JP5644433B2 - 固体撮像素子、および、固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(ゲート電極と対向していない位置にオーバーフローバリアを形成したCMD画素の例)
2.変形例
[画素の構成例]
本発明の実施の形態におけるイメージセンサは、画素にCMD(Charge Modulation Device:電荷変調素子)を採用する。CMDは、半導体層の表面に対して平行に電流が流れるようにソース領域とドレイン領域を形成する。そのうえで、これらのソース領域とドレイン領域との間の半導体層の表面に対して、絶縁層を介してゲートを設ける。これにより、SIT(Static Induction Transistor :静電誘導トランジスタ)として、ゲート、ドレイン、ソースの各領域を横方向に設けた、いわゆる横型構造を採るものとなる。
次に、図2および図3を参照して、本発明の実施の形態におけるイメージセンサ100の一構成例について説明する。図2は、イメージセンサ100の全体構成を示し、図3は、イメージセンサ100の画素アレイ110の第1列における第1行乃至第6行までの画素300を抜き出すとともに、第1列に対応するCDS処理部200の構成部分を示している。
図4は、画素300の具体的構造例を示している。図4(a)は画素300の平面図である。図4(b)は、図4(a)において示されるa1−a2矢視による断面図であり、画素300において形成される不純物拡散層の構造例を模式的に示している。図4に示す画素300は、図2に示したイメージセンサ100としての固体撮像素子の構造から、1つの画素300に相当する構造部分を抜き出して示している。また、図4(a)の平面図ではゲート電極321と半導体基板310側の形成部分との位置関係を明確にするため、ゲート絶縁膜311を透過させて、その下部が示されるようにしている。また、a1−a2矢視に応じた方向は、以降の説明から理解されるように、チャネル314を介してソース313とドレイン312との間で電流が流れる方向に対応する。そこで、a1−a2矢視に応じた方向については、ソースドレイン方向とも称する。
次に、図6乃至図8を参照して、図4に示した画素300の製造工程について説明する。図6乃至図8に示される画素300は、図4(b)において波線により囲んで示す部位に相当する。ここでは、画素300を製造する工程のうち、図4(b)において波線により囲んで示す部位に関する工程について説明する。すなわち、上記のゲート電極321とオーバーフローバリア317の位置関係の設定に関する工程である。また、セルフアラインによってゲート電極321、オーバーフローバリア317およびドレイン312の間の相対位置が正確に定めるための工程である。
上記のようにゲート電極321とオーバーフローバリア317は互いに対向しない位置関係により配置される。これにより、以下に説明するようにリセット信号VDとして出力すべきパルス電圧の値を低く設定することが可能になる。なお、ここでの説明に際して、リセット信号VDとしてのパルス電圧については、リセット電圧とも称することにする。
すなわち、変調度Gは、ドレイン312とオーバーフローバリア317間の結合容量と、オーバーフローバリア317を対象点として得られる全ての結合容量を並列接続して得られる容量の比として求められる。
C1=4.0fF
C2=0.5fF
C3=0.5fF
この場合の変調度Gは0.1となる。
C1=1.0fF
C2=0.5fF
C3=0.5fF
すなわち、従来の製造工程によるCMDの画素との比較では、結合容量C2およびC3については同じであるが、結合容量C1については、ゲート電極321とオーバーフローバリア317の位置関係の相違により1.0fFと小さくなっている。この場合の変調度Gは0.2となり、従来の製造工程によるCMDの画素と比較して2倍となっている。一例として、従来の製造工程によるCMDの画素では3Vのリセット電圧が必要であるとすると、本発明の実施の形態では、その1/2の1.5Vでよいことになる。
[CMD以外への適用例]
これまでの説明において、画素300はCMDによるものであることを前提とした。しかし、CMD以外の方式であっても、横方向においてオーバーフローバリアとドレイン(オーバーフロードレイン)が形成される構造の画素であれば、本発明の実施の形態を適用できる。すなわち、本発明の実施の形態の固体撮像素子の変形例として、オーバーフローバリアを平面方向においてゲート電極と対向しない位置に形成したCMD以外の画素の構造を考えることができる。また、画素300における構造の細部は適宜変更されてかまわない。
110 画素アレイ
310 半導体基板
311 ゲート絶縁膜
312 ドレイン
313 ソース
314 チャネル
315 チャネルセンサ間障壁
316 光電変換部
317 オーバーフローバリア
321 ゲート電極
322 側壁部
Claims (3)
- 行選択信号が入力されるゲート電極と、
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記電荷を蓄積するオーバーフローバリアと、
リセット信号が入力された場合には前記蓄積された電荷を放出するドレインと、
前記行選択信号が前記ゲート電極に入力された場合には前記蓄積された電荷の量に応じた画素信号を出力するソースと
を具備し、
前記ゲート電極および前記光電変換部が、前記ソースから前記ドレインへの方向に平行な軸上において前記ソースと前記ドレインとの間に配置され、
前記オーバーフローバリアが、前記軸上において前記光電変換部と前記ドレインとの間に配置され、
前記軸上において前記光電変換部および前記オーバーフローバリアの境界部分の位置は、前記ゲート電極の端部の位置と一致する
固体撮像素子。 - 前記軸上において前記光電変換部と前記ドレインとの間に配置された側壁部をさらに具備し、
前記軸上において前記オーバーフローバリアおよび前記ドレインの境界部分の位置は、前記側壁部の端部の位置と一致する
請求項1記載の固体撮像素子。 - 半導体基板に対してイオン注入を行って光電変換部に対応する第1の不純物拡散層を形成する第1の不純物拡散層形成工程と、
前記第1の不純物拡散層が形成された前記半導体基板の上面部に対してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極が形成された前記半導体基板に対してイオン注入を行うことによってオーバーフローバリアに対応する第2の不純物拡散層を形成する第2の不純物拡散層形成工
程と、
前記第2の不純物拡散層が形成された前記半導体基板の上面全体に対して側壁材料層を形成する側壁材料層形成工程と、
前記半導体基板から前記側壁材料層をエッチバック処理により除去することによって前記ゲート電極の端部において除去されることなく残された前記側壁材料層の一部分である側壁部を形成する側壁部形成工程と、
前記側壁部が形成された前記半導体基板に対してイオン注入を行うことによってドレインに対応する第3の不純物拡散層を形成する第3の不純物拡散層形成工程と
を具備する固体撮像素子の製造方法。
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