固體攝像裝置的制造方法
【專利說明】固體攝像裝置
[0001]關(guān)聯(lián)申請
[0002]本申請享受以日本專利申請2014 - 023604號(申請日:2014年2月10日)為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部的內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本實施方式涉及固體攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]目前，以CMOS傳感器為主的固體攝像裝置使用于數(shù)字靜物攝影機、攝像機、監(jiān)視攝影機等多種用途。在數(shù)字攝影機、攝像機、監(jiān)視攝影機等的應用中，要求如下的攝像特性。即，在對較暗的被拍體進行攝像時能夠以較高的S/N比進行攝像，并且在對足夠亮的被拍體進行攝像時也具有圖像的輸出分辨率。這樣，如果在對較暗的被拍體進行攝像時的S/N比良好并且能夠?qū)^亮的被拍體進行攝像，則具有如下優(yōu)點:能夠攝像出所謂的動態(tài)范圍較寬的圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)與用人眼觀察同樣的自然的再現(xiàn)。但是，近年來，攝像光學系統(tǒng)尺寸的縮小的要求增強，另一方面對較高的析像度的要求也同時變高，有像素尺寸縮小的傾向，因此難以獲得如上所述的具有較寬的動態(tài)范圍的圖像。以下對該情況進行說明。
[0005]即，在將各像素的面積縮小時，伴隨于此，對像素內(nèi)部的由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的信號電荷進行存儲的光電二極管的面積也同時縮小，光電二極管能夠存儲的信號電荷量的上限大致與光電二極管的面積成正比，所以在將像素的面積縮小時，光電二極管能夠存儲的信號電荷數(shù)的上限即飽和電子數(shù)與此同時而減少。在此情況下，對于超過飽和電子數(shù)的信號，無法獲得圖像信息，所以對能夠攝像的被拍體的亮度產(chǎn)生限度，為此難以獲得具有較寬的動態(tài)范圍的圖像。
[0006]并且，在將各像素的面積縮小時可能產(chǎn)生如下的問題。即，在像素的面積縮小時，構(gòu)成配置于像素的輸出電路的MOS晶體管的尺寸也同時縮小。但是，在構(gòu)成像素的輸出電路的MOS晶體管、例如構(gòu)成作為輸出電路的源極跟隨電路的放大晶體管的尺寸縮小時，產(chǎn)生的Ι/f噪聲或RTA(Random Telegraph Signal:隨機電報信號)噪聲變大。這樣，在對較暗的被拍體進行攝像而信號電荷量較少時，對這些噪聲的S/N比降低，所以在此情況下，再生圖像可能成為噪聲較多的低畫質(zhì)的圖像。
[0007]并且，在將各像素的面積縮小了時會產(chǎn)生如下的問題。即，在各像素的面積變小時，對像素入射的光容易漏入相鄰的像素，但通常在相鄰的像素中配置有如取得不同的顏色信號的濾色器，所以在此情況下混色的程度可能變大。此外，即使入射光沒漏出到相鄰像素，在構(gòu)成像素的半導體區(qū)域內(nèi)的、靠近像素與像素的邊界的部分產(chǎn)生光電子時，光電子由于熱擴散等而漏入到相鄰的像素，因此混色的程度可能由于同樣的理由而增加。在混色的程度較大時，顏色的再現(xiàn)性降低，因此難以獲得在再生畫面上色度較高的圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的課題在于，提供一種固體攝像裝置，能夠使各像素的平面方向的面積縮小同時能夠維持足夠的飽和電荷量，能夠抑制暗時噪聲的增加，進而能夠防止混色程度的增加。
[0009]一個實施方式的固體攝像裝置具備:多個像素，配置于半導體基板，且分別具有信號存儲部；以及深槽隔離(Deep Trench Isolat1n, DTI)型的元件隔離部,將所述半導體基板中的所述多個像素彼此電隔離，該DTI型是指深槽隔離型，所述多個像素各自中的所述信號存儲部具有:第一導電型的第一半導體區(qū)域，覆蓋所述元件隔離部的所述信號存儲部一側(cè)的側(cè)壁；以及第二導電型的第二半導體區(qū)域，從所述半導體基板中的比表面深的位置起沿深度方向縱型地配置并且沿所述第一半導體區(qū)域延伸成板狀，所述第二導電型是與所述第一導電型相反的導電型。
[0010]根據(jù)上述構(gòu)成的固體攝像裝置，能夠使各像素的平面方向的面積縮小，同時能夠維持足夠的飽和電荷量，能夠抑制暗時噪聲的增加，進而能夠防止混色程度的增加。
【附圖說明】
[0011]圖1是對應用了第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的攝像系統(tǒng)的構(gòu)成進行表示的圖。
[0012]圖2是對應用了第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的攝像系統(tǒng)的構(gòu)成進行表示的圖。
[0013]圖3是對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的電路構(gòu)成進行表示的圖。
[0014]圖4A是對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的布局構(gòu)成進行表示的圖。
[0015]圖4B是對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的剖面構(gòu)成進行表示的圖。
[0016]圖5是對第一實施方式中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0017]圖6A及圖6B是對第一實施方式中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0018]圖7A及圖7B是對第一實施方式中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0019]圖8是對第一實施方式中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0020]圖9A及圖9B是對第一實施方式中的像素的動作進行表示的圖。
[0021]圖1OA及圖1OB是對第一實施方式中的元件隔離部的其他的構(gòu)成例進行表示的圖。
[0022]圖11是對在第一實施方式中的元件隔離部的外周部分形成的半導體區(qū)域的其他的構(gòu)成例進行表示的圖。
[0023]圖12A及圖12B是對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的制造方法進行表示的圖。
[0024]圖13是對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的制造方法進行表示的圖。
[0025]圖14A?圖14D是對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置的制造方法進行表示的圖。
[0026]圖15A?圖KD是對第一實施方式的變形例所涉及的固體攝像裝置的制造方法進行表示的圖。
[0027]圖16A及圖16B是對第一實施方式的其他的變形例中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0028]圖17A及圖17B是對第一實施方式的其他的變形例中的像素的動作進行表示的圖。
[0029]圖18A及圖18B是對第一實施方式的其他的變形例中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0030]圖19A及圖19B是對第一實施方式的其他的變形例中的像素的動作進行表示的圖。
[0031]圖20A及圖20B是對第一實施方式的其他的變形例中的像素的構(gòu)成進行表示的圖。
[0032]圖21是對第二實施方式所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進行表示的圖。
[0033]圖22是對第二實施方式所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進行表示的圖。
[0034]圖23是對第二實施方式所涉及的固體攝像裝置的其他的構(gòu)成進行表示的圖。
[0035]圖24是對第二實施方式的變形例所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進行表示的圖。
[0036]圖25是對第二實施方式的變形例所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進行表示的圖。
[0037]圖26是對第二實施方式的其他的變形例所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進行表示的圖。
[0038]圖27是對第二實施方式的其他的變形例所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進行表示的圖。
[0039]圖28是對第一實施方式及第二實施方式中的按各像素配置了基板觸點的情況下的平面構(gòu)成進行表示的圖。
[0040]圖29是對第一實施方式及第二實施方式的變形例中的元件隔離部的構(gòu)成進行表示的圖。
[0041]圖30是對第一實施方式及第二實施方式的變形例中的對多個像素配置了一個基板觸點的情況下的平面構(gòu)成進行表示的圖。
[0042]圖31是對第一實施方式及第二實施方式的其他的變形例中的元件隔離部的構(gòu)成進行表示的圖。
【具體實施方式】
[0043]通過實施方式，提供具有多個像素和元件隔離部的固體攝像裝置。多個像素配置于半導體基板。多個像素分別具有信號存儲部。元件隔離部將半導體基板上的多個像素彼此電隔離。元件隔離部是DTI (De印Trench Isolat1n，深槽隔離)型。多個像素各自的信號存儲部具有第一半導體區(qū)域和第二半導體區(qū)域。第一半導體區(qū)域覆蓋元件隔離部中的在信號存儲部一側(cè)的側(cè)壁。第一半導體區(qū)域是第一導電型。第二半導體區(qū)域從半導體基板的比表面更深的位置沿深度方向縱型地配置并且沿著第一半導體區(qū)域延伸成板狀。第二半導體區(qū)域是第二導電型。第二導電型是與第一導電型相反的導電型。
[0044]以下參照附圖，對實施方式所涉及的固體攝像裝置進行詳細地說明。另外，本發(fā)明并不受這些實施方式限定。
[0045](第一實施方式)
[0046]對第一實施方式所涉及的固體攝像裝置進行說明。固體攝像裝置例如應用于圖1及圖2所示的攝像系統(tǒng)。圖1及圖2是對攝像系統(tǒng)的概略構(gòu)成進行表示的圖。在圖1中，用OP表不光軸。
[0047]攝像系統(tǒng)I例如可以是數(shù)字攝影機、數(shù)字影像攝影機等，也可以是攝影機模塊應用于電子設(shè)備的系統(tǒng)(例如帶攝影機的便攜終端等)。如圖2所示，攝像系統(tǒng)I具備攝像部2及后級處理部3。攝像部2例如是攝影機模塊。攝像部2具有攝像光學系統(tǒng)4及固體攝像裝置5。后級處理部3具有ISP (Image Signal Processor:圖像信號處理)6、存儲部7及顯示部8。
[0048]攝像光學系統(tǒng)4具有攝影透鏡47、半透半反鏡43、機械快門46、透鏡44、棱鏡45及取景器48。攝影透鏡47具有攝影透鏡47a、47b、光圈(未圖示)及透鏡驅(qū)動機構(gòu)47c。光圈配置于攝影透鏡47a與攝影透鏡47b之間，對被導入攝影透鏡47b的光量進行調(diào)節(jié)。另夕卜，在圖1中，示意性地示出了攝影透鏡47具有二片攝影透鏡47a、47b的情況，但攝影透鏡47也可以有多片攝影透鏡。
[0049]固體攝像裝置5配置于攝影透鏡47的預定成像面。例如，攝影透鏡47使入射進來的光折射，經(jīng)由半透半反鏡43及機械快門46而導向固體攝像裝置5的攝像面，并在固體攝像裝置5的攝像面(攝像區(qū)域IR)形成被拍體的像。固體攝像裝置5生成與被拍體像相應的圖像信號。
[0050]如圖3所示，固體攝像裝置5具有圖像傳感器10及信號處理電路11。圖3是對固體攝像裝置的電路構(gòu)成進行表示的圖。圖像傳感器10例如可以是CMOS圖像傳感器，也可以是其他的放大型固體攝像元件。圖像傳感器10具有像素陣列12、垂直移位寄存器13、定時控制部15、相關(guān)雙采樣部(CDS) 16、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換部(ADC) 17及線存儲器18。
[0051]在像素陣列12中，二維地排列有多個像素P。例如，在圖4A中，對像素陣列12中的、2行X2列的像素P(l，I)?P(2，2)的陣列進行例示。圖4A是對固體攝像裝置5中的多個像素P的布局構(gòu)成進行表示的圖。下面，將與半導體基板的表面垂直的方向設(shè)為z方向，將在與z方向正交的面內(nèi)互相垂直的二個方向設(shè)為X方向及y方向。X方向是沿著像素陣列12的列的方向。y方向是沿著像素陣列12的行的方向。
[0052]此時，像素陣列12的面積被限制成規(guī)定的面積的情況下，為了增加像素陣列12的像素數(shù)而使析像度提高，需要使各像素P的平面方向的面積縮小。例如，將各像素P的X方向的寬度Wx縮小或?qū)方向的寬度Wy縮小、或者將X方向的寬度Wx及y方向的寬度Wy這兩者縮小，而使各像素P的平面方向的面積縮小。
[0053]假設(shè)對由光電二極管產(chǎn)生的信號電荷進行存儲的信號存儲部以平面型構(gòu)成的情況下，在信號存儲部，在半導體基板的表面附近形成有沿著半導體基板的表面的第二導電型(例如，N型)的半導體區(qū)域，在該半導體區(qū)域與底部的第一導電型(例如，P型)的半導體區(qū)域之間形成PN結(jié)構(gòu)造。該PN結(jié)構(gòu)造具有沿著半導體基板的表面的PN結(jié)界面，因此在使各像素P的平面方向的面積縮小時，各像素P中的PN結(jié)界面的面積也降低。由此，在將PN結(jié)構(gòu)造等價地看作電容元件的情況下，等價的電容元件的電極面積降低，PN結(jié)構(gòu)造的電容值降低，所以各像素P的信號存儲部ro能夠存儲的電荷量降低從而信號存儲部ro的靈敏度可能降低。
[0054]因此，在第一實施方式中，目標是:在固體攝像裝置5中，以縱型形成各像素的信號存儲部ro(PN結(jié)構(gòu)造)并且確保深度方向(Z方向)的PN結(jié)界面的面積，從而使各像素的平面方向的面積縮小同時使信號存儲部ro能夠存儲的最大存儲電荷量(例如，