内の有効セルやOBセルのフォトダイオードにノイズとして取り込まれてしまうこと、及び、セルアレイ内の有効セル部で発生し基板中をOBセル部へ移動する電荷が、OBセルのフォトダイオードにノイズとして取り込まれてしまうことが原因となっている。
【0005】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、暗時レベルを決定するOBセルへのノイズ電荷の影響を低減し、画質劣化を防ぐことができるCMOSイメージセンサを提供することにある。
また、製造工程を増加させること無く、暗時レベルを決定するOBセルへのノイズ電荷の影響を低減し、画質劣化を防ぐことができるCMOSイメージセンサを製造する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部とこのセルアレイを操作する周辺回路部とを有するCMOSイメージセンサにおいて、セルまたはセルアレイ部の周囲 にノイズ電荷吸収領域が設けられ、ノイズ電荷吸収領域には第一導電型シリコン基板表面に形成された第二導電型拡散層が含まれ、第二導電型拡散層が一定電位に固定されていることを特徴とするCMOSイメージセンサである。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、ノイズ電荷吸収領域が、セルアレイ部と前記周辺回路部との間に形成されていることを特徴とする。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、ノイズ電荷吸収領域が、セルアレイ部の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする。
【0009】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部を有し、セルアレイ内に信号電荷を収集する有効セル群と、有効セル群に隣接し暗時レベルを検出するOBセル群とを含むCMOSイメージセンサにおいて、有効セル群と前記OBセル群との間にノイズ電荷吸収領域が形成されていることを特徴とする。
【0010】
請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、セルアレイ部内の有効セル間にノイズ電荷吸収領域が形成されていることを特徴とする。
【0011】
請求項6記載の発明は、アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部とこのセルアレイを操作する周辺回路部とを有するCMOSイメージセンサの製造方法において、有効セル及びOBセルのフォトダイオードを構成するPN接合とノイズ電荷吸収領域内のPN接合とが同時に形成されることを特徴とするCMOSイメージセンサの製造方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の第1の実施の形態であるCMOSイメージセンサの断面図を示す。図1は、P型シリコン基板1上に形成されたセルアレイ端部のセル内フォトダイオード、周辺回路部NchMOSFET及びノイズ電荷吸収領域の断面概略図を示す。ノイズ電荷吸収領域では、P型シリコン基板1表面にN型拡散層2が形成されている。このN型拡散層2はセル内フォトダイオード部のN型拡散層2と同じもので同時に形成されている。ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2はコンタクトプラグ3、アルミ配線4によって電源電圧に固定されている。ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2直下には、セルアレイ部、周辺回路部のようなPウェル5、ディープPウェル6は形成されていないが、ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2の外側にはPウェル5が形成されている。
【0013】
図2にはCMOSイメージセンサチップのレイアウト概略図を示す。図2に示すように、チップ内には単位セルをアレイ状に配列したセルアレイ部があり、その周りにこのセルアレイを駆動するための周辺回路を配置してある。本発明の実施の形態では、セルアレイ部の周囲の周辺回路部との間にノイズ吸収領域が配置される。
【0014】
図3は、P型シリコン基板1上に形成されたセルアレイ内の有効セルのフォトダイオード、OB(オプティカルブラック)セルのフォトダイオード、及びノイズ電荷吸収領域の断面概略図を示す。ノイズ電荷吸収領域は有効セルとOBセルの間に配置され、P型シリコン基板1表面にN型拡散層2が形成されている。このN型拡散層2は有効セル、OBセルのフォトダイオード部のN型拡散層2と同じもので同時に形成されている。ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2はコンタクトプラグ3、アルミ配線4によって電源電圧に固定されている。ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2直下には、有効セル、OBセルのようなPウェル5、ディープPウェル6は形成されていないが、ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2の外側にはPウェル5が形成されている。
【0015】
これら有効セル、OBセルのフォトダイオードを構成するPN接合とノイズ電荷吸収領域のPN接合とは同時に形成されているため、CMOSイメージセンサの製造プロセスにおいて、工程増加は全く無く、これまでの製造プロセスと同様の工数でCMOSイメージセンサを製造することができる。
【0016】
図4に、本発明の第2の実施の形態であるCMOSイメージセンサの断面図を示す。図4では、P型シリコン基板1上に形成されたセルアレイ内の有効セルのフォトダイオード間に配置されたノイズ電荷吸収領域の断面概略図を示す。ノイズ電荷吸収領域は有効セル間にあって有効セルを取り囲むように配置され、P型シリコン基板1表面にN型拡散層2が形成されている。このN型拡散層2は有効セルのフォトダイオード部のN型拡散層2と同じもので同時に形成されている。ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2はコンタクトプラグ3、アルミ配線4によって電源電圧に固定されている。ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2直下には、有効セルのようなPウェル5、ディープPウェル6は形成されていないが、ノイズ電荷吸収領域のN型拡散層2の外側にはPウェル5が形成されている。
【0017】
本発明の実施の形態によると、ノイズ吸収領域のPN接合は相対的に濃度の低い基板内にあり電源電圧で逆バイアスされており、空乏層が拡がりやすく基板中の浮遊電荷を収集しやすいポテンシャルプロファイルに構成されているため、周辺回路部で発生し基板中を浮遊するノイズ電荷が、ノイズ吸収領域のPN接合に収集され、セルアレイ内の有効セルやOBセルのフォトダイオードに取り込まれ難くなる効果がある。
【0018】
また、セルアレイ内の有効セル部で発生し基板中をOBセル部へ移動する電荷が、ノイズ吸収領域のPN接合に収集され、OBセルのフォトダイオードに取り込まれ難くなる効果がある。
【0019】
これにより、暗時レベルを決定するOBセルへのノイズ電荷の影響を低減し、画質劣化を防ぐことができるCMOSイメージセンサを実現することができる。
また、有効セル、OBセルのフォトダイオードを構成するPN接合とノイズ電荷吸収領域のPN接合とは同時に形成されるため、製造工程を増加させること無く、暗時レベルを決定するOBセルへのノイズ電荷の影響を低減し、画質劣化を防ぐことができるCMOSイメージセンサを製造する方法を実現することができる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部とこれらセルを駆動する周辺回路部を有するCMOSイメージセンサにおいて、セルアレイ部の周りに基板内のノイズ電荷を吸収する領域を有することによって、有効セル部の基板中で発生した電荷が浮遊して隣接セルに取り込まれる前にノイズ吸収領域のPN接合に収集されるため、有効セルのノイズ電荷が低減され画質劣化を防ぐことができるCMOSイメージセンサを提供することができる。
【0021】
また、本発明によれば、有効セル、OBセルのフォトダイオードを構成するPN接合とノイズ電荷吸収領域のPN接合とは同時に形成されるため、製造工程を増加させること無く、暗時レベルを決定するOBセルへのノイズ電荷の影響を低減し、画質劣化を防ぐことができるCMOSイメージセンサを製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1の実施の形態であるCMOSイメージセンサの断面図を示す図である。
【図2】 図2は、CMOSイメージセンサチップのレイアウト概略図を示す図である。
【図3】 図3は、本発明の第1の実施の形態であるCMOSイメージセンサの断面図を示す図である。
【図4】 図4は、本発明の第2の実施の形態であるCMOSイメージセンサの断面図を示す図である。
【図5】 図5は、従来のCMOSイメージセンサの断面図を示す図である。
【符号の説明】
1…P型シリコン基板、2…N型拡散層、3…コンタクトプラグ、
4…アルミ配線、5…Pウェル、6…ディープPウェル、7…アルミ遮光膜
8…P型拡散層、9…層間絶縁膜、10…ゲートポリシリ、
11…フィールド酸化膜、12…ソース・ドレイン拡散層、13…ゲート酸化膜

Claims (8)

  1. アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部とこのセルアレイを操作する周辺回路部とを有するCMOSイメージセンサにおいて、前記セルまたは前記セルアレイ部の周囲にノイズ電荷吸収領域が設けられ、前記ノイズ電荷吸収領域には第一導電型シリコン基板表面に形成された第1の第二導電型拡散層が含まれ、前記セルまたは前記セルアレイ部には、前記第一導電型シリコン基板表面に形成され、それよりも高い不純物濃度を有する第一導電型拡散層と、前記第一導電型拡散層の内側の領域の前記第一導電型シリコン基板に形成された第2の第二導電型拡散層が含まれ、前記第1および第2の第二導電型拡散層は同時に形成されたものであり、該第1の第二導電型拡散層が一定電位に固定され、前記第2の第二導電型拡散層の直下に、深い第一導電型拡散層を更に有し、前記深い第一導電型拡散層は、前記第一導電型拡散層に接続されていることを特徴とするCMOSイメージセンサ。
  2. 前記ノイズ電荷吸収領域が、前記セルアレイ部と前記周辺回路部との間に形成されていることを特徴とする請求項1記載のCMOSイメージセンサ。
  3. 前記ノイズ電荷吸収領域が、前記セルアレイ部の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする請求項記載のCMOSイメージセンサ。
  4. アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部を有し、前記セルアレイ内に信号電荷を収集する有効セル群と、前記有効セル群に隣接し暗時レベルを検出するOBセル群とを含むCMOSイメージセンサにおいて、前記有効セル群と前記OBセル群との間に前記ノイズ電荷吸収領域が形成されていることを特徴とする請求項1記載のCMOSイメージセンサ。
  5. 前記OBセル群には、前記第一導電型シリコン基板表面に形成され、それよりも高い不純物濃度を有する他の第一導電型拡散層と、前記他の第一導電型拡散層の内側の領域に形成された第3の第二導電型拡散層が含まれ、前記第3の第二導電型拡散層は、前記第1および第2の第二導電型拡散層と同一構造である請求項記載のCMOSイメージセンサ。
  6. 前記第3の第二導電型拡散層の直下に、他の深い第一導電型拡散層を更に有し、前記他の深い第一導電型拡散層は、前記他の第一導電型拡散層に接続されていることを特徴とする請求項記載のCMOSイメージセンサ。
  7. 前記セルアレイ部内の前記有効セル間に、前記ノイズ電荷吸収領域が形成されていることを特徴とする請求項1記載のCMOSイメージセンサ。
  8. アレイ状に単位セルが配置されたセルアレイ部とこのセルアレイを操作する周辺回路部と前記セルまたは前記セルアレイ部の周囲に設けられたノイズ電荷吸収領域を有するCMOSイメージセンサの製造方法であって、第一導電型シリコン基板表面の前記セルまたは前記セルアレイ部に、前記第一導電型シリコン基板よりも高い不純物濃度を有する第一導電型拡散層と、前記第一導電型拡散層に接続される深い第一導電型拡散層とを形成し、前記ノイズ電荷吸収領域の前記第一導電型シリコン基板表面と、前記セルまたは前記セルアレイ部の前記第一導電型拡散層の内側の領域の前記第一導電型シリコン基板表面とに、それぞれ、第1の第二導電型拡散層と、第2の第二導電型拡散層を同時に形成し、前記第2の第二導電型拡散層の直下に、前記深い第一導電型拡散層を有するようにすることを特徴とするCMOSイメージセンサの製造方法。
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