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(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)享受以日本專利申請(qǐng)2014 - 023604號(hào)(申請(qǐng)日:2014年2月10日)為基礎(chǔ)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)的全部的內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本實(shí)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(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多種用途。在數(shù)字?jǐn)z影機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等的應(yīng)用中，要求如下的攝像特性。即，在對(duì)較暗的被拍體進(jìn)行攝像時(shí)能夠以較高的S/N比進(jìn)行攝像，并且在對(duì)足夠亮的被拍體進(jìn)行攝像時(shí)也具有圖像的輸出分辨率。這樣，如果在對(duì)較暗的被拍體進(jìn)行攝像時(shí)的S/N比良好并且能夠?qū)^亮的被拍體進(jìn)行攝像，則具有如下優(yōu)點(diǎn):能夠攝像出所謂的動(dòng)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(xué)系統(tǒng)尺寸的縮小的要求增強(qiáng)，另一方面對(duì)較高的析像度的要求也同時(shí)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(dòng)態(tài)范圍的圖像。以下對(duì)該情況進(jìn)行說明。
[0005]即，在將各像素的面積縮小時(shí)，伴隨于此，對(duì)像素內(nèi)部的由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的信號(hào)電荷進(jìn)行存儲(chǔ)的光電二極管的面積也同時(shí)縮小，光電二極管能夠存儲(chǔ)的信號(hào)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(shí)，光電二極管能夠存儲(chǔ)的信號(hào)電荷數(shù)的上限即飽和電子數(shù)與此同時(shí)而減少。在此情況下，對(duì)于超過飽和電子數(shù)的信號(hào)，無法獲得圖像信息，所以對(duì)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(dòng)態(tài)范圍的圖像。
[0006]并且，在將各像素的面積縮小時(shí)可能產(chǎn)生如下的問題。即，在像素的面積縮小時(shí)，構(gòu)成配置于像素的輸出電路的MOS晶體管的尺寸也同時(shí)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(shí)，產(chǎn)生的Ι/f噪聲或RTA(Random Telegraph Signal:隨機(jī)電報(bào)信號(hào))噪聲變大。這樣，在對(duì)較暗的被拍體進(jìn)行攝像而信號(hào)電荷量較少時(shí)，對(duì)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(shí)會(huì)產(chǎn)生如下的問題。即，在各像素的面積變小時(shí)，對(duì)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(hào)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(dǎo)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(shí)，光電子由于熱擴(kuò)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(shí)，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(shí)能夠維持足夠的飽和電荷量，能夠抑制暗時(shí)噪聲的增加，進(jìn)而能夠防止混色程度的增加。
[0009]一個(gè)實(shí)施方式的固體攝像裝置具備:多個(gè)像素，配置于半導(dǎo)體基板，且分別具有信號(hào)存儲(chǔ)部；以及深槽隔離(Deep Trench Isolat1n, DTI)型的元件隔離部,將所述半導(dǎo)體基板中的所述多個(gè)像素彼此電隔離，該DTI型是指深槽隔離型，所述多個(gè)像素各自中的所述信號(hào)存儲(chǔ)部具有:第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，覆蓋所述元件隔離部的所述信號(hào)存儲(chǔ)部一側(cè)的側(cè)壁；以及第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，從所述半導(dǎo)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(dǎo)體區(qū)域延伸成板狀，所述第二導(dǎo)電型是與所述第一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)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(shí)能夠維持足夠的飽和電荷量，能夠抑制暗時(shí)噪聲的增加，進(jìn)而能夠防止混色程度的增加。
【附圖說明】
[0011]圖1是對(duì)應(yīng)用了第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的攝像系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0012]圖2是對(duì)應(yīng)用了第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的攝像系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0013]圖3是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的電路構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0014]圖4A是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的布局構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0015]圖4B是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的剖面構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0016]圖5是對(duì)第一實(shí)施方式中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0017]圖6A及圖6B是對(duì)第一實(shí)施方式中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0018]圖7A及圖7B是對(duì)第一實(shí)施方式中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0019]圖8是對(duì)第一實(shí)施方式中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0020]圖9A及圖9B是對(duì)第一實(shí)施方式中的像素的動(dòng)作進(jìn)行表示的圖。
[0021]圖1OA及圖1OB是對(duì)第一實(shí)施方式中的元件隔離部的其他的構(gòu)成例進(jìn)行表示的圖。
[0022]圖11是對(duì)在第一實(shí)施方式中的元件隔離部的外周部分形成的半導(dǎo)體區(qū)域的其他的構(gòu)成例進(jìn)行表示的圖。
[0023]圖12A及圖12B是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的制造方法進(jìn)行表示的圖。
[0024]圖13是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的制造方法進(jìn)行表示的圖。
[0025]圖14A?圖14D是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的制造方法進(jìn)行表示的圖。
[0026]圖15A?圖KD是對(duì)第一實(shí)施方式的變形例所涉及的固體攝像裝置的制造方法進(jìn)行表示的圖。
[0027]圖16A及圖16B是對(duì)第一實(shí)施方式的其他的變形例中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0028]圖17A及圖17B是對(duì)第一實(shí)施方式的其他的變形例中的像素的動(dòng)作進(jìn)行表示的圖。
[0029]圖18A及圖18B是對(duì)第一實(shí)施方式的其他的變形例中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0030]圖19A及圖19B是對(duì)第一實(shí)施方式的其他的變形例中的像素的動(dòng)作進(jìn)行表示的圖。
[0031]圖20A及圖20B是對(duì)第一實(shí)施方式的其他的變形例中的像素的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0032]圖21是對(duì)第二實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0033]圖22是對(duì)第二實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0034]圖23是對(duì)第二實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置的其他的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0035]圖24是對(duì)第二實(shí)施方式的變形例所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0036]圖25是對(duì)第二實(shí)施方式的變形例所涉及的固體攝像裝置的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0037]圖26是對(duì)第二實(shí)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(jìn)行表示的圖。
[0038]圖27是對(duì)第二實(shí)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(jìn)行表示的圖。
[0039]圖28是對(duì)第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式中的按各像素配置了基板觸點(diǎn)的情況下的平面構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0040]圖29是對(duì)第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式的變形例中的元件隔離部的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0041]圖30是對(duì)第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式的變形例中的對(duì)多個(gè)像素配置了一個(gè)基板觸點(diǎn)的情況下的平面構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
[0042]圖31是對(duì)第一實(shí)施方式及第二實(shí)施方式的其他的變形例中的元件隔離部的構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]通過實(shí)施方式，提供具有多個(gè)像素和元件隔離部的固體攝像裝置。多個(gè)像素配置于半導(dǎo)體基板。多個(gè)像素分別具有信號(hào)存儲(chǔ)部。元件隔離部將半導(dǎo)體基板上的多個(gè)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(gè)像素各自的信號(hào)存儲(chǔ)部具有第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域。第一半導(dǎo)體區(qū)域覆蓋元件隔離部中的在信號(hào)存儲(chǔ)部一側(cè)的側(cè)壁。第一半導(dǎo)體區(qū)域是第一導(dǎo)電型。第二半導(dǎo)體區(qū)域從半導(dǎo)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(dǎo)體區(qū)域延伸成板狀。第二半導(dǎo)體區(qū)域是第二導(dǎo)電型。第二導(dǎo)電型是與第一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。
[0044]以下參照附圖，對(duì)實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置進(jìn)行詳細(xì)地說明。另外，本發(fā)明并不受這些實(shí)施方式限定。
[0045](第一實(shí)施方式)
[0046]對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的固體攝像裝置進(jìn)行說明。固體攝像裝置例如應(yīng)用于圖1及圖2所示的攝像系統(tǒng)。圖1及圖2是對(duì)攝像系統(tǒng)的概略構(gòu)成進(jìn)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?jǐn)z影機(jī)、數(shù)字影像攝影機(jī)等，也可以是攝影機(jī)模塊應(yīng)用于電子設(shè)備的系統(tǒng)(例如帶攝影機(jī)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(jí)處理部3。攝像部2例如是攝影機(jī)模塊。攝像部2具有攝像光學(xué)系統(tǒng)4及固體攝像裝置5。后級(jí)處理部3具有ISP (Image Signal Processor:圖像信號(hào)處理)6、存儲(chǔ)部7及顯示部8。
[0048]攝像光學(xué)系統(tǒng)4具有攝影透鏡47、半透半反鏡43、機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)47c。光圈配置于攝影透鏡47a與攝影透鏡47b之間，對(duì)被導(dǎo)入攝影透鏡47b的光量進(jìn)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(yù)定成像面。例如，攝影透鏡47使入射進(jìn)來的光折射，經(jīng)由半透半反鏡43及機(jī)械快門46而導(dǎo)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(yīng)的圖像信號(hào)。
[0050]如圖3所示，固體攝像裝置5具有圖像傳感器10及信號(hào)處理電路11。圖3是對(duì)固體攝像裝置的電路構(gòu)成進(jìn)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(shí)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(chǔ)器18。
[0051]在像素陣列12中，二維地排列有多個(gè)像素P。例如，在圖4A中，對(duì)像素陣列12中的、2行X2列的像素P(l，I)?P(2，2)的陣列進(jìn)行例示。圖4A是對(duì)固體攝像裝置5中的多個(gè)像素P的布局構(gòu)成進(jìn)行表示的圖。下面，將與半導(dǎo)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(gè)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(shí)，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?cái)?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(duì)由光電二極管產(chǎn)生的信號(hào)電荷進(jìn)行存儲(chǔ)的信號(hào)存儲(chǔ)部以平面型構(gòu)成的情況下，在信號(hào)存儲(chǔ)部，在半導(dǎo)體基板的表面附近形成有沿著半導(dǎo)體基板的表面的第二導(dǎo)電型(例如，N型)的半導(dǎo)體區(qū)域，在該半導(dǎo)體區(qū)域與底部的第一導(dǎo)電型(例如，P型)的半導(dǎo)體區(qū)域之間形成PN結(jié)構(gòu)造。該P(yáng)N結(jié)構(gòu)造具有沿著半導(dǎo)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(shí)，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(jià)地看作電容元件的情況下，等價(jià)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(hào)存儲(chǔ)部ro能夠存儲(chǔ)的電荷量降低從而信號(hào)存儲(chǔ)部ro的靈敏度可能降低。
[0054]因此，在第一實(shí)施方式中，目標(biāo)是:在固體攝像裝置5中，以縱型形成各像素的信號(hào)存儲(chǔ)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(shí)使信號(hào)存儲(chǔ)部ro能夠存儲(chǔ)的最大存儲(chǔ)電荷量(例如，