固體攝像裝置以及攝像裝置的製作方法

2023-05-15 18:57:56

專利名稱：固體攝像裝置以及攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及固體攝像裝置以及攝像裝置。
技術背景以往提出了所謂垂直溢漏方式的固體攝像元件，在該固體攝像元件 中，將受光部的過量電子排出到襯底一側，將過量的空穴從在襯底表面的 各光傳感器周圍設置的溝道截止部經由設置在襯底深處的P型區域排出到接地部(GND)。此外，公開了如下構造(例如參照專利文獻1):將過量的空穴的一部分從襯底表面的各光傳感器周圍的溝道截止部排出到GND (以下稱為 路徑A)，使餘下的過量空穴移動到溢漏阻隔層區域，通過上述溢漏阻隔 層區域將該過量空穴送到固體攝像元件的外側部，並排出到與該外側部連 接的GND (以下所稱為路徑B)。在採用該構造的情況下，由於在遠離接 地部的區域存在壓降，因此光傳感器中的空穴的遷移變慢，路徑B的溢漏 阻隔層電勢在有效攝像區域周邊部和中央部發生變動，在飽和信號電子數 中產生陰影，因而會引起所攝像的圖像的圖像質量變差的問題。即，為了 解決該問題，需要通過降低作為過量空穴的通道的路徑B的溢漏阻隔層區 域的電阻，抑制由於空穴通過路徑B而引起的壓降，並抑制溢漏阻隔層電 勢在圖像區域的中心部和周邊部中發生變動。為了降低該溢漏阻隔層區域的電阻，考慮了提高溢漏阻隔層區域的雜 質濃度。然而，由於在該情況下溢漏阻隔層區域會中性化，因而無法使溢 漏阻隔層區域空出，在大光量入射時會產生溢出的問題。另一方面，在降低了上述溢漏阻隔層區域的雜質濃度的情況下，由於 溢漏阻隔層區域的電勢升高而可以使溢漏阻隔層區域空出，因此改善了大 光量入射時的溢出問題。然而，存在溢漏阻隔層區域高電阻化而在大光量入射時會產生陰影的問題。艮口，在專利文獻1中記載的發明不能同時使溢漏阻隔層區域空出並低 電阻化，因而存在不能同時抑制飽和信號數的陰影和溢出的問題。另一方面，在固體攝像裝置中，隨著由於多像素化、細微化的發展而 引起的像素尺寸的縮小，垂直方向和水平方向上的像素之間變窄的傾向非 常顯著。因此，在僅在半導體襯底的表面形成的溝道截止區域的構造中， 不能有效地防止在光傳感器部進行了光電轉換的電荷混入相鄰像素的現象 (以下稱為混色)。因此，為了防止該混色，需要將在像素之間的溝道截 止區域或垂直電荷傳遞部的下部(在垂直電荷傳遞部中，比在N型區域中 形成的垂直電荷傳遞溝道距離半導體襯底表面深的區域)形成的P型區域 形成至半導體襯底的縱深方向上很深的區域。因此，公開了通過改變了注入能量的多次離子注入來形成溝道截止區 域的P型雜質(例如，參照專利文獻2)。然而，在使用該方法的情況 下，在縱深方向上雜質濃度會變得不均勻，難以直至深的區域都形成雜質 濃度均勻的溝道截止區域。另外，當使像素尺寸細微化時，會產生所謂的窄溝道效應(narrow channel effect)，即由於構成各光傳感器周圍的溝道 截止區域的P+擴散層而使電荷的通道變得狹窄。在使用專利文獻2所記載的方法的情況下，如上所述，由於溝道截止 區域在縱深方向上會產生雜質濃度不均勻，並且會產生上述窄溝道效應， 因此這部分的電勢變低，進而溢漏阻隔層區域的電勢的極小點會移至距離 襯底表面淺的位置。因此，在像素尺寸小的情況下，難以在距離襯底表面深的位置上形成 溢漏阻隔層區域。另外，為了提高感光度，通過入射到光傳感器的光來擴 大光電轉換的區域，因而希望在距離襯底表面某一深度的位置上形成所述 溢漏阻隔層區域。然而，如上所述，在像素尺寸小的情況下存在如下問 題難以在深的位置上形成溢漏阻隔層區域，因而難以使固體攝像元件高 感光度化。此外，如果溝道截止區域在縱深方向上變得不均勻，則電勢在縱深方 向上呈波形，因此對於過量空穴從該溝道截止區域遷移至襯底表面一側不利。上述難以高感光度化的問題和溝道截止區域變得不均勻的問題尤其會 在像素尺寸小於等於2/xm時產生影響。此外，在專利文獻2所記載的方法中存在工序數量增加的問題。另外還存在如下問題由於需要通過高能量的離子注入來形成溝道截止部，因 此需要形成厚的由抗蝕層形成的離子注入掩膜，由於難以對厚的抗蝕層膜 進行細微加工，因而難以實現像素的細微化。另外，在專利文獻1中公開了如下發明通過將溝道截止部形成至比 光傳感器距離矽襯底表面更深的位置，使沿著所述路徑B移動的空穴的一部分從形成得很深的溝道截止部排出到襯底表面一側的GND (路徑C)。 如上所述，由於在像素尺寸細微化的情況下，即便使用專利文獻2所記載的方法感光度也會下降，因而即便將該方法應用於專利文獻1所記載 的發明，感光度也會下降。因此，在該情況下，難以防止混色並獲得高感光度。因而存在如下問題當將專利文獻2所記載的方法應用於專利文獻l所記載的發明時，難以實現像素尺寸的細微化。另一方面，作為在像素細微化的情況下抑止感光度下降的手段，考慮 了將通過在除了受光部以外的區域、即在垂直傳遞部下方進行光電轉換而 得到的電荷也作為信號電荷來使用的方法。為了使通過在垂直傳遞部下方進行光電轉換而得到的電荷也能作為信號電荷來使用，例如在專利文獻3中公開了如下構造採用在第一 P阱區域的下方間隔N—型雜質區域而形成有第二 p阱區域的雙p阱構造，並且將用於像素分離的溝道截止部很深 地形成至第二p型阱區域的位置，使其與該p型阱區域電結合。即使在該情況下，也需要很深地形成溝道截止部。因此，即使應用專利文獻3所記 載的方法，也存在與將專利文獻2所記載的方法應用於專利文獻1所記載的發明時相同的問題。專利文獻1:日本專利文獻特開2001 — 15729號公報； 專利文獻2:日本專利文獻特開2004—165462號公報； 專利文獻3:日本專利文獻特開2004 — 356157號公報。
發明內容
(發明所要解決的問題)所要解決的問題是在像素細微化的情況下難以防止混色並獲得高感 光度。本發明的目的在於防止混色並獲得高感光度，使像素尺寸細微化。 (用於解決問題的手段)本發明的第一方面提供一種固體攝像裝置，該固體攝像裝置具有在第 一導電型的半導體襯底上配置有多個受光像素的圖像區域，其特徵在於， 包括多個光傳感器部，通過在半導體襯底上設置構成所述受光像素的受 光區域和光電轉換區域而形成；第二導電型的第一阱區域，形成在夾著所 述光傳感器部的所述光電轉換區域而與所述受光區域相反的一側，並與形 成溢漏阻隔層的所述第一導電型相反；第二導電型的第二阱區域，在夾著 所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在除了與所述光 傳感器部相對應之處以外的區域上；以及第一導電型區域，在夾著所述第 一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在與所述光傳感器部相 對應的區域上。在本發明第一方面的固體攝像裝置中，由於第二阱區域形成在除了與 光傳感器部相對應之處以外的區域上，因而即使像素細微化也可以防止混 色。另外，可以改善感光度和光譜響應對施加電壓Vsub的依賴性。艮口， 由於在比第一阱區域深的位置處存在第二阱區域，因此即使提高Vsub，電 勢的極小值的位置也會位於第一阱區域，而不會移至光傳感器部附近的位 置，因而可以實現高感光度化，並改善感光度和光譜響應對施加電壓Vsub 的依賴性。因此，即便像素細微化，也可以防止混色，實現高感光度化， 並改善感光度和光譜響應對施加電壓Vsub的依賴性。本發明的第二方面提供一種攝像裝置，該攝像裝置將固體攝像裝置用 作攝像元件，所述固體攝像裝置具有在第一導電型的半導體襯底上配置有 多個受光像素的圖像區域，所述攝像裝置的特徵在於，所述固體攝像裝置包括多個光傳感器部，通過在半導體襯底上設置構成所述受光像素的受光區域和光電轉換區域而形成；第二導電型的第一阱區域，形成在夾著所述光傳感器部的所述光電轉換區域而與所述受光區域相反的一側，並與形 成溢漏阻隔層的所述第一導電型相反；第二導電型的第二阱區域，在夾著 所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在除了與所述光 傳感器部相對應之處以外的區域上；以及第一導電型區域，在夾著所述第 一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在與所述光傳感器部相 對應的區域上。在本發明第二方面的攝像裝置中，由於將本發明的固體攝像裝置用作 攝像元件，因而即便像素細微化，也可以防止混色，實現高感光度化，並改善感光度和光譜響應對施加電壓Vsub的依賴性。(發明的效果)根據本發明第一方面的固體攝像裝置，即便像素細微化，也可以防止混色，實現高感光度化，並改善感光度和光譜響應對施加電壓Vsub的依賴性，因而具有通過攝像而獲得的圖像高精細化、高圖像質量化的優點。根據本發明第二方面的固體攝像裝置，即便使用作攝像元件的固體攝 像裝置的像素尺寸細微化，也可以防止混色，實現高感光度化，並改善感光度和光譜響應對施加電壓Vsub的依賴性，因而具有通過攝像而獲得的圖像高精細化、高圖像質量化的優點。


圖1是表示本發明第一方面的固體攝像裝置的一個實施方式(第一實施例)的受光像素的簡要構成截面圖(表示圖4中的X—X，線截面的簡 要情況的截面圖)；圖2是表示本發明第一方面的固體攝像裝置的一個實施方式(第一實 施例)的受光像素的簡要構成截面圖(表示圖4中的Y—Y，線截面的簡 要情況的截面圖)；圖3是表示本發明的固體攝像裝置的接地部附近的簡要構成截面圖；圖4是表示本發明第一方面的固體攝像裝置的一個實施方式(第一實 施例)的受光像素的布置圖。圖5是表示本發明第一方面的固體攝像裝置的一個實施方式(第一實施例)的固體攝像裝置的圖像區域以及在其周邊部具有的接地部附近的簡 要情況的布置圖；圖6是表示圖1中的A—A，線、B—B'線、以及圖2中的C —C' 線的電勢曲線；圖7是表示本發明的固體攝像裝置的第一實施例的變形例的接地部附 近的簡要構成截面圖；圖8是表示本發明的固體攝像裝置的一個實施方式(第二實施例)的 受光像素的簡要構成截面圖；圖9是表示本發明的攝像裝置的一個實施方式(實施例)的簡要構成 框圖。
具體實施方式
使用圖l、圖2、圖3的簡要構成截面圖和圖4、圖5的平面布置圖來 說明本發明第一方面的固體攝像裝置的一個實施方式(第一實施例)。圖 1是表示圖4中的X—X'線截面的簡要情況的圖，圖2是表示圖4中的Y —Y'線截面的簡要情況的圖。另外，圖1、圖2、圖4是表示設置在本發明的固體攝像裝置的圖像 區域內的多個受光像素中的一個受光像素附近的簡要情況的圖，圖3是表 示設置在本發明的固體攝像裝置的圖像區域外側部的接地部附近的簡要構 成截面圖，圖5是表示固體攝像裝置的圖像區域以及在其外側部具有的接 地部附近的簡要情況的布置圖。如圖l、圖2、以及圖4所示，在第一導電型(N型，以下將第一導電 型作為N型來進行說明)的半導體襯底11上，作為第二導電型(P—型， 以下將第二導電型作為P型來進行說明)的區域而形成有外延區域12。該 外延區域12通過使用CVD等進行外延成長而形成。在上述外延區域12 內，形成有成為雜質濃度比上述外延區域12高的溢漏阻隔層的第二導電 型的第一阱區域13。上述第一阱區域通過離子注入而形成。另外，在上述外延區域12中，在與上述半導體襯底11相反的一側的 表面上形成有光傳感器部21，該光傳感器部21對入射到固體攝像裝置1的光進行光電轉換。該光傳感器部21包括由N型區域形成的光電轉換區域22;以及受光區域23，該受光區域23是由在該光電轉換區域22的表層形成的p+型區域形成的空穴蓄積層。在上述光傳感器部21的一側(圖1)，間隔讀出部31而形成有垂直 電荷傳遞部41。該垂直電荷傳遞部41包括N型區域42，在其下部形成有 P型區域43。此外，在上述垂直電荷傳遞部41的與讀出部31相反的一側 形成有由P型區域形成的溝道截止區域51。另外，在上述光傳感器部21 的另一側(圖l)也形成有溝道截止區域(未圖示)。在上述半導體襯底11上，離開上述第一阱區域13，形成有雜質濃度 比上述第一阱區域13高的第二導電型(P型)的第二阱區域14。即，在 夾著上述第一阱區域13而與光電轉換區域22相反的一側形成有上述第二 阱區域14。因此，在上述第一阱區域13與上述第二阱區域14之間，作為 第二導電型的區域而存在有上述外延區域12的一部分。上述第二阱區域 14通過離子注入而形成。此外，如圖3和圖5所示，在上述固體攝像裝置1中，具有上述光傳 感器部21配置成矩陣狀的圖像區域5，在該圖像區域5的外側部具有接地 部71。並且，如上述圖1、圖2、以及圖4所示，上述第二阱區域14形成在 除了與上述光傳感器部21相對應之處以外的位置上。即，第二阱區域14 形成在除了作為光傳感器部21而發揮作用的區域(例如，受光區域23的 光入射區域)向下方投影而得到的區域以外的區域上。因此，在與矩陣狀地配置多個上述光傳感器21的圖像區域5相對應 的區域中，網眼狀地形成上述第二阱區域14。上述第二阱區域14形成在 除了與上述光傳感器部21相對應之處以外的位置上即可，在網眼狀地形 成的第二阱區域14的未形成區域上形成有第一導電型區域15。形成有該 第一導電型區域15的未形成區域的形狀可以採用矩形、圓形、長方形、 橢圓形等各種形狀。另外，上述第一導電型區域15的尺寸不一定小於光傳感器部21。可 以是將大於上述光傳感器部21的區域(例如，光傳感器部21以及包含讀出部31和溝道截止部51的一部分的區域)向下方投影而得到的區域的大 小。另外，上述第二阱區域14也可以不是網眼狀，而是按照與在列方向或行方向上相鄰的光傳感器部21的列或行相對應的方式將上述未形成區 域設置成線狀。而且，如圖1所示，當按照與相鄰的光傳感器部21相對 應之處為上述未形成區域的方式來網眼狀地形成第二阱區域14時，由於 能夠進一步抑制相鄰的光傳感器部21彼此之間的混色，因而為優選方 式。另外，在上述光傳感器部21的下方產生的空穴，以及除了上述光傳 感器部21的下方以外、例如在上述垂直電荷傳遞部41的下方產生的空穴 流過第二阱區域14。 g口，空穴流過配置在第一導電型區域15的周圍(像 素之間)的第二導電型(P型)的第二阱區域14，流入配置在圖像區域5 的外側部的接地部71，所述第一導電型區域15配置在與光傳感器部21相 對應之處。此外，按照如下方式來配置上述第二阱區域14:形成越過上述第一阱 區域13而溢漏的空穴流至設置在上述圖像區域5的外側部的接地部71的 路徑。這樣一來，形成了使溢漏電荷的一部分流過如下區域並進而使該溢 漏電荷的一部分流至接地部71的路徑，所述區域是夾著第一阱區域13而 與光電轉換區域22相反的一側的區域，並且是除了與光傳感器部21相對 應之處以外的區域。如上述圖1、圖2所示，在本實施例中，按照填埋上述網眼狀地形成 的第二阱區域14的未形成區域的方式來形成上述第一導電型區域15，但 不限於該構成，按照包括與上述光傳感器部21相對應之處的方式來形成 第一導電型區域15即可。上述第二阱區域14和上述第一導電型區域15距離襯底表面的深度可 以是不同的，但是優選如上述圖1所示那樣為相同的深度。所謂襯底表 面，以下實際上是指外延區域12的表面。優選為相同的深度的原因在 於，在距離襯底表面的深度相同的情況下，使過量的空穴流入第二阱區域 14，並從設置在圖像區域5的外側部的接地部71排出到外部。並且，可以更有效地使過量電子通過第一導電型區域15而排出到半導體襯底11 一 側。另一方面，在上述第一導電型區域15比上述第二阱區域14淺或者深
的情況下，上述第二阱區域14的雜質(P型)會擴散到第二阱區域14的
未形成區域，網眼部分與未形成區域部分的電勢差變小。
此外，在上述讀出部31和上述垂直電荷傳遞部41處的上述外延區域 12上，間隔絕緣膜(未圖示)而形成有電極(傳遞電極和讀出電極)61。 此外，間隔絕緣膜(未圖示)而形成有遮光膜62，在上述光傳感器部21 上，在遮光膜62上形成有開口部63。
下面，對上述固體攝像裝置l的製造方法進行說明。 首先，在第一導電型的半導體襯底11的表面上通過CVD等進行外延 生長，由此形成第二導電型的外延區域12。接著，通過向上述外延區域 12的期望深度的位置進行離子注入等，形成第一阱區域13、第二阱區域 14、以及第一導電型的區域15。接著，通過向上述外延區域12表面附近 進行離子注入等，形成讀出部31、光電轉換區域22、受光區域23、 P型 區域43、 N型區域42、溝道截止區域51。接著，形成絕緣膜、電極61、 遮光膜62。
上述第二阱區域14形成為雜質濃度大於等於lX1016cm—3。通過形成 為這種高雜質濃度，可以使上述第二阱區域14成為電勢低的區域，使越 過上述第一阱區域13而流入上述第二阱區域14的空穴流過上述第二阱區 域14。因此，可以使上述流入第二阱區域14的空穴流至上述接地部71， 並經由該接地部71將空穴排出到上述固體攝像裝置1之外。此外，上述 第二阱區域14的雜質濃度高、電阻低，因而可以抑制由於過量空穴流過 相關區域而引起的壓降。因此，可以抑制溢漏阻隔層電勢在圖像區域5的 中心部和周邊部發生變動，從而可以抑制飽和電子數的陰影。
另外，上述第二阱區域14的雜質濃度的數量級優選比上述第一阱區 域13高1位以上。由此，由於可以適度地形成上述第一阱區域13與上述 第二阱區域14的電勢差，因此可以更有效地使過量空穴越過上述第一阱 區域13而流過上述第二阱區域14，並從圖像區域外側部的上述接地部71 排出到外部。上述第一阱區域13的雜質濃度優選為lX10"cm—g左右。在形成為上 述雜質濃度的情況下，由於上述第一阱區域13的空穴會空出，因此會有 效地作為溢漏阻隔層而發揮作用，並有效地將在光傳感器部21產生的過 量電子經由與該光傳感器部21相對應之處、即第一導電型區域15排出到 半導體襯底一側。由此，能夠抑制溢出。
上述第一導電型區域15的雜質濃度優選為與上述第二阱區域14相同 的程度。
如上所述，由於同時具有雜質濃度高的P型區域(第二阱區域14)和 雜質濃度高的N型區域(第一導電型區域15)，因此可以使作為溢漏阻 隔層區域的第一阱區域13空出，抑制溢出，並且還可以使過量空穴流過 的第二阱區域14低電阻化，抑制飽和信號電子數的陰影。
因此，如後所述，進行了光電轉換的電子中的過量的部分經由第一導 電型區域15而流向半導體襯底11，在半導體襯底11的雜質濃度足夠高的 情況下，即使不通過離子注入等來形成第一導電型區域15，也可以使過量 電子經由網眼狀地形成的第二阱區域14的未形成區域而流向半導體襯底 11。因此，在半導體襯底11的雜質濃度足夠高的情況下，上述未形成區 域的導電型、雜質濃度也可以與半導體襯底ll相同。
此外，通過除了第二阱區域14以外還形成第一阱區域13，可以改善 感光度和光譜響應對襯底施加電壓Vsub的依賴性。即，在不存在第一阱 區域13的情況下，當提高Vsub時，電勢的極小值的位置移至深度淺的位 置。因此，所攝像的圖像的顏色改變，尤其是紅色的感光度會下降。但 是，通過如本實施例那樣除了第二阱區域14以外還形成第一阱區域13， 尤其可以改善紅色感光度對Vsub的依賴性。
另外，上述第一阱區域13被形成為例如距離上述外延區域12的表面 的深度大於等於3/mi，優選形成為大於等於4/mi。這樣，通過在深的位置 上形成作為溢漏阻隔層的第一阱區域13，可以使固體攝像裝置1具有高感 光度。
另外，上述第二阱區域14、第一導電型區域15例如被形成為距離上 述外延區域12的表面的深度大於等於4/mi，優選形成為大於等於5mhi。另外，上述第二阱區域14優選形成在比上述第一阱區域13距離襯底
表面深1/mi左右的位置上。在該情況下，可以更有效地使過量空穴流向第 二阱區域14並從圖像區域5的外側部的接地部71排出到外部。
通過採用上述構造，即使在像素尺寸細微化的情況下，也可以抑止窄 溝道效應的影響，將溢漏阻隔層電勢的極小值保持在距離光電轉換區域22 很深的位置處。因此，即使在細微的像素尺寸的情況下，也可以實現高感 光度的固體攝像元件。
在這裡，通過圖6的電勢曲線來說明上述圖1中的A—A'線、B — B'線、以及上述圖2中的C一C'線的。圖6的縱軸表示電勢，橫軸表示 距離外延區域12的表面(受光區域23表面)的深度。
如圖6所示，在上述構成的固體攝像裝置1中，通過在光傳感器部21 的下部進行光電轉換而生成的空穴中的過量的部分流入上述第二阱區域 14。另外，在上述垂直電荷傳遞部41的下部或垂直方向上的光傳感器部 21之間的上述溝道截止區域51的下部進行了光電轉換的空穴中的過量的 部分流入上述溝道截止區域51並從襯底表面(外延區域12表面) 一側排 出到外部，或者流入上述第二阱區域14。在這裡，流入上述第二阱區域 14的空穴流向上述圖3所示的圖像區域5的外側部。由於在圖像區域5的 外側部，第二阱區域14與接地部71之間由作為P型區域的外延區域12形 成，因此上述空穴從第二阱區域14經由外延區域12流向接地部71，並從 該接地部71排出到外部。
另外，如圖7所示，優選在第二阱區域14與接地部71之間的外延區 域12上形成第三阱區域17。例如通過離子注入等使該第三阱區域17的雜 質濃度高於外延區域12而使其電阻下降，由此有效地使空穴從第二阱區 域14流向接地部71。
另外，如上述圖1和上述圖2所示，光電轉換區域22與第一阱區域 13之間的區域、垂直電荷傳遞部41與第一阱區域13之間的區域、垂直方 向上的光傳感器部21之間的溝道截止區域51與第一阱區域13之間的區域 為P型的外延區域12，因此如圖6所示，在B—B，間禾卩C一C，間的電勢 曲線上，與外延區域12相對應之處變得向下凹(電勢變高的方向)。但是，由於存在第二阱區域14，因此在上述電勢曲線向下凹的位置內，可以 使積存在比電勢變成極大的位置距離襯底表面的深度更深的位置處的過量 空穴流向第二阱區域14而排出到外部。
另一方面，在垂直電荷傳遞部41的下部和垂直方向上的光傳感器部
21之間的溝道截止區域51的下部進行了光電轉換的電子不移動至半導體 襯底11 一側，而是流入與各個垂直電荷傳遞部41和各個垂直方向上的光 傳感器部21之間的溝道截止區域51相對應的一個光傳感器部21，因此固 體攝像裝置1的感光度會相應地提高。另外，過量的電子通過第一導電型 區域15而流向半導體襯底11。因此，可以抑止過量的電荷漏到垂直電荷 傳遞部41的溢出現象。這裡，雜質濃度高於外延區域12的第一阱區域13 成為溢漏阻隔層。
根據上述本發明的固體攝像裝置1，由於可以使第一阱區域13空出， 使過量電子經由第一導電型區域15從半導體襯底11 一側排出，因此可以 抑止溢出。此外，可以將過量空穴經由在襯底表面一側形成的溝道截止區 域51而從圖像區域5的外側的襯底表面一側排出、或者經由第二阱區域 14而從圖像區域5的外側的襯底表面一側排出。除此之外，在比第一阱區 域13深的位置上形成第二阱區域14，使該第二阱區域14的雜質濃度高於 外延區域12、第一阱區域13，由此可以抑止電壓下降並使過量空穴的一 部分經由第二阱區域14流向圖像區域5的外側部。因此，可以抑止在圖 像區域5內的中心部和周邊部由於電勢變動而引起的圖像質量不均勻(飽 和信號電子數的陰影)。
此外，根據本發明的固體攝像裝置1，由於可以提高感光度，因而可 以實現像素尺寸的進一步細微化。另外，由於可以將在襯底深處產生的過 量空穴經由第二阱區域14從圖像區域5的外側的襯底表面一側排出，因 而不需要將在襯底深處產生的過量空穴經由在襯底表面一側形成的溝道截 止區域51而從圖像區域5的外側的襯底表面一側排出，因此不需要將在 垂直方向上的光傳感器部21之間的溝道截止區域51和垂直電荷傳遞部41 的下部(在垂直電荷傳遞部41中，比在N型區域42中形成的垂直電荷傳 遞溝道距離半導體襯底表面深的區域)形成的P型區域43形成至距離襯底表面很深。因此，可以減輕窄溝道效應，不會產生使用上述專利文獻2 所記載的方法時的問題。因此，可以實現像素尺寸的進一步細微化。
下面，通過圖8的簡要構成截面圖來說明本發明的固體攝像裝置的第 二實施例。
如圖8所示，固體攝像裝置2如下形成在上述固體攝像裝置1中， 在第二阱區域14與半導體襯底11之間設置有足以消除矽襯底的條紋的濃
度的第一導電型(N型)的區域18。上述第一導電型的區域18的濃度(N 型雜質，例如As或Phos等的濃度)優選為2.0X1016cm-3 5.0X1017cm-3 左右。上述第一導電型的區域18例如通過向半導體襯底11中離子注入N 型雜質而形成。上述第一導電型的區域18需要形成在距離受光區域23的 表面大於等於6/mi的深度的位置上，但是在距離半導體襯底表面大於等於
的深度的位置上通過As、 Phos等的離子注入來形成該第一導電型的 區域18是很困難的。因此，需要通過離子注入在距離半導體襯底表面淺 的區域形成第一導電型的區域18，然後通過外延成長來形成其上部的半導 體區域。因此，在上述第一導電型的區域18上形成外延區域12。
在上述外延區域12中，例如通過離子注入法，與上述固體攝像裝置1 相同地形成雜質濃度高於外延區域12的、作為溢漏阻隔層的第二導電型 (P型)的第一阱區域13。另外，在上述外延區域12中，在與上述半導 體襯底11相反的一側的表面上，形成有對入射到固體攝像裝置2的光進 行光電轉換的光傳感器部21。該光傳感器部21包括由N型區域形成的 光電轉換區域22;以及受光區域23，該受光區域23是由在該光電轉換層 22的表層形成的P+型區域形成的空穴蓄積層。
在上述光傳感器部21的一側，間隔讀出部31而形成有垂直電荷傳遞 部41。該垂直電荷傳遞部41包括N型區域42，在其下部形成有P型區域 43。此外，在上述垂直電荷傳遞部41的與讀出部31相反的一側形成有由 P型區域形成的溝道截止區域51。另外，在上述光傳感器部21的另一側 也形成有溝道截止部(未圖示)。
此外，離開上述第一阱區域13，形成有雜質濃度比上述第一阱區域 13高的第二導電型(P型)的第二阱區域14。 g卩，在夾著上述第一阱區域13而與光電轉換區域22相反的一側形成有上述第二阱區域14。因此，在 上述第一阱區域13與上述第二阱區域14之間，作為第二導電型區域而存 在有上述外延區域12的一部分。
此外，在上述固體攝像裝置2中，具有上述光傳感器部21配置成矩 陣狀的圖像區域，在該圖像區域的外側部具有接地部71。
上述第二阱區域14形成在除了與上述光傳感器部21相對應之處以外 的位置上。S卩，第二阱區域14形成在除了作為光傳感器部21而發揮作用 的區域(例如，受光區域23的光入射區域)向下方投影而得到的區域以 外的區域上。
因此，在與矩陣狀地配置多個上述光傳感器21的圖像區域5相對應 的區域中，網眼狀地形成上述第二阱區域14。上述第二阱區域14形成在 除了與上述光傳感器部21相對應之處以外的位置上即可，在網眼狀地形 成的第二阱區域14的未形成區域上形成有第一導電型區域15。
此外，在上述讀出部31和上述垂直電荷傳遞部41處的上述外延區域 12上，間隔絕緣膜(未圖示)而形成有電極(傳遞電極和讀出電極)61。 此外，間隔絕緣膜(未圖示)而形成有遮光膜62，在上述光傳感器部21 上，在遮光膜62上形成有開口部63。
下面，通過圖9的框圖來說明本發明的攝像裝置的一個實施方式(實 施例)。
攝像裝置101具有固體攝像裝置111。在該固體攝像裝置111的集光 側具有進行成像的成像光學系統121，另外，在固體攝像裝置111上連接 有驅動該固體攝像裝置111的驅動電路131。並且，在固體攝像裝置111 上連接有信號處理電路141，該信號處理電路141根據在固體攝像裝置 111中進行了光電轉換的信號而生成圖像信號。通過上述信號處理電路 141生成的圖像信號由圖像存儲部151存儲。在上述攝像裝置101中，上 述固體攝像裝置111可以使用本發明的固體攝像裝置1或固體攝像裝置 2。
本發明的攝像裝置101由於使用本發明的固體攝像裝置1或固體攝像 裝置2來作為攝像元件，因而可以得到高感光度的圖像。並且，由於本發明的固體攝像裝置1或固體攝像裝置2的感光度或光譜響應對Vsub的依賴性優良，因此使用該固體攝像裝置的攝像裝置101可以獲得穩定的圖 像。另外，由於本發明的固體攝像裝置1可以使像素進一步細微化，因此 使用該固體攝像裝置的攝像裝置101即便使用與以往的固體攝像裝置相同 的尺寸也可以獲得比其高精細化的圖像。同樣，由於本發明的固體攝像裝置1或固體攝像裝置2在像素數相同的情況下可以比以往的固體攝像裝置 更加小型化，因此使用本發明的固體攝像元件1或固體攝像裝置2的攝像 裝置101可以比以往更加小型化。此外，本發明的攝像裝置101不限於上述構成，而是可以適用於使用 固體攝像裝置的攝像裝置的各種構成。上述固體攝像裝置1、 2可以是單一晶片的方式，也可以是對攝像 部、信號處理部或/和光學系統進行了整合封裝的、具有攝像功能的模塊 狀的方式。另外，本發明並不僅限於固體攝像裝置，還可以應用於任何的 攝像裝置。在該情況下，作為攝像裝置，可以獲得高圖像質量化的效果。 在這裡，攝像裝置例如表示相機或具有攝像功能的便攜設備。另外，所謂 "攝像"，不僅包括通常的相機拍攝時的取像，而且作為其廣義的理解還 包括指紋檢測等。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，具有在第一導電型的半導體襯底上配置有多個受光像素的圖像區域，其特徵在於，包括多個光傳感器部，通過在半導體襯底上設置構成所述受光像素的受光區域和光電轉換區域而形成；第二導電型的第一阱區域，形成在夾著所述光傳感器部的所述光電轉換區域而與所述受光區域相反的一側，並與形成溢漏阻隔層的所述第一導電型相反；第二導電型的第二阱區域，在夾著所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在除了與所述光傳感器部相對應之處以外的區域上；以及第一導電型區域，在夾著所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在與所述光傳感器部相對應的區域上。
2. 根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，具有設置在所述圖像區域的外側部的接地部；以及設置在所述第二 阱區域與所述接地部之間的第二導電型區域；溢漏電荷的一部分流經所述第二阱區域而流向所述接地部。
3. 根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，具有對在所述光傳感器部中進行了光電轉換的信號電荷進行傳遞的 電荷傳遞部；以及執行像素分離的溝道截止部；所述光傳感器部與所述第一阱區域之間的區域的電勢等於或高於所述 電荷傳遞部或所述溝道截止部與所述第一阱區域之間的區域的電勢，所述第二阱區域的電勢低於所述第一阱區域的電勢。
4. 根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於， 所述第二阱區域被網眼狀地形成在除了與所述光傳感器部相對應之處以外的區域上。
5. 根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於， 所述第一導電型區域距離所述受光區域表面的深度與所述第二阱區域距離所述受光區域表面的深度相同。
6. 根據權利要求2所述的固體攝像裝置，其特徵在於，在所述圖像區域外側部中，在所述第二阱區域與所述接地部之間具有 第二導電型的第三阱區域。
7. —種固體攝像裝置，具有在第一導電型的半導體襯底上配置有多個受光像素的圖像區域，其特徵在於，包括 設置在所述圖像區域的外側部的接地部；多個光傳感器部，通過在所述半導體襯底上設置構成所述受光像素的受光區域和光電轉換區域而形成；以及第二導電型的第一阱區域，形成在夾著所述光傳感器部的所述光電轉 換區域而與所述受光區域相反的一側，並與形成溢漏阻隔層的所述第一導 電型相反；所述固體攝像裝置包括使溢漏電荷的一部分流過以下區域並進而使該 溢漏電荷的一部分流至所述接地部的路徑，所述區域是夾著所述第一阱區 域而與所述光電轉換區域相反的一側的區域，並且是除了與所述光傳感器 部相對應之處以外的區域。
8. —種攝像裝置，將固體攝像裝置用作攝像元件，所述固體攝像裝置 具有在第一導電型的半導體襯底上配置有多個受光像素的圖像區域，所述攝像裝置的特徵在於，所述固體攝像裝置包括 多個光傳感器部，通過在半導體襯底上設置構成所述受光像素的受光區域和光電轉換區域而形成；第二導電型的第一阱區域，形成在夾著所述光傳感器部的所述光電轉換區域而與所述受光區域相反的一側，並與形成溢漏阻隔層的所述第一導電型相反；第二導電型的第二阱區域，在夾著所述第一阱區域而與所述光電轉換 區域相反的一側，形成在除了與所述光傳感器部相對應之處以外的區域 上；以及第一導電型區域，在夾著所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反 的一側，形成在與所述光傳感器部相對應的區域上。
全文摘要
可以防止混色，獲得高感光度，並使像素細微化。固體攝像裝置具有在第一導電型的半導體襯底上配置有多個受光像素的圖像區域，其特徵在於，包括多個光傳感器部，通過在半導體襯底上設置構成所述受光像素的受光區域和光電轉換區域而形成；第二導電型的第一阱區域，形成在夾著所述光傳感器部的所述光電轉換區域而與所述受光區域相反的一側，並與形成溢漏阻隔層的所述第一導電型相反；第二導電型的第二阱區域，在夾著所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在除了與所述光傳感器部相對應之處以外的區域上；以及第一導電型區域，在夾著所述第一阱區域而與所述光電轉換區域相反的一側，形成在與所述光傳感器部相對應的區域上。
文檔編號H04N5/369GK101252140SQ200810005990
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月25日 優先權日2007年2月23日
發明者原田耕一 申請人:索尼株式會社