TW201507117A - 固態攝像裝置、固態攝像裝置之製造方法以及相機模組 - Google Patents
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Abstract
提供一種固態攝像裝置及固態攝像裝置之製造方法，可減低未轉送往浮動擴散部而殘於光電轉換元件內之信號電荷。
根據本發明之一個的實施形態，提供一種固態攝像裝置。固態攝像裝置具備：第1導電型之半導體區域、及第2導電型之半導體區域。第1導電型之半導體區域係設於所拍攝的影像的每個像素。第2導電型之半導體區域係藉與第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，隨著從光電轉換元件之中央，往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
Description
本發明之實施形態有關於一種固態攝像裝置、固態攝像裝置之製造方法及相機模組。
歷來，數位相機和附相機功能可攜式終端等之電子機器具備具有固態攝像裝置之相機模組。固態攝像裝置具備與所拍攝的影像之各像素對應而2維地排列的複數之光電轉換元件。各光電轉換元件將入射光作光電轉換成與受光量對應之量的電荷，並累積作為表示各像素的亮度之信號電荷。
在固態攝像裝置方面，將累積於各光電轉換元件之信號電荷轉送往被稱作浮動擴散部之電荷保持部而轉換成電壓，將轉換之電壓放大而作為影像信號輸出。
在相關之固態攝像裝置方面，在從光電轉換元件往浮動擴散部進行信號電荷之轉送的情況下，有一部分的信號電荷未轉送而殘於光電轉換元件內之情形。未轉
送而殘於光電轉換元件內之信號電荷會在所拍攝的影像中成為殘像而顯現，成為畫質劣化之原因。
本發明所欲解決之問題係提供一種固態攝像裝置、固態攝像裝置之製造方法及相機模組，可減低未轉送往浮動擴散部而殘於光電轉換元件內之信號電荷。
一實施形態的固態攝像裝置具備：第1導電型之半導體區域，其設於所拍攝的影像的每個像素；以及第2導電型之半導體區域，其藉與前述第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，從前述光電轉換元件之中央，隨著往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
別的實施形態之固態攝像裝置之製造方法包含：形成第1導電型之半導體區域，其設於所拍攝的影像的每個像素；以及形成第2導電型之半導體區域，其藉與前述第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，從前述光電轉換元件之中央，隨著往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
再別的實施形態之相機模組具備：成像光學系統，其收取來自拍攝對象之光，使拍攝對象影像成像；
以及固態攝像裝置，其對藉前述成像光學系統而成像之前述拍攝對象影像作攝像；前述固態攝像裝置具備：第1導電型之半導體區域，其設於所拍攝的影像的每個像素；第2導電型之半導體區域，其藉與前述第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，從前述光電轉換元件之中央，隨著往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
根據上述構成之固態攝像裝置、固態攝像裝置之製造方法及相機模組，可減低未轉送往浮動擴散部而殘於光電轉換元件內之信號電荷。
1‧‧‧數位相機
11‧‧‧相機模組
12‧‧‧後段處理部
13‧‧‧成像光學系統
14‧‧‧固態攝像裝置
15‧‧‧ISP
16‧‧‧記憶部
17‧‧‧顯示部
20‧‧‧影像感測器
21‧‧‧信號處理電路
22‧‧‧周邊電路
23‧‧‧像素陣列
24‧‧‧垂直移位暫存器
25‧‧‧時序控制部
26‧‧‧CDS
27‧‧‧ADC
28‧‧‧線記憶體
PD、PDa、PDb‧‧‧光電轉換元件
FD‧‧‧浮動擴散部
TR‧‧‧轉送電晶體
TG‧‧‧轉送閘極
100‧‧‧半導體基板
31、5‧‧‧N型的Si區域
4、6、7‧‧‧P型的Si區域
[圖1]繪示具備第1實施形態相關之固態攝像裝置的數位相機之示意構成的方塊圖。
[圖2]繪示第1實施形態相關之固態攝像裝置的示意構成的方塊圖。
[圖3]繪示第1實施形態相關之像素陣列之電路構成的一例的說明圖。
[圖4]從受光面側看第1實施形態相關之光電轉換元件的說明圖。
[圖5]基於圖4所示之A-A'線的剖面圖。
[圖6]繪示在第1實施形態相關之光電轉換元件的第2導電型之半導體區域之雜質濃度分佈的說明圖。
[圖7]繪示第1實施形態相關之光電轉換元件及一般的光電轉換元件之電位障的分布的說明圖。
[圖8]繪示在一般的光電轉換元件之信號電荷轉送中的電位障之分布的說明圖。
[圖9]繪示在第1實施形態相關之光電轉換元件的信號電荷轉送中的電位障之分布的說明圖。
[圖10]繪示第1實施形態相關之光電轉換元件的形成程序的說明圖。
[圖11]繪示第2實施形態相關之光電轉換元件及轉送閘極之剖面的說明圖。
[圖12]從受光面側看第3實施形態相關之光電轉換元件的說明圖。
[圖13]基於圖12所示之B-B'線的剖面圖。
[圖14]繪示第3實施形態相關之光電轉換元件之電位障的分布的說明圖。
以下參照附圖詳細地說明實施形態相關之固態攝像裝置、相機模組及固態攝像裝置之製造方法。另外，並非本發明依此實施形態而被限定。
圖1係繪示第1實施形態相關之具備固態攝像裝置14之數位相機1之示意構成的方塊圖。如圖1所示地，數位相機1具備：相機模組11與後段處理部12。
相機模組11具備：成像光學系統13與固態攝像裝置14。成像光學系統13收取來自拍攝對象之光，並使拍攝對象影像成像。固態攝像裝置14對藉成像光學系統13而成像之拍攝對象影像作攝像，並將藉攝像而得到之影像信號輸出往後段處理部12。如此之相機模組11，除了數位相機1以外，應用於例如附相機可攜式終端等之電子機器。
後段處理部12具備：ISP(Image Signal Processor)15、記憶部16及顯示部17。ISP15進行從固態攝像裝置14所輸入之影像信號的信號處理。如此之ISP15進行例如雜訊去除處理、缺陷像素修正處理、解析度轉換處理等之高畫質化處理。
然後，ISP15將信號處理後之影像信號輸出往記憶部16、顯示部17及相機模組11內之固態攝像裝置14所具備的後述之信號處理電路21(圖2參照)。從ISP15往相機模組11反饋之影像信號係用於固態攝像裝置14的調整和控制。
記憶部16將從ISP15所輸入之影像信號作為影像而記憶。此外，記憶部16將所記憶之影像的影像信號依使用者的操作等而輸出往顯示部17。顯示部17依從
ISP15或記憶部16所輸入之影像信號而顯示影像。如此之顯示部17係例如液晶顯示器。
接著，參照圖2說明有關於相機模組11所具備的固態攝像裝置14。圖2係繪示第1實施形態相關之固態攝像裝置14之示意構成的方塊圖。如圖2所示地，固態攝像裝置14具備：影像感測器20、及信號處理電路21。
於此，說明有關於影像感測器20為在將入射光作光電轉換之光電轉換元件的入射光所入射之面側形成有配線層的所謂表面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)影像感測器之情況。
另外，本實施形態相關之影像感測器20非限定於表面照射型CMOS影像感測器者，亦可為背面照射型CMOS影像感測器和CCD(Charge Coupled Device)影像感測器等此種之任意的影像感測器。
影像感測器20具備：周邊電路22、及像素陣列23。此外，周邊電路22具備：垂直移位暫存器24、時序控制部25、CDS(相關雙重取樣部)26、ADC(類比數位轉換部)27、及線記憶體28。
像素陣列23係設於影像感測器20的攝像區域。於如此之像素陣列23，與所拍攝的影像之各像素對應之複數之光電轉換元件朝水平方向(列方向)及垂直方向(行方向)2維陣列狀(矩陣狀)地配置。然後，像素陣列23係與各像素對應之各光電轉換元件使依照入射光
量之信號電荷(例如，電子)產生而累積。
時序控制部25係對於垂直移位暫存器24輸出成為動作時序的基準之脈衝信號的處理部。垂直移位暫存器24係將供以按列單位依次選擇從陣列(矩陣)狀地配置之複數之光電轉換元件之中讀出信號電荷之光電轉換元件的選擇信號，輸出往像素陣列23之處理部。
像素陣列23將累積於依從垂直移位暫存器24所輸入之選擇信號而按列單位所選擇之各光電轉換元件之信號電荷，作為表示各像素的亮度之像素信號，而從光電轉換元件輸出往CDS26。
CDS26係，從輸入自像素陣列23之像素信號藉相關雙重取樣以除去雜訊而輸出往ADC27之處理部。ADC27係，將從CDS26所輸入之類比的像素信號轉換為數位的像素信號而輸出往線記憶體28之處理部。線記憶體28係暫時地保持從ADC27所輸入之像素信號並在像素陣列23之光電轉換元件的每一列地輸出往信號處理電路21之處理部。
信號處理電路21係對於從線記憶體28所輸入之像素信號進行既定之信號處理而輸出往後段處理部12之處理部。信號處理電路21對於像素信號進行例如，透鏡蔭影修正、缺陷修正、雜訊減低處理等之信號處理。
如此地，在影像感測器20方面，配置於像素陣列23之複數之光電轉換元件將入射光光電轉換為按照受光量之量的信號電荷而累積，周邊電路22將累積於各
光電轉換元件之信號電荷作為像素信號而讀出，而作攝像。
接著，參照圖3簡單地說明有關於像素陣列23的電路之構成及動作。圖3係繪示第1實施形態相關之像素陣列23的電路構成之一例的說明圖。另外，圖3所示之電路係將在像素陣列23之中與所拍攝的影像之1像素對應之部分選擇性挑出之電路。
如圖3所示地，像素陣列23具備：光電轉換元件PD、轉送電晶體TR、浮動擴散部FD、放大電晶體AMP、重置電晶體RST、位址電晶體ADR。另外，於此，雖對於1像素設置1個光電轉換元件PD，惟亦可為對於1像素設置複數之光電轉換元件PD且基於複數之光電轉換元件PD共享1個浮動擴散部FD之構成。
光電轉換元件PD係陰極連接於接地且陽極連接於轉送電晶體TR的源極之光電二極體。轉送電晶體TR的汲極係連接於浮動擴散部FD。
然後，轉送電晶體TR係在轉送信號被輸入閘極電極時，將藉光電轉換元件PD而光電轉換之信號電荷轉送往浮動擴散部FD。於浮動擴散部FD連接著重置電晶體RST的源極。
此外，重置電晶體RST的汲極係連接於電源電壓線Vdd。如此之重置電晶體RST係在信號電荷被轉送往浮動擴散部FD之前若重置信號被輸入閘極電極，則將浮動擴散部FD之電位重置成電源電壓之電位。
此外，於浮動擴散部FD連接著放大電晶體AMP之閘極電極。如此之放大電晶體AMP之源極係連接於CDS26，汲極連接於位址電晶體ADR之源極。此外，位址電晶體ADR之汲極係連接於電源電壓線Vdd。
在像素陣列23方面，若位址信號輸入位址電晶體ADR之閘極電極，則依轉送往浮動擴散部FD之信號電荷的電荷量而放大之信號被從放大電晶體AMP輸出往CDS26。
本實施形態之像素陣列23所具備的各光電轉換元件PD具備：減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PD內之信號電荷的構成。以下，參照圖4~圖6說明有關於如此之光電轉換元件PD之構成。
圖4係從受光面側看第1實施形態相關之光電轉換元件PD的說明圖，圖5係基於圖4所示之A-A'線的剖面圖，圖6係繪示在第1實施形態相關之光電轉換元件PD的第2導電型之半導體區域4之雜質濃度分佈的說明圖。
如圖5所示地，光電轉換元件PD例如具備：設於矽(Si)晶圓等之半導體基板100上之第1導電型(於此，當作「N型」)半導體(於此，當作Si)區域31。如此之N型的Si區域31係設於所拍攝的影像的每個像素。
再者，光電轉換元件PD具備：設於N型的Si區域31上之第2導電型(於此，當作「P型」)Si區
域4。如此地，光電轉換元件PD係藉N型的Si區域31與P型的Si區域4之PN接面而形成之光電二極體。
另外，於光電轉換元件PD的旁邊，隔著信號電荷轉送用之轉送電晶體TR而設有浮動擴散部FD。浮動擴散部FD係在基於設於光電轉換元件PD的周圍之P型的Si而形成之元件分離區域32的既定位置離子注入N型的雜質而形成。
此外，轉送電晶體TR具備：在光電轉換元件PD與浮動擴散部FD之間的元件分離區域32之上表面隔著閘極絕緣膜33而設置之轉送閘極TG。藉往如此之轉送閘極TG施加既定之轉送電壓，信號電荷被從光電轉換元件PD轉送往浮動擴散部FD。
此時，為了可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PD內之信號電荷，在第1實施形態中，對於在光電轉換元件PD之P型的Si區域4的雜質濃度及深度作調整。
具體而言，P型的Si區域4係如圖4及圖5所示地形成為，從在光電轉換元件PD之受光區域的中央，隨著往受光區域之外周側，光電轉換元件PD之與受光面正交之方向的厚度變小，亦即，深度變淺。另外，此處之在受光區域之中央係從受光面側看光電轉換元件PD時之受光區域的中央，外周側係從受光面側看光電轉換元件PD時之在受光區域之外周側。
於圖4及圖5，作為一例，基於第1之P型區
域41、第2之P型區域42、第3之P型區域43、第4之P型區域44、第5之P型區域45此等5個P型區域而構成P型的Si區域4。另外，構成P型的Si區域之P型區域的個數非限定於此者。
再者，P型的Si區域4係如圖6所示地形成為，從在光電轉換元件PD之受光區域的中央，隨著往受光區域之外周側，P型的雜質濃度變低。
亦即，在P型的Si區域4之中，在第1之P型區域41之P型的雜質濃度最高，在第5之P型區域45之P型的雜質濃度最低。此外，在P型的Si區域4之中，第1之P型區域41被最深地形成，第5之P型區域45被最淺地形成。
藉此，由於在光電轉換元件PD方面在內部的電位障之分布被調整為例如平底鍋形狀，故可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PD內之信號電荷。以下，參照圖7~圖9說明有關於如此之光電轉換元件PD具有的作用效果。
在以下，為了使基於光電轉換元件PD之作用效果明確，一面比對以P型的Si區域之深度及濃度分布成為均等的方式而形成之一般的光電轉換元件與第1實施形態相關之光電轉換元件PD，一面作說明。
圖7係繪示第1實施形態相關之光電轉換元件PD及一般的光電轉換元件之電位障的分布的說明圖。另外，於圖7，繪示在轉送閘極TG未施加轉送電壓之狀
態下的電位障之分布，第1實施形態之光電轉換元件PD的電位障之分布以粗線表示，一般的光電轉換元件之電位障的分布以點線表示。
此外，圖8係繪示在一般的光電轉換元件之信號電荷轉送中的電位障之分布的說明圖，圖9係繪示在第1實施形態相關之光電轉換元件PD之信號電荷轉送中的電位障之分布的說明圖。
如在圖7以點線所表示地，在以P型的Si區域的深度及濃度分布成為均等的方式而形成之一般的光電轉換元件方面，由於包圍N型的Si區域的周圍之P型的元件分離區域的影響，電位障從受光區域之周邊，隨著往中央，變高。
亦即，在一般的光電轉換元件方面，電位障之分布成為凸往與受光面相反側之面側的圓錐狀，在光電轉換元件之轉送閘極TG的近旁，可有電位障比較低的部分。
為此，如圖8所示地，在一般的光電轉換元件方面，往轉送閘極TG施加轉送電壓之情況下，在受光區域之中央與轉送閘極TG側之外周之間，產生無法充分提高電位障之屏障101。因此，在一般的光電轉換元件方面，如此之屏障101成為障礙，有未轉送往浮動擴散部FD而在光電轉換元件內殘有信號電荷之情形。
相對於此，在第1實施形態之光電轉換元件PD方面，如前述地，從受光區域的中央，隨著往外周，
將P型的Si區域4形成為淺，且P型的雜質濃度變薄。
為此，在光電轉換元件PD方面，如圖7所示地，電位障成為平底鍋形狀。亦即，在光電轉換元件PD方面，與一般的光電轉換元件相比之下，在受光區域之電位障成為平坦且高的狀態。
如此地，在光電轉換元件PD方面，在轉送電壓未施加於轉送閘極TG之狀態下，在受光區域之轉送閘極TG近旁的電位障被比一般的光電轉換元件提高。
藉此，在光電轉換元件PD方面，如圖9所示地，往轉送閘極TG施加轉送電壓之情況下，可抑制在受光區域之中央與轉送閘極TG側的外周之間產生屏障101(圖8參照)。因此，根據光電轉換元件PD，可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PD內之信號電荷。
此外，在第1實施形態中，如圖4所示地，在光電轉換元件PD與轉送閘極TG之間，設有N型的Si區域31。藉此，在光電轉換元件PD方面，由於如圖7所示地在受光區域之轉送閘極TG的近旁形成電位障更高之部分，故進一步提升從光電轉換元件PD往浮動擴散部FD之信號電荷的轉送性能。
再者，光電轉換元件PD所具備的P型的Si區域4由於係形成為深度從受光區域的外周隨著往中央變深，故可比P型的Si區域的深度為均等之一般的光電轉換元件使PN接面的面積增大。藉此，光電轉換元件PD
係由於可比一般的光電轉換元件使可累積之信號電荷(飽和電子數)增大，故可使在明時之光電轉換效率提升。
另外，在本實施形態中，雖說明有關於形成為從在光電轉換元件PD之受光區域的中央隨著往外周而使P型的Si區域4變淺且使P型的雜質濃度變薄的情況，惟使P型的Si區域4之深度為均勻亦可。
但是，即使在使P型的Si區域4的深度為均勻之情況下，對於P型的雜質濃度，仍作成從受光區域的中央隨著往外周而變薄。由於基於如此之構成與前述之一般的光電轉換元件相比之下亦可提高在受光區域之電位障，故可使往浮動擴散部FD之信號電荷的轉送性能提升。
接著，參照圖10說明有關於第1實施形態相關之固態攝像裝置14之製造方法。另外，在固態攝像裝置14之製程之中，光電轉換元件PD之形成程序以外的製程由於與一般的固態攝像裝置同樣，故於此說明有關於光電轉換元件PD之形成程序。
圖10係繪示第1實施形態相關之光電轉換元件PD之形成程序的說明圖。在形成光電轉換元件PD之程序方面，如圖10之(a)所示地，在半導體基板100之光電轉換元件PD的形成區域除外之區域，藉離子注入例如硼等之P型的雜質而進行退火處理，以形成P型的元件分離區域32。
隨後，在元件分離區域32上表面之既定位
置，形成例如以氧化Si作為材料之閘極絕緣膜33，在閘極絕緣膜33之上表面，形成以多晶Si作為材料之轉送閘極TG。
之後，夾住轉送閘極TG而在兩側，離子注入例如磷等之N型的雜質而進行退火處理。藉此，在各光電轉換元件PD的形成位置形成N型的Si區域31，同時夾住轉送閘極TG而在與N型的Si區域31相反側形成浮動擴散部FD。
隨後，形成在N型的Si區域31之上表面的中央設有開口10之遮罩M，隔著遮罩M地往N型的Si區域31離子注入例如硼等之P型的雜質而形成第1之P型區域41。
之後，如圖10之(b)所示地，將在遮罩M之開口10擴張，隔著遮罩M地往N型的Si區域31以雜質的濃度成為低於第1之P型區域41之方式離子注入P型的雜質而形成第2之P型區域42。此時，將與第1之P型區域41形成時相同之能量賦予P型的雜質而進行離子注入。
隨後，如圖10之(c)所示地，將在遮罩M之開口10進一步擴張，隔著遮罩M地往N型的Si區域31以雜質的濃度成為低於第2之P型區域42之方式離子注入P型的雜質而形成第3之P型區域43。此時，將與第1之P型區域41形成時相同之能量賦予P型的雜質而進行離子注入。
之後，如圖10之(d)所示地，將在遮罩M之開口10進一步擴張，隔著遮罩M地往N型的Si區域31以雜質的濃度成為低於第3之P型區域43之方式離子注入P型的雜質而形成第4之P型區域44。此時，將與第1之P型區域41形成時相同之能量賦予P型的雜質而進行離子注入。
再者，如圖10之(e)所示地，將在遮罩M之開口10擴張，隔著遮罩M地往N型的Si區域31以雜質的濃度成為低於第4之P型區域44之方式離子注入P型的雜質而形成第5之P型區域45。此時，將與第1之P型區域41形成時相同之能量賦予P型的雜質而進行離子注入。
藉此，以深度為均勻、P型的雜質濃度從光電轉換元件PD之中央隨著往外周變薄之方式形成：第1之P型區域41、第2之P型區域42、第3之P型區域43、第4之P型區域44、及第5之P型區域45。
最後，進行退火處理而使P型的雜質熱擴散。藉此，P型的雜質濃度越濃之區域，雜質擴散至越深的位置，形成深度從光電轉換元件PD之中央隨著往外周變淺之P型的Si區域4。
如此地，在第1實施形態相關之光電轉換元件PD之形成程序方面，藉使用1片遮罩M，將遮罩M之開口10依次擴張，將P型的雜質之濃度依次變薄而作離子注入，以形成P型的Si區域4。
因此，可一面抑制在光電轉換元件PD的形成所用之遮罩M的片數增大，一面形成P型的雜質濃度從受光區域的中央隨著往外周變薄之P型的Si區域4。
此外，在形成第1~第5之P型區域41~45時之離子注入方面，皆往P型的雜質賦予均勻的能量而進行離子注入，可使在離子注入處理之處理條件的設定簡略化。
然後，僅在形成均等的深度之第1~第5之P型區域41~45之後進行退火處理，即可容易地形成深度從受光區域的中央隨著往外周變淺之P型的Si區域4。
另外，在第1~第5之P型區域41~45之P型的雜質的各濃度係進行預先試驗，預先調整為，在最終所形成之光電轉換元件PD之電位障之分布成為在圖7以粗線所表示之平底鍋形狀。
如上所述地，在第1實施形態相關之光電轉換元件PD方面，與N型的Si區域31作PN接面之P型的Si區域4被形成為，從受光區域的中央，隨著往外周，與受光面正交之方向的深度依次變淺，P型的雜質濃度依次變薄。
藉此，第1實施形態相關之各光電轉換元件PD係相較於P型的雜質濃度及深度為均勻的其他光電轉換元件，可使電位障之分布為平底鍋形狀。根據如此之光電轉換元件PD，可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PD內之信號電荷，同時可基於使飽和電子數
增大而使明時之光電轉換效率提升。
接著，說明有關於第2實施形態相關之固態攝像裝置。另外，第2實施形態相關之固態攝像裝置，光電轉換元件及轉送閘極之構成相異之點除外，係與以第1實施形態說明者同樣的構成。為此，於此，參照圖11說明有關於第2實施形態相關之光電轉換元件PDa及轉送閘極TGa。
圖11係繪示第2實施形態相關之光電轉換元件PDa及轉送閘極TGa之剖面的說明圖。另外，對於圖11所示之構成要素之中與圖5所示之構成要素相同的構成要素，附加與圖5所示之符號相同的符號。
如圖11所示地，光電轉換元件PDa具備：N型的Si區域5與設於N型的Si區域5的內部之P型的Si區域6。P型的Si區域6具備第1~第5之P型區域61、62、63、64、65，該等係形成為，從在光電轉換元件PDa的受光區域之中央，隨著往外周，與受光面正交之方向的厚度依次變薄，P型的雜質濃度依次變薄。
另外，第1~第5之P型區域61、62、63、64、65，藉比在第1實施形態之形成第1~第5之P型區域41~45之情況更大的能量以進行P型雜質之離子注入的點以外，可與圖10所示之程序同樣地形成。
如此地，在N型的Si區域5的內部，基於設
置從受光區域的中央隨著往外周而厚度依次變薄且P型的雜質濃度依次變薄P型的Si區域6，亦可使光電轉換元件PDa之電位障之分布為平底鍋形狀。因此，根據光電轉換元件PDa，可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PDa內之信號電荷。
再者，在光電轉換元件PDa方面，由於在P型的Si區域6之受光面側與和受光面側為相反側的面側雙方形成PN接面，故基於使飽和電子數更上一層增大，可使明時之光電轉換效率進一步提升。
此外，在光電轉換元件PDa之N型的Si區域5具備：設於P型的Si區域6之受光面側之N型的第1之區域51、設於與P型的Si區域6之受光面側為相反側之N型的第2之區域52。
然後，N型的第2之區域52係形成為N型的雜質濃度比N型的第1之區域51薄。藉此，可抑制累積於N型的第2區域52與P型的Si區域6之接合部之信號電荷往半導體基板100側漏出。
再者，在第2實施形態中，採用將轉送閘極TGa往元件分離區域32的內部埋入之嵌入式閘極。藉此，亦可從與N型的第1區域51側相比信號電荷之轉送為困難的N型的第2區域52往浮動擴散部FD有效率地進行信號電荷之轉送。
此外，光電轉換元件PDa係在N型的Si區域5的受光面上進一步具備P型的Si層60。藉此，可在N
型的Si區域5使與光的入射無關係地產生之電荷(電子)與在P型的Si層60之電洞再結合。因此，根據光電轉換元件PDa，可減低暗電流。
如上所述地，第2實施形態相關之光電轉換元件PDa係在N型的Si區域5的內部具備P型的Si區域6，其係形成為，從受光區域的中央隨著往外周，與受光面正交之方向的厚度依次變薄，P型的雜質濃度依次變薄。
因此，根據光電轉換元件PDa，可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PDa內之信號電荷，同時可基於使飽和電子數進一步增大而使明時之光電轉換效率更上一層提升。
接著，說明有關於第3實施形態相關之固態攝像裝置。另外，第3實施形態相關之固態攝像裝置，光電轉換元件之構成相異之點除外，係與以第1實施形態說明者同樣的構成。為此，於此，參照圖12~圖14說明有關於第3實施形態相關之光電轉換元件PDb。
圖12係從受光面側看第3實施形態相關之光電轉換元件PDb的說明圖，圖13係基於圖12所示之B-B'線的剖面圖，圖14係繪示第3實施形態相關之光電轉換元件PDb的電位障之分布的說明圖。另外，對於圖12及圖13所示之構成要素之中與圖5所示之構成要素相同
的構成要素，附加與圖5所示之符號。
如圖12及圖13所示地，光電轉換元件PDb具備P型的Si區域7，其係從受光區域的中央，隨著往受光面的外周之中與轉送閘極TG側的外周為相反側的外周除外之外周側，與受光面正交之方向的深度依次變淺，P型的雜質濃度依次變薄。
如此之P型的Si區域7由第1~第5之P型區域71、72、73、74、75所構成。亦即，在P型的Si區域7之中，第1之P型區域71成為最深、P型的雜質濃度最高的區域，第5之P型區域75成為最淺、P型的雜質濃度最薄的區域。
另外，第1~第5之P型區域71、72、73、74、75，使圖10所示之遮罩M之開口10的位置靠近與在受光面之轉送閘極TG相反側而形成並依次將開口10擴張以外，可作成與圖10所示之程序同樣而形成。
如此之光電轉換元件PDb的電位障之分布，如圖14所示地，成為電位障從與在受光區域之轉送閘極TG為相反側的外周隨著往中央徐徐提高之斜度。另外，從受光區域的中央到轉送閘極TG之電位障之分布成為與第1實施形態同樣。
藉此，在光電轉換元件PDb方面，與第1實施形態相關之光電轉換元件PD同樣地，可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PDb內之信號電荷。再者，在光電轉換元件PDb方面，累積於從轉送閘極TG
比受光區域的中央遠之區域的信號電荷基於從與轉送閘極TG為相反側的外周往中央之電位障的斜度而變成容易轉送往浮動擴散部FD。
因此，根據光電轉換元件PDb，既使在例如受光面積極端地廣之情況和在大氣層外的宇宙所使用之情況下，仍可減低未轉送往浮動擴散部FD而殘於光電轉換元件PDb內之信號電荷。
如上所述地，第3實施形態相關之光電轉換元件PDb具備P型的Si區域7，其係從受光區域的中央，隨著往受光面的外周之中與轉送閘極TG側的外周為相反側的外周除外之外周側，依次變淺，且P型的雜質濃度依次變薄。
根據光電轉換元件PDb，累積於從轉送閘極TG比受光區域的中央遠之區域的信號電荷變成容易轉送往浮動擴散部FD，在受光面積為極端地廣之情況和在宇宙所使用之情況下，信號電荷的轉送性能提升。
另外，在上述之實施形態中，雖針對第1~第5之P型區域41~45、61~65、71~75從受光面看為矩形狀之情況作說明，惟亦可形成為從受光面看成為同心圓狀。藉此，電位障成為往浮動擴散部FD之信號電荷的轉送效率更加提升之理想的平底鍋形狀之分布。
此外，亦可代替圖11所示之P型的Si層60而設置圖5所示之P型的Si區域4。由於根據如此之構成即可基於使在第2實施形態之光電轉換元件PDa之PN接
面的面積進一步增大而使飽和電子數進一步增大，故明時之光電轉換效率提升。
此外，亦可在圖5所示之光電轉換元件PD、及圖13所示之光電轉換元件PDb之N型的Si區域31的內部設置圖11所示之P型的Si區域6。由於基於如此之構成時PN接面之面積仍進一步增大，故可使飽和電子數更上一層增大，明時之光電轉換效率提升。
雖說明本發明之幾個實施形態，惟此等實施形態係作為例子而提示者，並未意圖限定發明之範圍。此等新穎的實施形態可依其他的各種形態予以實施，在不脫離發明之要旨之範圍下，可進行種種的省略、置換、變更。此等實施形態和其變化係包含於發明之範圍和要旨，同時包含於申請專利範圍所記載之發明與其均等之範圍。
4‧‧‧P型的Si區域
31‧‧‧N型的Si區域
41‧‧‧第1之P型區域
42‧‧‧第2之P型區域
43‧‧‧第3之P型區域
44‧‧‧第4之P型區域
45‧‧‧第5之P型區域
PD‧‧‧光電轉換元件
FD‧‧‧浮動擴散部
TR‧‧‧轉送電晶體
TG‧‧‧轉送閘極
Claims (17)
- 一種固態攝像裝置，具備：第1導電型之半導體區域，其設於所拍攝的影像的每個像素；以及第2導電型之半導體區域，藉與前述第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，從前述光電轉換元件之中央，隨著往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
- 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係從前述光電轉換元件之中央，隨著往在該光電轉換元件之受光面的外周側，第2導電型之雜質濃度變低。
- 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係從前述光電轉換元件之中央，隨著往在該光電轉換元件之受光面的外周之中與前述信號電荷轉送用之轉送閘極側的外周為相反側的外周除外之外周側，第2導電型之雜質濃度變低。
- 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係設於前述第1導電型之半導體區域的內部，前述第1導電型之半導體區域具備：設於比前述第2導電型之半導體區域更靠近前述光電轉換元件之受光面側的第1之區域；以及 設於比前述第2導電型之半導體區域更靠近前述光電轉換元件之受光面之相反側的第2之區域。
- 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係第2導電型之雜質濃度越高之區域，與前述光電轉換元件之受光面正交之方向的厚度越大。
- 如申請專利範圍第2項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係第2導電型之雜質濃度越高之區域，與前述光電轉換元件之受光面正交之方向的厚度越大。
- 如申請專利範圍第3項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係第2導電型之雜質濃度越高之區域，與前述光電轉換元件之受光面正交之方向的厚度越大。
- 如申請專利範圍第4項之固態攝像裝置，其中前述第2導電型之半導體區域，係第2導電型之雜質濃度越高之區域，與前述光電轉換元件之受光面正交之方向的厚度越大。
- 如申請專利範圍第4項之固態攝像裝置，其中於前述光電轉換元件之受光面上，進一步具備第2導電型之半導體層。
- 一種固態攝像裝置之製造方法，包含：形成第1導電型之半導體區域，其係設於所拍攝的影像之每個像素；以及 形成第2導電型之半導體區域，其係藉與前述第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，從前述光電轉換元件之中央，隨著往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
- 如申請專利範圍第10項之固態攝像裝置之製造方法，其包含：將前述第2導電型之半導體區域形成為，從前述光電轉換元件之中央，隨著往在該光電轉換元件之受光面之外周側，第2導電型之雜質濃度變低。
- 如申請專利範圍第10項之固態攝像裝置之製造方法，其包含：將前述第2導電型之半導體區域形成為，從前述光電轉換元件之中央，隨著往在該光電轉換元件之受光面的外周之中與前述信號電荷轉送用之轉送閘極側的外周為相反側的外周除外之外周側，第2導電型之雜質濃度變低。
- 如申請專利範圍第10項之固態攝像裝置之製造方法，其包含：於前述光電轉換元件之受光面側，形成第1導電型的第1之區域，於前述光電轉換元件之受光面之相反側，形成第1導電型的第2之區域，藉以形成前述第1導電型之半導體區域，於前述第1導電型之半導體區域的內部，形成前述第2導電型之半導體區域。
- 如申請專利範圍第10項之固態攝像裝置之製造方 法，其包含：將前述第2導電型之半導體區域形成為，第2導電型之雜質濃度越高之區域，與前述光電轉換元件之受光面正交之方向的厚度越大。
- 如申請專利範圍第10項之固態攝像裝置之製造方法，其包含：在前述第1導電型之半導體區域的上表面，形成在與該上表面的中央對應之位置設有開口之遮罩，一面依次擴張前述遮罩的開口，一面在從前述開口往前述第1導電型之半導體區域將依次使濃度變薄之第2導電型之雜質離子注入之後，進行熱處理，以形成前述第2導電型之半導體區域。
- 如申請專利範圍第15項之固態攝像裝置之製造方法，其包含：基於相等之能量，將前述依次使濃度變薄之第2導電型之雜質離子注入。
- 一種相機模組，具備：成像光學系統，其收取來自拍攝對象之光，並使拍攝對象影像成像；以及固態攝像裝置，其對藉前述成像光學系統而成像之前述拍攝對象影像作攝像；前述固態攝像裝置具備：第1導電型之半導體區域，其設於所拍攝的影像的每個像素；以及 第2導電型之半導體區域，其藉與前述第1導電型之半導體區域之PN接面以構成光電轉換元件，從前述光電轉換元件之中央，隨著往信號電荷轉送用之轉送閘極側，第2導電型之雜質濃度變低。
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