JP2001160620A - Solid-state image sensing element, its manufacturing method and solid-state image sensing device - Google Patents

Solid-state image sensing element, its manufacturing method and solid-state image sensing device

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JP2001160620A
JP2001160620A JP34258799A JP34258799A JP2001160620A JP 2001160620 A JP2001160620 A JP 2001160620A JP 34258799 A JP34258799 A JP 34258799A JP 34258799 A JP34258799 A JP 34258799A JP 2001160620 A JP2001160620 A JP 2001160620A
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semiconductor layer
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solid
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▲高▼ 三井田
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image sensing element which is capable of meeting requirements such as an improvement in red color sensitivity and a reduction in reset voltage at the same time. SOLUTION: A solid-state image sensing device is equipped with a photodetection diode formed in an opposite conductivity-type second semiconductor layer 15a in certain conductivity-type first semiconductor layers 12 and 32 and an optical signal detecting insulated gate field effect transistor which is formed in an opposite conductivity-type fourth semiconductor layer 15b inside a certain conductivity-type third semiconductor layer 12 and adjacent to the photodetection diode, where a carrier pocket 25 is provided inside the fourth semiconductor layer 15a, and a part of the first semiconductor layers 12 and 32 located under the second semiconductor layer 15a is set thicker than a part of the third semiconductor layer 12 under the fourth semiconductor layer 15b in a depthwise direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子及び
その製造方法及び固体撮像装置に関し、より詳しくは、
ビデオカメラ、電子カメラ、画像入力カメラ、スキャナ
又はファクシミリ等に用いられる閾値電圧変調方式のM
OS型イメージセンサを用いた固体撮像素子及びその製
造方法及び固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for manufacturing the same, and a solid-state imaging device.
Threshold voltage modulation type M used for video cameras, electronic cameras, image input cameras, scanners, facsimile machines, etc.
The present invention relates to a solid-state imaging device using an OS-type image sensor, a method for manufacturing the same, and a solid-state imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD型イメージセンサやMOS型イメ
ージセンサなどの半導体イメージセンサは量産性に優れ
ているため、パターンの微細化技術の進展に伴い、ほと
んどの画像入力デバイス装置に適用されている。特に、
近年、CCD型イメージセンサと比べて、消費電力が小
さく、かつセンサ素子と周辺回路素子とを同じCMOS
技術によって作成できるという利点を生かして、MOS
型イメージセンサが見直されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor image sensors such as CCD type image sensors and MOS type image sensors are excellent in mass productivity, and have been applied to most image input device devices with the development of finer pattern technology. In particular,
In recent years, the power consumption is smaller than that of a CCD image sensor, and the sensor element and the peripheral circuit element are the same CMOS.
With the advantage that it can be created by technology, MOS
Type image sensors are being reviewed.

【0003】このような世の中の動向に鑑み、本願出願
人はMOS型イメージセンサの改良を行い、チャネル領
域下にキャリアポケット(高濃度埋込層)を有するセン
サ素子に関する特許出願(特願平10−186453
号)を行って特許(登録番号2935492号)を得て
いる。
In view of such trends in the world, the present applicant has improved a MOS type image sensor, and has applied for a patent application for a sensor element having a carrier pocket (high-concentration buried layer) below a channel region (Japanese Patent Application No. Hei 10 (1998) -108). 186453
To obtain a patent (registration number 2935492).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、MOS型イ
メージセンサにおいては、一般的に分光感度特性、特に
赤色感度が低いので、その向上を図ることが望まれてい
る。本発明は、光信号検出用MOSトランジスタの性能
を維持しつつ、赤色感度の向上を図ることが可能なMO
S型イメージセンサを用いた固体撮像素子及びその製造
方法及び固体撮像装置を提供するものである。
Incidentally, in a MOS type image sensor, spectral sensitivity characteristics, especially red sensitivity, are generally low, and it is desired to improve the sensitivity. The present invention provides an MO transistor capable of improving the red sensitivity while maintaining the performance of an optical signal detection MOS transistor.
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device using an S-type image sensor, a method for manufacturing the same, and a solid-state imaging device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は、固体撮像素子に係り、図2に示すよう
に、受光ダイオード111と光信号検出用の絶縁ゲート
型電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)112
が隣接し、かつ、受光ダイオード111部分の第2の半
導体層(第1のウエル領域)15a下の一導電型の第1
の半導体層12及び32の厚さは、光信号検出用MOS
トランジスタ112部分の第4の半導体層(第2のウエ
ル領域)15b下の一導電型の第3の半導体層12の厚
さよりも厚くなっていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a solid-state imaging device, and as shown in FIG. 2, a light receiving diode 111 and an insulated gate field effect transistor (MOS) for detecting an optical signal. Transistor) 112
Are adjacent to each other and the first conductive type first under the second semiconductor layer (first well region) 15a in the light receiving diode 111 portion.
The thickness of the semiconductor layers 12 and 32 is the optical signal detecting MOS.
It is characterized in that it is thicker than the thickness of the one conductivity type third semiconductor layer 12 under the fourth semiconductor layer (second well region) 15b in the transistor 112 portion.

【0006】上記構造は本願発明の製造方法により作成
することができる。その製造方法は、図11(a)に示
すように、第1のマスク55により反対導電型の第7の
半導体層11及び31に一導電型不純物を導入して第7
の半導体層11及び31の内部に一導電型の第1の埋込
層32を形成する工程と、第1のマスク55により第7
の半導体層11及び31に反対導電型不純物を導入して
第7の半導体層11及び31の表層であってかつ第1の
埋込層32上方に反対導電型の第1のウエル領域15a
を形成する工程と、図11(b)に示すように、第7の
半導体層11及び31の表層に一導電型不純物を導入し
て、第1の埋込層32と接続し、第1のウエル領域15
aを含むように一導電型領域12を形成する工程と、図
12(a)に示すように、第2のマスク60により第7
の半導体層11及び31の内部に反対導電型不純物を導
入し、一導電型領域12の下に第7の半導体層31より
も高い不純物濃度を有する反対導電型の第2の埋込層3
3を形成する工程と、第2のマスク60により第2の埋
込層33の上方であって一導電型領域12の表層に反対
導電型不純物を導入し、第1のウエル領域15aと繋が
った反対導電型の第2のウエル領域15bを形成する工
程と、第2のマスク60により第2のウエル領域15b
の表層に一導電型不純物を導入し、一導電型のチャネル
ドープ層15cを形成する工程と、図13(b)に示す
ように、第3のマスク71により第2のウエル領域15
b内部に反対導電型不純物を導入し、第2のウエル領域
15bよりも高い不純物濃度を有し、かつチャネルドー
プ層15cの下の第2のウエル領域15b内部に反対導
電型の高濃度埋込層25を形成する工程と、図14
(b)に示すように、半導体基板表面を熱酸化してゲー
ト絶縁膜18を形成する工程と、図15(b)に示すよ
うに、高濃度埋込層25を覆うように、かつ高濃度埋込
層25がソース領域側に近くなるようにゲート絶縁膜1
8上にゲート電極19を形成する工程と、図16(b)
に示すように、ゲート電極19の両側の第2のウエル領
域15b表層に一導電型のソース領域16a及びドレイ
ン領域17aを形成するとともに第1のウエル領域15
a表層に一導電型の不純物領域17を形成する工程とを
有することを特徴としている。
The above structure can be manufactured by the manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 11A, the manufacturing method is to introduce a one-conductivity-type impurity into the seventh semiconductor layers 11 and 31 of the opposite conductivity type using the first mask 55, and
Forming a first buried layer 32 of one conductivity type inside the semiconductor layers 11 and 31 of FIG.
The first well region 15a of the opposite conductivity type is formed on the surface of the seventh semiconductor layers 11 and 31 and above the first buried layer 32 by introducing impurities of the opposite conductivity type into the semiconductor layers 11 and 31.
11B, and as shown in FIG. 11B, one conductivity type impurity is introduced into the surface layers of the seventh semiconductor layers 11 and 31 to be connected to the first buried layer 32, and Well region 15
a, and forming the one conductivity type region 12 so as to include the second mask 60 by using the second mask 60 as shown in FIG.
Of the opposite conductivity type is introduced into the inside of the semiconductor layers 11 and 31, and the second buried layer 3 of the opposite conductivity type having a higher impurity concentration than the seventh semiconductor layer 31 below the one conductivity type region 12.
3 and the second mask 60 is used to introduce an impurity of the opposite conductivity type into the surface layer of the one conductivity type region 12 above the second buried layer 33 by the second mask 60 to be connected to the first well region 15a. Forming a second well region 15b of the opposite conductivity type, and using the second mask 60 to form the second well region 15b;
13B, a step of introducing a one conductivity type impurity into the surface layer to form a channel dope layer 15c of one conductivity type, and a third mask 71 as shown in FIG.
b, an impurity of the opposite conductivity type is introduced into the second well region 15b, the impurity concentration being higher than that of the second well region 15b, and a high concentration buried impurity of the opposite conductivity type in the second well region 15b below the channel dope layer 15c. Step of forming layer 25 and FIG.
As shown in FIG. 15B, the step of thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate to form the gate insulating film 18 and the step of covering the high-concentration buried layer 25 as shown in FIG. Gate insulating film 1 such that buried layer 25 is close to the source region side.
Forming a gate electrode 19 on the gate electrode 8; FIG.
As shown in FIG. 3, a source region 16a and a drain region 17a of one conductivity type are formed on the surface layer of the second well region 15b on both sides of the gate electrode 19, and the first well region 15b is formed.
a) forming a one conductivity type impurity region 17 in the surface layer.

【0007】この場合、第7の半導体層11及び31の
一部が第1の基体層に相当し、第7の半導体層11及び
31の一部と第2の埋込層33が第2の基体層(即ち、
基板11と第6の半導体層)に相当し、第1の埋込層3
2が埋込層又は第5の半導体層に相当し、第2の埋込層
33が第6の半導体層に相当し、一導電型領域12が一
導電型のウエル領域に相当し、第1の埋込層32と一導
電型領域12が第1の半導体層(即ち、第5の半導体層
と一導電型のウエル領域)に相当し、第1のウエル領域
15aが第2の半導体層に相当し、一導電型領域12が
一導電型の第3の半導体層(即ち、一導電型のウエル領
域)に相当し、第2のウエル領域15bが第4の半導体
層に相当する。
In this case, a part of the seventh semiconductor layers 11 and 31 corresponds to the first base layer, and a part of the seventh semiconductor layers 11 and 31 and the second buried layer 33 correspond to the second buried layer 33. The substrate layer (ie,
Substrate 11 and a sixth semiconductor layer), and the first buried layer 3
2 corresponds to a buried layer or a fifth semiconductor layer, the second buried layer 33 corresponds to a sixth semiconductor layer, the one conductivity type region 12 corresponds to a one conductivity type well region, Buried layer 32 and one conductivity type region 12 correspond to a first semiconductor layer (ie, a fifth semiconductor layer and one conductivity type well region), and first well region 15a corresponds to a second semiconductor layer. Correspondingly, the one conductivity type region 12 corresponds to a third semiconductor layer of one conductivity type (that is, a well region of one conductivity type), and the second well region 15b corresponds to a fourth semiconductor layer.

【0008】ところで、赤色感度を向上させるために
は、本願出願人の特許(登録番号2935492号)の
構造において、p型基板11上のn型エピタキシャル層
(n型層)12を厚くすることが望ましい。しかしなが
ら、エピタキシャル層(n型層)12を厚くするとキャ
リアを排出する初期化のためのリセット電圧を大きくす
る必要があり、光信号検出用MOSトランジスタの性能
が低下する。即ち、赤色感度を向上させ、かつリセット
効率を向上させるためには、相反する素子構造を必要と
し、それらを両立させることが難しかった。
By the way, in order to improve the red sensitivity, the thickness of the n-type epitaxial layer (n-type layer) 12 on the p-type substrate 11 in the structure of the applicant's patent (registered number 2935492) is increased. desirable. However, when the epitaxial layer (n-type layer) 12 is made thicker, it is necessary to increase the reset voltage for initialization for discharging carriers, and the performance of the MOS transistor for detecting an optical signal is reduced. That is, in order to improve the red sensitivity and the reset efficiency, conflicting element structures are required, and it has been difficult to achieve both.

【0009】この発明においては、受光ダイオード11
1部分では、光によりキャリアを発生させて反対導電型
の高濃度埋込層(キャリアポケット)25に蓄積させる蓄
積期間において、印加する電圧によって、一導電型の不
純物領域17と反対導電型の第1のウエル領域15aと
の境界面から空乏層は第1のウエル領域15a内に広が
り、また、反対導電型の第1の基体層11と一導電型の
第1の半導体層12及び32との境界面から空乏層は第
1の半導体層12及び32内に広がる。従って、空乏化
される第1のウエル領域15a内、及び、第1の半導体
層12及び32内に生じる光発生電荷が光信号の検出に
寄与する。
In the present invention, the light receiving diode 11
In one portion, during the accumulation period in which carriers are generated by light and accumulated in the high-concentration buried layer (carrier pocket) 25 of the opposite conductivity type, the impurity region 17 of the one conductivity type and the second conductivity type are accumulated by the applied voltage. The depletion layer extends from the boundary surface with the one well region 15a into the first well region 15a, and is formed between the first base layer 11 of the opposite conductivity type and the first semiconductor layers 12 and 32 of the one conductivity type. The depletion layer extends from the interface into the first semiconductor layers 12 and 32. Therefore, the photo-generated charges generated in the depleted first well region 15a and in the first semiconductor layers 12 and 32 contribute to the detection of the optical signal.

【0010】即ち、第1の半導体層12及び32の厚さ
を広げることにより、赤色光のような波長の長い光に対
して有効に受光領域の厚さを拡大することができ、従っ
て、赤色感度の向上を図ることができる。一方、光信号
検出用MOSトランジスタ112部分では、高濃度埋込
層25及び第2のウエル領域15bからのキャリアの掃
出期間(初期化)において、印加する電圧によって、チ
ャネル領域の一導電型のチャネルドープ層15cと反対
導電型の第2のウエル領域15bとの境界面から空乏層
は第2のウエル領域15bに広がり、また、反対導電型
の第6の半導体層33と一導電型の第3の半導体層12
との境界面から空乏層は第2のウエル領域15bの下の
第3の半導体層12に広がる。
That is, by increasing the thickness of the first semiconductor layers 12 and 32, it is possible to effectively increase the thickness of the light receiving region with respect to light having a long wavelength such as red light. The sensitivity can be improved. On the other hand, in the portion of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal, during the period of sweeping out (initialization) of the carriers from the high-concentration buried layer 25 and the second well region 15b, the applied voltage causes the channel region to have one conductivity type. The depletion layer extends from the interface between the channel dope layer 15c and the second well region 15b of the opposite conductivity type to the second well region 15b. Third semiconductor layer 12
The depletion layer extends from the boundary with the third semiconductor layer 12 below the second well region 15b.

【0011】従って、ゲート電極19からの電界は、主
として、空乏化される第2のウエル領域15bと第2の
ウエル領域15bの下の第3の半導体層12に及ぶ。こ
の発明の場合、第2のウエル領域15bの下の第3の半
導体層12が薄く、かつ一導電型の第3の半導体層12
の基板11側に隣接して反対導電型の高濃度の第6の半
導体層33が形成されているため、掃出期間において第
6の半導体層33と第3の半導体層12との境界面から
第6の半導体層33側への空乏層の広がりが制限される
とともに、その境界面から第3の半導体層12に広がる
空乏層の幅は小さくなる。即ち、ゲート電極19からの
電圧は主に第2のウエル領域15bにかかる。
Therefore, the electric field from the gate electrode 19 mainly reaches the second well region 15b to be depleted and the third semiconductor layer 12 below the second well region 15b. In the case of the present invention, the third semiconductor layer 12 below the second well region 15b is thin and has one conductivity type.
Is formed adjacent to the substrate 11 side of the second semiconductor layer, and the high-concentration sixth semiconductor layer 33 of the opposite conductivity type is formed. The extension of the depletion layer toward the sixth semiconductor layer 33 is restricted, and the width of the depletion layer extending from the boundary to the third semiconductor layer 12 is reduced. That is, the voltage from the gate electrode 19 is mainly applied to the second well region 15b.

【0012】これにより、第2のウエル領域15b内に
キャリアの掃き出しに適した急激なポテンシャル変化が
生じて、強い電界がかかるようになるので、高濃度埋込
層(キャリアポケット)25及び第2のウエル領域15
bから低いリセット電圧で有効に蓄積キャリアを掃き出
すことができ、リセット効率の向上を図ることができ
る。
As a result, a sharp potential change suitable for sweeping out carriers occurs in the second well region 15b and a strong electric field is applied, so that the high-concentration buried layer (carrier pocket) 25 and the second Well region 15
The stored carriers can be effectively swept out from b with a low reset voltage, and the reset efficiency can be improved.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実
施の形態に係るMOS型イメージセンサの単位画素内に
おける素子レイアウトについて示す平面図である。図1
に示すように、単位画素101内に、受光ダイオード1
11と光信号検出用MOSトランジスタ112とが隣接
して設けられている。これらは、それぞれ異なるウエル
領域、即ち第1のウエル領域(第2の半導体層)15a
と第2のウエル領域(第4の半導体層)15bを有し、
それらは互いに繋がっている。受光ダイオード111部
分の第1のウエル領域15aは光照射による電荷の発生
領域の一部を構成し、光信号検出用MOSトランジスタ
112部分の第2のウエル領域15bはこの領域15b
に付与するポテンシャルによってチャネルの閾値電圧を
変化させることができるゲート領域を構成している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a MOS image sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
As shown in FIG.
11 and an optical signal detection MOS transistor 112 are provided adjacent to each other. These are different well regions, that is, a first well region (second semiconductor layer) 15a.
And a second well region (fourth semiconductor layer) 15b,
They are connected to each other. The first well region 15a of the light receiving diode 111 constitutes a part of a region where electric charge is generated by light irradiation, and the second well region 15b of the light signal detecting MOS transistor 112 corresponds to this region 15b.
To form a gate region in which the threshold voltage of the channel can be changed by the potential given to the gate region.

【0014】受光ダイオード111の不純物領域17と
光信号検出用MOSトランジスタ112のドレイン領域
17aとは互いに繋がった第1及び第2のウエル領域1
5a,15bの表層に大部分の領域がかかるように一体
的に形成されている。ドレイン領域17aはリング状の
ゲート電極19の外周部を取り囲むように形成され、ソ
ース領域16aはリング状のゲート電極19の内周に囲
まれるように形成されている。さらに、このMOS型イ
メージセンサの特徴であるキャリアポケット(高濃度埋
込層)25は、ゲート電極19下の第2のウエル領域1
5b内であって、ソース領域16aの周辺部に、ソース
領域16aを取り囲むように形成されている。
The impurity region 17 of the light receiving diode 111 and the drain region 17a of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal are connected to each other in the first and second well regions 1.
5a and 15b are integrally formed so as to cover most of the area on the surface layer. The drain region 17 a is formed so as to surround the outer periphery of the ring-shaped gate electrode 19, and the source region 16 a is formed so as to be surrounded by the inner periphery of the ring-shaped gate electrode 19. Further, the carrier pocket (high-concentration buried layer) 25 which is a feature of the MOS image sensor is provided in the second well region 1 under the gate electrode 19.
5b, it is formed around the source region 16a around the source region 16a.

【0015】ドレイン領域17aは低抵抗のコンタクト
層17bを通してドレイン電圧(VDD)供給線22と
接続され、ゲート電極19は垂直走査信号(VSCA
N)供給線21に接続され、ソース領域16aは低抵抗
のコンタクト層16bを通して垂直出力線20に接続さ
れている。また、受光ダイオード111の受光窓24以
外の領域は金属層(遮光膜)23により遮光されてい
る。
The drain region 17a is connected to a drain voltage (VDD) supply line 22 through a low-resistance contact layer 17b, and the gate electrode 19 is connected to a vertical scanning signal (VSCA).
N) The source region 16a is connected to the supply line 21, and the source region 16a is connected to the vertical output line 20 through the low-resistance contact layer 16b. The region other than the light receiving window 24 of the light receiving diode 111 is shielded from light by the metal layer (light shielding film) 23.

【0016】上記のMOS型イメージセンサにおける光
信号検出のための素子動作は、掃出期間(初期化)−蓄
積期間−読出期間−掃出期間(初期化)−・・というよ
うに繰り返し行われる。掃出期間(初期化)では、光発
生電荷(キャリア)を蓄積する前に、読み出しが終わっ
た光発生電荷や、アクセプタやドナー等を中性化し、或
いは表面準位に捕獲されている正孔や電子等、光信号の
読み出し前の残留電荷を半導体内から排出して、キャリ
アポケット25を空にする。ソース領域やドレイン領域
やゲート電極に約+5V以上、通常7〜8V程度の電圧
を印加する。
The element operation for detecting an optical signal in the MOS image sensor described above is repeatedly performed in the order of a sweeping period (initialization), an accumulation period, a reading period, a sweeping period (initialization), and so on. . In the sweep period (initialization), before the photo-generated charges (carriers) are accumulated, the photo-generated charges that have been read out, the acceptors, donors, and the like are neutralized, or holes trapped in the surface states. Residual charges before reading optical signals, such as electrons and electrons, are discharged from the semiconductor to empty the carrier pocket 25. A voltage of about +5 V or more, usually about 7 to 8 V is applied to the source region, the drain region, and the gate electrode.

【0017】蓄積期間では、光照射によりキャリアを発
生させ、第1及び第2のウエル領域15a,15b内を
移動させてキャリアポケット25に蓄積させる。ドレイ
ン領域に凡そ+2〜3Vの電圧を印加するとともにゲー
ト電極にMOSトランジスタ112がカットオフ状態を
維持するような低い電圧を印加する。読出期間では、光
発生電荷による光信号検出用MOSトランジスタの閾値
電圧の変化をソース電位の変化として読み取る。MOS
トランジスタ112が飽和状態で動作するように、ドレ
イン領域に凡そ+2〜3Vの電圧を印加するとともにゲ
ートに凡そ+2〜3Vの電圧を印加する。
In the accumulation period, carriers are generated by light irradiation and are moved in the first and second well regions 15a and 15b to be accumulated in the carrier pocket 25. A voltage of approximately +2 to 3 V is applied to the drain region, and a low voltage is applied to the gate electrode so that the MOS transistor 112 maintains the cutoff state. In the reading period, a change in the threshold voltage of the optical signal detection MOS transistor due to the photo-generated charges is read as a change in the source potential. MOS
A voltage of approximately +2 to 3 V is applied to the drain region and a voltage of approximately +2 to 3 V is applied to the gate so that the transistor 112 operates in a saturated state.

【0018】次に、本発明の実施の形態に係るMOS型
イメージセンサのデバイス構造を断面図を用いて説明す
る。図2(a)は、図1のA−A線に沿う断面図に相当
する、本発明の実施の形態に係るMOS型イメージセン
サのデバイス構造について示す断面図である。図2
(b)は、半導体基板表面に沿うポテンシャルの様子を
示す図である。
Next, the device structure of the MOS type image sensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to sectional views. FIG. 2A is a cross-sectional view corresponding to a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and illustrating a device structure of the MOS image sensor according to the embodiment of the present invention. FIG.
(B) is a diagram showing a state of a potential along the surface of the semiconductor substrate.

【0019】図3は図1のB−B線に沿う断面図であ
り、図4は図1のC−C線に沿う断面図である。図2
(a)に示すように、不純物濃度1×1018cm-3以上
のp型シリコンからなる基板11上に不純物濃度1×1
15cm-3程度、厚さ3μm程度のp型シリコンをエピ
タキシャル成長し、エピタキシャル層31を形成する。
以上が反対導電型の第7の半導体層を構成する。
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line CC of FIG. FIG.
As shown in (a), an impurity concentration of 1 × 1 is formed on a substrate 11 made of p-type silicon having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more.
An epitaxial layer 31 is formed by epitaxially growing p-type silicon having a thickness of about 0 15 cm −3 and a thickness of about 3 μm.
The above constitutes the seventh semiconductor layer of the opposite conductivity type.

【0020】このエピタキシャル層31に受光ダイオー
ド111と光信号検出用MOSトランジスタ112とか
らなる単位画素101が形成されている。そして、各単
位画素101を分離するように、隣接する単位画素10
1間に、エピタキシャル層31表面のフィールド絶縁膜
14と、その下のエピタキシャル層31全体にわたるp
型の高濃度領域である素子分離層13とが形成されてい
る。
A unit pixel 101 comprising a light receiving diode 111 and a MOS transistor 112 for detecting an optical signal is formed on the epitaxial layer 31. Then, adjacent unit pixels 10 are separated so that each unit pixel 101 is separated.
1, the field insulating film 14 on the surface of the epitaxial layer 31 and p over the entire epitaxial layer 31 thereunder.
An element isolation layer 13 which is a high-concentration region of the mold is formed.

【0021】次に、受光ダイオード111の詳細につい
て図2(a)及び図3により説明する。受光ダイオード
111は、エピタキシャル層31内であって基板11に
接して埋め込まれたn型埋込層(一導電型の埋込層,第
1の埋込層)32と、n型埋込層32上に形成された低
濃度のn型ウエル層(一導電型領域)12と、n型ウエ
ル層12の表層に形成されたp型の第1のウェル領域1
5aと、第1のウェル領域15aに大部分の領域がかか
るようにn型ウエル層12の表層に形成されたn型の不
純物領域17とで構成されている。
Next, details of the light receiving diode 111 will be described with reference to FIGS. The light receiving diode 111 includes an n-type buried layer (one conductivity type buried layer, a first buried layer) 32 embedded in the epitaxial layer 31 and in contact with the substrate 11, and an n-type buried layer 32. A low-concentration n-type well layer (one conductivity type region) 12 formed thereon and a p-type first well region 1 formed on the surface of the n-type well layer 12
5a and an n-type impurity region 17 formed in the surface layer of the n-type well layer 12 so that most of the region overlaps the first well region 15a.

【0022】基板11とn型ウエル層12の間の領域全
体に比較的高い不純物濃度のn型埋込層32を有し、第
1のウエル領域15a下のn型層(第1の半導体層)1
2及び32全体が厚くなっていることを特徴としてい
る。この場合の不純物濃度分布を図5に示す。図5は、
受光ダイオード111の中央部における、D−D線に沿
う深さ方向の不純物濃度分布及び対応するポテンシャル
分布を示すグラフである。横軸は線形目盛りで表した半
導体基板表面からの深さ(μm)を示し、左側の縦軸は
対数目盛りで表した不純物濃度(cm-3)を示し、右側
の縦軸は線形目盛りで表したポテンシャル(任意単位)
を示す。
An n-type buried layer 32 having a relatively high impurity concentration is provided in the entire region between the substrate 11 and the n-type well layer 12, and the n-type layer (the first semiconductor layer) under the first well region 15a is formed. ) 1
2 and 32 are characterized by being thicker. FIG. 5 shows the impurity concentration distribution in this case. FIG.
It is a graph which shows the impurity concentration distribution and the corresponding potential distribution in the depth direction along DD line in the center part of the light receiving diode 111. The horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the semiconductor substrate represented by a linear scale, the left vertical axis represents the impurity concentration (cm −3 ) represented by a logarithmic scale, and the right vertical axis represents the linear scale. Potential (arbitrary unit)
Is shown.

【0023】図5の不純物濃度分布に示すように、n型
埋込層32は厚さが凡そ1μmとなっており、第1のウ
エル領域15aの下のn型層12の厚さ凡そ0.5μm
と合わせて、受光ダイオード111の第1のウエル領域
15aの下のn型層12及び32の厚さは凡そ1.5μ
mとなっている。上記の第1のウエル領域15aの下の
n型層12及びn型埋込層32の厚さや不純物濃度分布
やそのピーク値及びピーク位置の深さは、蓄積期間に印
加される電圧が凡そ2〜3Vのときに最適と考えられる
ものである。第1のウエル領域15aの下のn型層12
及びn型埋込層32の厚さや不純物濃度分布やそのピー
ク値及びピーク位置の深さは、主としてキャリアの蓄積
期間の際に印加電圧によってn型層12及び32全体に
十分に空乏層が広がるように、かつ赤色光の受光感度が
十分に高くなるように設定される。従って、それらの値
は、第1のウエル領域15aの厚さや不純物濃度分布や
そのピーク値及びピーク位置の深さ、半導体中での赤色
光の減衰特性、或いはキャリアの蓄積期間の際に印加す
る電圧をどの位にするか等により適宜変更する。
As shown in the impurity concentration distribution of FIG. 5, the n-type buried layer 32 has a thickness of about 1 μm, and the thickness of the n-type layer 12 below the first well region 15a is about 0.1 μm. 5 μm
In addition, the thickness of the n-type layers 12 and 32 under the first well region 15a of the light-receiving diode 111 is approximately 1.5 μm.
m. The thickness of the n-type layer 12 and the n-type buried layer 32 below the first well region 15a, the impurity concentration distribution, the peak value thereof, and the depth of the peak position are determined by the fact that the voltage applied during the accumulation period is approximately 2%. It is considered to be optimal at ~ 3V. N-type layer 12 under first well region 15a
In addition, the thickness of the n-type buried layer 32, the impurity concentration distribution, the peak value thereof, and the depth of the peak position mainly depend on the applied voltage during the carrier accumulation period. And the red light receiving sensitivity is set to be sufficiently high. Therefore, these values are applied during the thickness of the first well region 15a, the impurity concentration distribution, the peak value and the depth of the peak position, the attenuation characteristic of red light in the semiconductor, or the carrier accumulation period. It is appropriately changed depending on the voltage level and the like.

【0024】上記構造の受光ダイオード111では、上
記説明した蓄積期間において、不純物領域17はドレイ
ン電圧供給線22に接続されて正の電位にバイアスされ
る。このとき、不純物領域17と第1のウエル領域15
aとの境界面から空乏層が第1のウエル領域15a全体
に広がり、n型ウエル層12に達する。一方、基板11
とn型埋込層32との境界面から空乏層がn型埋込層3
2及びその上のn型ウエル層12全体に広がり、第1の
ウエル領域15aに達する。
In the light receiving diode 111 having the above structure, the impurity region 17 is connected to the drain voltage supply line 22 and is biased to a positive potential during the above-described accumulation period. At this time, the impurity region 17 and the first well region 15
The depletion layer spreads from the boundary surface to the entire first well region 15a, and reaches the n-type well layer 12. On the other hand, the substrate 11
The depletion layer extends from the boundary between the n-type buried layer 32 and the n-type buried layer 32.
2 and the entire n-type well layer 12 thereover and reaches the first well region 15a.

【0025】このときのポテンシャル分布を図5に示
す。受光ダイオード111の部分は上記のような不純物
濃度分布を有しているので、第1のウエル領域15a及
びn型層12/32では、ポテンシャルが基板11側か
ら表面側に向かって漸減するようなポテンシャル分布と
なる。このため、第1のウエル領域15a内とn型層1
2/32内で光により発生した正孔(ホール)は基板1
1側に流出しないでこれらの領域15aやn型層12/
32内にとどまるようになる。これらの領域15aやn
型層12/32は光信号検出用MOSトランジスタ11
2のゲート領域15bと繋がっているため、光により発
生したこれらのホールを光信号検出用MOSトランジス
タ112の閾値電圧変調用の電荷として有効に用いるこ
とができる。言い換えれば、第1のウエル領域15a及
びn型層12/32全体が光によるキャリア発生領域と
なる。
FIG. 5 shows the potential distribution at this time. Since the portion of the light receiving diode 111 has the impurity concentration distribution as described above, the potential of the first well region 15a and the n-type layer 12/32 gradually decreases from the substrate 11 side to the surface side. It becomes a potential distribution. Therefore, the first well region 15a and the n-type layer 1
Holes generated by light within 2/32 are
These regions 15a and the n-type layer 12 /
32. These regions 15a and n
The mold layer 12/32 is a MOS transistor 11 for detecting an optical signal.
Since these holes are connected to the second gate region 15b, these holes generated by light can be effectively used as charges for threshold voltage modulation of the MOS transistor 112 for detecting an optical signal. In other words, the first well region 15a and the entire n-type layer 12/32 become a carrier generation region by light.

【0026】このように、n型埋込層32を有するの
で、受光ダイオード111のキャリア発生領域の全厚は
厚くなる。これにより、受光ダイオード111に光を照
射したとき、そのキャリア発生領域は赤色光のような受
光部の奥深くまで到達する波長の長い光に対して感度の
よい受光部となる。また、上記の受光ダイオード111
においては不純物領域17の下に光によるキャリア発生
領域が配置されているという点で、受光ダイオード11
1は光により発生した正孔(ホール)に対する埋め込み
構造を有している。従って、界面捕獲準位の多い半導体
層表面に影響されず、雑音の低減を図ることができる。
As described above, the presence of the n-type buried layer 32 increases the overall thickness of the carrier generation region of the light receiving diode 111. Thus, when light is applied to the light receiving diode 111, the carrier generation region becomes a light receiving portion having high sensitivity to light having a long wavelength reaching deep inside the light receiving portion, such as red light. Further, the light receiving diode 111
Is that a light-generating region is arranged below the impurity region 17 in that
Numeral 1 has an embedded structure for holes generated by light. Accordingly, noise can be reduced without being affected by the surface of the semiconductor layer having many interface trap levels.

【0027】次に、光信号検出用MOSトランジスタ
(nMOS)112の詳細について図2(a),(b)
及び図4により説明する。この実施の形態のMOSトラ
ンジスタ112は、リング状のゲート電極19の外周を
n+ 型のドレイン領域17aが囲むような構造を有す
る。n+ 型のドレイン領域17aはn+ 型の不純物領域
17と一体的に形成されている。また、リング状のゲー
ト電極19によって囲まれるようにn+ 型のソース領域
16aが形成されている。即ち、ゲート電極19は、ド
レイン領域17aとソース領域16aの間の第2のウエ
ル領域15b上にゲート絶縁膜18を介して形成されて
いる。ゲート電極19下の第2のウエル領域15bの表
層がチャネル領域となる。
Next, the details of the optical signal detecting MOS transistor (nMOS) 112 will be described with reference to FIGS.
And FIG. The MOS transistor 112 of this embodiment has a structure in which the outer periphery of the ring-shaped gate electrode 19 is surrounded by the n + -type drain region 17a. The n + type drain region 17a is formed integrally with the n + type impurity region 17. Further, an n + type source region 16a is formed so as to be surrounded by the ring-shaped gate electrode 19. That is, the gate electrode 19 is formed on the second well region 15b between the drain region 17a and the source region 16a via the gate insulating film 18. The surface layer of the second well region 15b below the gate electrode 19 becomes a channel region.

【0028】さらに、通常動作電圧において、チャネル
領域を反転状態或いはデプレーション状態に保持するた
め、チャネル領域に適当な濃度のn型不純物を導入して
チャネルドープ層15cを形成している。そのチャネル
領域の下の第2のウエル領域15b内であってチャネル
長方向の一部領域に、即ちソース領域16aの周辺部で
あって、ソース領域16aを囲むように、p+ 型のキャ
リアポケット(高濃度埋込層)25が形成されている。
このp+ 型のキャリアポケット25は、例えばイオン注
入法により形成することができる。キャリアポケット2
5は表面に生じるチャネル領域よりも下側の第2のウエ
ル領域15b内に形成される。キャリアポケット25は
チャネル領域にかからないように形成することが望まし
い。
Furthermore, in order to maintain the channel region in an inverted state or a depletion state at a normal operating voltage, an appropriate concentration of an n-type impurity is introduced into the channel region to form a channel doped layer 15c. In the second well region 15b below the channel region and in a partial region in the channel length direction, that is, in the peripheral portion of the source region 16a, the p + -type carrier pocket is formed so as to surround the source region 16a. (High concentration buried layer) 25 is formed.
The p + type carrier pocket 25 can be formed by, for example, an ion implantation method. Carrier pocket 2
5 is formed in the second well region 15b below the channel region formed on the surface. It is desirable that the carrier pocket 25 be formed so as not to cover the channel region.

【0029】上記したp+ 型のキャリアポケット25で
は光発生電荷のうち光発生ホールに対するポテンシャル
が低くなるため、ドレイン領域17aにゲート電圧より
も高い電圧を印加したときに光発生ホールをこのキャリ
アポケット25に集めることができる。図2(b)に光
発生ホールがキャリアポケット25に蓄積し、チャネル
領域に電子が誘起されて反転領域が生じている状態のポ
テンシャル図を示す。この蓄積電荷により、光信号検出
用MOSトランジスタ112の閾値電圧が変化する。従
って、光信号の検出は、この閾値電圧の変化を検出する
ことにより行うことができる。
In the above p + -type carrier pocket 25, the potential of the photo-generated charges with respect to the photo-generated hole becomes low. Therefore, when a voltage higher than the gate voltage is applied to the drain region 17 a, the photo-generated hole is removed from the carrier pocket. 25 can be collected. FIG. 2B shows a potential diagram in a state in which light generation holes are accumulated in the carrier pocket 25 and electrons are induced in the channel region to generate an inversion region. The threshold voltage of the optical signal detection MOS transistor 112 changes due to the accumulated charge. Therefore, the detection of the optical signal can be performed by detecting the change in the threshold voltage.

【0030】図6は、光信号検出用MOSトランジスタ
112におけるキャリアポケット25部分を含む、E−
E線に沿う深さ方向の不純物濃度分布及び対応するポテ
ンシャル分布を示すグラフである。横軸は線形目盛りで
表した半導体基板表面からの深さ(μm)を示し、左側
の縦軸は対数目盛りで表した不純物濃度(cm-3)を示
し、右側の縦軸は線形目盛りで表したポテンシャル(任
意単位)を示す。
FIG. 6 shows an E-channel MOS transistor 112 including the carrier pocket 25 in the MOS transistor 112 for detecting an optical signal.
5 is a graph showing an impurity concentration distribution in a depth direction along a line E and a corresponding potential distribution. The horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the semiconductor substrate represented by a linear scale, the left vertical axis represents the impurity concentration (cm −3 ) represented by a logarithmic scale, and the right vertical axis represents the linear scale. The potential (arbitrary unit) is shown.

【0031】図6の不純物濃度分布図に示すように、基
板11とn型ウエル層12の間に高い不純物濃度のp型
埋込層(第2の埋込層)33を有することを特徴として
いる。即ち、第2のウエル領域15bの下のn型層(第
3の半導体層)は、n型ウエル層12と一致し、表面か
ら深さ方向凡そ0.8μmのところにp型埋込層33と
の境界がある。第2のウエル領域15bの下のn型層の
厚さは約0.4μmと、受光ダイオード111部の第1
のウエル領域15aの下のn型層(第1の半導体層)1
2及び32の厚さ約1.5μmに比べて薄くなってい
る。
As shown in the impurity concentration distribution diagram of FIG. 6, a p-type buried layer (second buried layer) 33 having a high impurity concentration is provided between the substrate 11 and the n-type well layer 12. I have. That is, the n-type layer (third semiconductor layer) under the second well region 15b matches the n-type well layer 12 and is approximately 0.8 μm from the surface in the depth direction. There is a border. The thickness of the n-type layer below the second well region 15b is about 0.4 μm,
Layer (first semiconductor layer) 1 under well region 15a
2 and 32 are thinner than the thickness of about 1.5 μm.

【0032】また、p型埋込層33の不純物濃度のピー
ク位置は凡そ1.1μm前後のところにあり、そのピー
ク位置での不純物濃度は凡そ5×1016cm-3となって
いる。上記の第2のウエル領域15bの下のn型層12
及びp型埋込層33の厚さや不純物濃度分布やそのピー
ク値及びピーク位置の深さは、リセット電圧が凡そ7〜
8Vのときに最適と考えられるものである。このn型層
12及びp型埋込層33の不純物濃度分布と深さは、主
としてキャリアの掃出期間(初期化)の時に空乏層がp
型埋込層33内ではなくて第2のウエル領域15b内に
広がって電界が集中するように設定される。従って、第
2のウエル領域15bの厚さやその領域15b内の不純
物濃度分布やそのピーク値及びピーク位置の深さ、或い
はキャリアの掃出期間(初期化)の時に印加される電圧
(リセット電圧)をどの位にするかにより適宜変更す
る。
The peak position of the impurity concentration of the p-type buried layer 33 is about 1.1 μm, and the impurity concentration at the peak position is about 5 × 10 16 cm −3 . N-type layer 12 below second well region 15b
And the thickness of the p-type buried layer 33, the impurity concentration distribution, the peak value thereof, and the depth of the peak position, the reset voltage is about 7 to
It is considered to be optimal at 8V. The impurity concentration distribution and the depth of the n-type layer 12 and the p-type buried layer 33 are mainly such that the depletion layer is p-type during the carrier sweeping period (initialization).
The electric field is set so as to spread not in the mold buried layer 33 but in the second well region 15b to concentrate the electric field. Accordingly, the thickness of the second well region 15b, the impurity concentration distribution in the region 15b, the peak value and the depth of the peak position, or the voltage (reset voltage) applied during the carrier sweep period (initialization). Is appropriately changed depending on the value of.

【0033】なお、キャリアポケット25は、深さ凡そ
0.2μm前後のところに形成され、不純物濃度のピー
ク値は凡そ1×1017cm-3となっている。キャリアポ
ケット25の厚さやその不純物濃度のピーク値及びピー
ク位置の深さは、主に蓄積期間や読出期間においてキャ
リアポケット25にキャリアが十分に蓄積し得るポテン
シャルとなるように、かつ読出期間においてキャリアポ
ケット25のキャリアの蓄積状態がチャネル領域に十分
に影響を及ぼすことができるように設定される。従っ
て、キャリアポケット25の背景となる第1のウエル領
域15aの不純物濃度分布の状態や、チャネルドープ層
の不純物濃度や、蓄積期間での印加電圧や、読出期間で
の印加電圧等により適宜変更する。
The carrier pocket 25 is formed at a depth of about 0.2 μm, and has a peak impurity concentration of about 1 × 10 17 cm −3 . The thickness of the carrier pocket 25, the peak value of the impurity concentration thereof, and the depth of the peak position are set so that the carrier pocket 25 has a potential to sufficiently accumulate the carrier in the carrier pocket 25 mainly during the accumulation period and the readout period, and during the readout period. The setting is made so that the accumulation state of the carriers in the pocket 25 can sufficiently affect the channel region. Therefore, it is appropriately changed according to the state of the impurity concentration distribution of the first well region 15a serving as the background of the carrier pocket 25, the impurity concentration of the channel dope layer, the applied voltage during the accumulation period, the applied voltage during the reading period, and the like. .

【0034】ところで、上記したキャリアの掃出期間に
おいては、ゲート電極19やソース領域16aやドレイ
ン領域17aに高い電圧を印加し、それによって生じる
電界によって第2のウエル領域15bに残るキャリアを
基板11側に掃き出している。この場合、印加した電圧
によって、チャネル領域のチャネルドープ層15cと第
2のウエル領域15bとの境界面から空乏層が第2のウ
エル領域15bに広がり、また、p型埋込層33とn型
ウエル層12との境界面から空乏層が第2のウエル領域
15bの下のn型ウエル層12に広がる。
By the way, during the above-described carrier sweeping period, a high voltage is applied to the gate electrode 19, the source region 16a, and the drain region 17a, and the electric field generated thereby causes the carriers remaining in the second well region 15b to be removed from the substrate 11 by the electric field. Sweeping out to the side. In this case, the applied voltage causes the depletion layer to spread from the boundary between the channel dope layer 15c in the channel region and the second well region 15b to the second well region 15b, and the p-type buried layer 33 and the n-type A depletion layer extends from the interface with the well layer 12 to the n-type well layer 12 below the second well region 15b.

【0035】従って、ゲート電極19に印加した電圧に
よる電界の及ぶ範囲は、主として第2のウエル領域15
b及び第2のウエル領域15bの下のn型ウエル層12
にわたる。この発明の場合、第2のウエル領域15bの
下のn型ウエル層12の厚さが薄く、かつn型ウエル層
12の基板11側に隣接して高濃度のp型埋込層33が
形成されている。このため、掃出期間においてp型埋込
層33とn型ウエル層12との境界面からn型ウエル層
12に広がる空乏層の厚さは薄くなる。
Therefore, the range of the electric field by the voltage applied to the gate electrode 19 is mainly the second well region 15.
b and n-type well layer 12 under second well region 15b
Over. In the case of the present invention, the thickness of the n-type well layer 12 below the second well region 15b is small, and a high-concentration p-type buried layer 33 is formed adjacent to the n-type well layer 12 on the substrate 11 side. Have been. Therefore, the thickness of the depletion layer extending from the boundary between the p-type buried layer 33 and the n-type well layer 12 to the n-type well layer 12 during the sweeping period is reduced.

【0036】即ち、図6のポテンシャル分布図のよう
に、ゲート電極19からの電圧は主に第2のウエル領域
15bにかかることになる。言い換えれば、第2のウエ
ル領域15bに急激なポテンシャル変化が生じて正孔を
基板11側に掃き出すような強い電界が主として第2の
ウエル領域15bにかかるため、キャリアポケット25
及び第2のウエル領域15b内に蓄積されたキャリア
を、低いリセット電圧でそこからより確実に掃き出すこ
とができ、これによりリセット効率の向上を図ることが
できる。
That is, as shown in the potential distribution diagram of FIG. 6, the voltage from the gate electrode 19 is mainly applied to the second well region 15b. In other words, a strong electric field that sweeps holes toward the substrate 11 due to a sudden potential change in the second well region 15b is mainly applied to the second well region 15b.
Carriers accumulated in the second well region 15b can be more reliably swept out of the second well region 15b with a low reset voltage, thereby improving reset efficiency.

【0037】次に、図8を参照して上記の構造の単位画
素を用いたMOS型イメージセンサの全体の構成につい
て説明する。図8は、本発明の実施の形態におけるMO
S型イメージセンサの回路構成図を示す。図8に示すよ
うに、このMOS型イメージセンサは、2次元アレーセ
ンサの構成を採っており、上記した構造の単位画素が列
方向及び行方向にマトリクス状に配列されている。
Next, the overall configuration of a MOS image sensor using the unit pixels having the above structure will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an MO according to the embodiment of the present invention.
1 shows a circuit configuration diagram of an S-type image sensor. As shown in FIG. 8, the MOS image sensor has a two-dimensional array sensor configuration, and the unit pixels having the above-described structure are arranged in a matrix in a column direction and a row direction.

【0038】また、垂直走査信号(VSCAN)の駆動
走査回路102及びドレイン電圧(VDD)の駆動走査
回路103が画素領域を挟んでその左右に配置されてい
る。垂直走査信号供給線21a,21bは垂直走査信号
(VSCAN)の駆動走査回路102から行毎に一つず
つでている。各垂直走査信号供給線21a,21bは行
方向に並ぶ全ての単位画素101内のMOSトランジス
タ112のゲートに接続されている。
A driving scanning circuit 102 for vertical scanning signals (VSCAN) and a driving scanning circuit 103 for drain voltage (VDD) are arranged on the left and right sides of the pixel region. The vertical scanning signal supply lines 21a and 21b are provided one by one from the driving scanning circuit 102 of the vertical scanning signal (VSCAN) for each row. Each of the vertical scanning signal supply lines 21a and 21b is connected to the gate of the MOS transistor 112 in every unit pixel 101 arranged in the row direction.

【0039】また、ドレイン電圧供給線(VDD供給
線)22a,22bはドレイン電圧(VDD)の駆動走
査回路103から行毎に一つずつでている。各ドレイン
電圧供給線(VDD供給線)22a,22bは、行方向
に並ぶ全ての単位画素101内の光信号検出用MOSト
ランジスタ112のドレインに接続されている。また、
列毎に異なる垂直出力線20a,20bが設けられて、
各垂直出力線20a,20bは列方向に並ぶ全ての単位
画素101内のMOSトランジスタ112のソースにそ
れぞれ接続されている。
The drain voltage supply lines (VDD supply lines) 22a and 22b are provided one by one from the drive scanning circuit 103 of the drain voltage (VDD) for each row. The drain voltage supply lines (VDD supply lines) 22a and 22b are connected to the drains of the optical signal detection MOS transistors 112 in all the unit pixels 101 arranged in the row direction. Also,
Different vertical output lines 20a and 20b are provided for each column,
Each of the vertical output lines 20a and 20b is connected to the source of the MOS transistor 112 in each of the unit pixels 101 arranged in the column direction.

【0040】さらに、列毎に異なるスイッチとしてのM
OSトランジスタ105a,105bが設けられてお
り、各垂直出力線20a,20bは各MOSトランジス
タ105a,105bのドレイン(光検出信号入力端
子)28a,29aに1つずつ接続されている。各スイ
ッチ105a,105bのゲート(水平走査信号入力端
子)28b,29bは水平走査信号(HSCAN)の駆
動走査回路104に接続されている。
Further, M as a switch different for each column
OS transistors 105a and 105b are provided, and each of the vertical output lines 20a and 20b is connected to one of drains (light detection signal input terminals) 28a and 29a of each of the MOS transistors 105a and 105b. Gates (horizontal scanning signal input terminals) 28b and 29b of the switches 105a and 105b are connected to a driving scanning circuit 104 for horizontal scanning signals (HSCAN).

【0041】また、各スイッチ105a,105bのソ
ース(光検出信号出力端子)28c,29cは共通の定
電流源(負荷回路)106を通して映像信号出力端子1
07に接続されている。即ち、各単位画素101内のM
OSトランジスタ112のソースは定電流源106に接
続され、画素単位のソースフォロワ回路を形成してい
る。従って、各MOSトランジスタ112のゲート−ソ
ース間の電位差、及びバルク−ソース間の電位差は接続
された定電流源106により決定される。
The sources (light detection signal output terminals) 28c and 29c of the switches 105a and 105b are connected to a video signal output terminal 1 through a common constant current source (load circuit) 106.
07. That is, M in each unit pixel 101
The source of the OS transistor 112 is connected to the constant current source 106 to form a source follower circuit for each pixel. Therefore, the potential difference between the gate and the source and the potential difference between the bulk and the source of each MOS transistor 112 are determined by the connected constant current source 106.

【0042】垂直走査信号(VSCAN)及び水平走査
信号(HSCAN)により、遂次、各単位画素のMOS
トランジスタ112を駆動して光の入射量に比例した映
像信号(Vout )が読み出される。図9は、本発明に係
るMOS型イメージセンサを動作させるための各入出力
信号のタイミングチャートを示す。p型のウエル領域1
5a,15bを用い、かつ光信号検出用トランジスタ1
12がnMOSの場合に適用する。
The vertical scanning signal (VSCAN) and the horizontal scanning signal (HSCAN) are used to sequentially turn on the MOS of each unit pixel.
By driving the transistor 112, a video signal (Vout) proportional to the amount of incident light is read out. FIG. 9 shows a timing chart of each input / output signal for operating the MOS image sensor according to the present invention. p-type well region 1
5a, 15b, and an optical signal detecting transistor 1
This is applied when 12 is an nMOS.

【0043】素子動作は、前記したように、掃出期間
(初期化)−蓄積期間−読出期間−掃出期間(初期化)
−・・というように繰り返し行う。次に、図8、図9に
したがって、一連の連続した固体撮像素子の光検出動作
を簡単に説明する。まず、初期化動作により、キャリア
ポケット25及びウエル領域15a,15b内に残る電
荷を排出する。即ち、VDD供給線22a,22bを通
して光信号検出用MOSトランジスタ112のドレイン
に、またVSCAN供給線21a,21bを通して同ゲ
ートにそれぞれ約6Vの高い正の電圧を印加する。この
とき、第2のウエル領域15bの下のn型ウエル層12
の厚さは薄く、かつn型ウエル層12の基板11側に高
濃度のp型埋込層33が接しているので、ゲート電極1
9に印加した電圧は第2のウエル領域15b及びその極
めて近くの領域にしかかからない。即ち、第2のウエル
領域15bに急激なポテンシャル変化が生じて正孔を基
板11側に掃き出すような強い電界が主として第2のウ
エル領域15bにかかるため、低いリセット電圧でより
確実にキャリアを掃き出すことができ、これによりリセ
ット効率の向上を図ることができる。
As described above, the element operation is performed in a sweeping period (initialization) -an accumulation period-a reading period-a sweeping period (initialization).
-It is repeated as follows. Next, a light detection operation of a series of solid-state imaging devices will be briefly described with reference to FIGS. First, charges remaining in the carrier pocket 25 and the well regions 15a and 15b are discharged by an initialization operation. That is, a high positive voltage of about 6 V is applied to the drain of the optical signal detection MOS transistor 112 through the VDD supply lines 22a and 22b and to the gate through the VSCAN supply lines 21a and 21b, respectively. At this time, the n-type well layer 12 under the second well region 15b is formed.
Is thin, and the high-concentration p-type buried layer 33 is in contact with the n-type well layer 12 on the substrate 11 side.
The voltage applied to 9 applies only to the second well region 15b and a region very close to the second well region 15b. In other words, a strong electric field that sweeps holes toward the substrate 11 due to a sudden potential change in the second well region 15b is mainly applied to the second well region 15b, so that carriers can be more reliably swept with a low reset voltage. Therefore, the reset efficiency can be improved.

【0044】次いで、光信号検出用MOSトランジスタ
のゲート電極19に低いゲート電圧を印加し、ドレイン
領域17aにトランジスタの動作に必要な約2〜3Vの
電圧(VDD)を印加する。このとき、第1のウエル領
域15aとn型ウエル層12及びn型埋込層32が空乏
化するとともに、第2のウエル領域15bは空乏化す
る。そして、ドレイン領域17aからソース領域16a
に向かう電界が生じる。
Next, a low gate voltage is applied to the gate electrode 19 of the MOS transistor for detecting an optical signal, and a voltage (VDD) of about 2 to 3 V required for the operation of the transistor is applied to the drain region 17a. At this time, the first well region 15a, the n-type well layer 12, and the n-type buried layer 32 are depleted, and the second well region 15b is depleted. Then, from the drain region 17a to the source region 16a
An electric field is generated toward.

【0045】次いで、受光ダイオード111に光を照射
する。このとき、受光ダイオード111の部分のキャリ
ア発生領域の全厚は厚くなっており、これにより、赤色
光のような受光部の奥深くまで到達する波長の長い光に
対しても効率よく、電子−正孔対(光発生電荷)を生じ
させることができる。上記電界によりこの光発生電荷の
うち光発生ホールが光信号検出用MOSトランジスタ1
12のゲート領域に注入され、かつキャリアポケット2
5に蓄積される。これにより、チャネル領域からその下
のゲート領域15bに広がる空乏層幅が制限されるとと
もに、そのソース領域16a付近のポテンシャルが変調
されて、光信号検出用MOSトランジスタ112の閾値
電圧が変動する。
Next, the light receiving diode 111 is irradiated with light. At this time, the entire thickness of the carrier generation region in the portion of the light receiving diode 111 is thick, so that even light with a long wavelength reaching deep inside the light receiving portion, such as red light, can be efficiently subjected to electron-positive. Hole pairs (photo-generated charges) can be created. Due to the electric field, the light-generating holes of the light-generated charges are converted into the optical signal detecting MOS transistor 1.
12 and the carrier pocket 2
5 is stored. As a result, the width of the depletion layer extending from the channel region to the gate region 15b thereunder is limited, and the potential near the source region 16a is modulated, so that the threshold voltage of the MOS transistor 112 for light signal detection changes.

【0046】ここで、ゲート電極19にMOSトランジ
スタ112が飽和状態で動作しうる約2〜3Vのゲート
電圧を印加し、ドレイン領域17aにMOSトランジス
タ112が動作しうる約2〜3Vの電圧VDDを印加す
る。これにより、キャリアポケット25上方のチャネル
領域の一部に低電界の反転領域が形成され、残りの部分
に高電界領域が形成される。このとき、光信号検出用M
OSトランジスタ112のドレイン電圧−電流特性は、
図7に示すように、飽和特性を示す。
Here, a gate voltage of about 2 to 3 V at which the MOS transistor 112 can operate in a saturated state is applied to the gate electrode 19, and a voltage VDD of about 2 to 3 V at which the MOS transistor 112 can operate is applied to the drain region 17a. Apply. As a result, a low electric field inversion region is formed in a part of the channel region above the carrier pocket 25, and a high electric field region is formed in the remaining part. At this time, the optical signal detection M
The drain voltage-current characteristics of the OS transistor 112 are as follows:
As shown in FIG. 7, a saturation characteristic is shown.

【0047】さらに、MOSトランジスタ112のソー
ス領域16に定電流源106を接続して一定の電流を流
す。これにより、MOSトランジスタ112はソースフ
ォロワ回路を形成し、従って、光発生ホールによるMO
Sトランジスタの閾値電圧の変動に追随してソース電位
が変化し、出力電圧の変化をもたらす。このようにし
て、光照射量に比例した映像信号(Vout )を取り出す
ことができる。
Further, the constant current source 106 is connected to the source region 16 of the MOS transistor 112 so that a constant current flows. As a result, the MOS transistor 112 forms a source follower circuit, and the
The source potential changes following the change in the threshold voltage of the S transistor, resulting in a change in the output voltage. In this manner, a video signal (Vout) proportional to the light irradiation amount can be obtained.

【0048】以上のように、この発明の実施の形態によ
れば、掃出動作(初期化)−蓄積動作−読出動作の一連
の過程において、光発生ホールが移動するときに、半導
体表面やチャネル領域内の雑音源と相互作用しない理想
的な光電変換機構を実現することができる。また、キャ
リアポケット25への電荷蓄積により、図7に示すよう
に、トランジスタを飽和状態で動作させることができ、
しかも、ソースフォロワ回路を形成しているので、光発
生電荷による閾値電圧の変化をソース電位の変化として
検出することができる。このため、線型性の良い光電変
換を行うことができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, in a series of processes of the sweeping operation (initialization), the storage operation, and the reading operation, when the light generation hole moves, the semiconductor surface or the channel An ideal photoelectric conversion mechanism that does not interact with a noise source in the region can be realized. Further, the transistor can be operated in a saturated state as shown in FIG. 7 by the charge accumulation in the carrier pocket 25,
In addition, since the source follower circuit is formed, a change in the threshold voltage due to the photo-generated charges can be detected as a change in the source potential. Therefore, photoelectric conversion with good linearity can be performed.

【0049】次に、上記構造の固体撮像素子の製造方法
について図10〜図18を参照して説明する。なお、実
際の回路構成は複雑であり、以下に説明する素子の平面
配置と異なるが、図10〜図18においては、製造方法
を説明する便宜上、この回路に用いるすべての素子のう
ち素子構造の異なる主な素子を取り出して、一連の製造
工程において異なる素子構造をどのように作成するかが
わかるように模式的に示している。選択した素子の種類
は、図の左側から、周辺回路素子であるp-CMOS(C
omplementary Metal Oxide Semiconductorのうちpチャ
ネルMOS),n-CMOS(CMOSのうちnチャネ
ルMOS),エンハンスメントn-MOS,ディプリー
ションn-MOSと、光センサとしてのVMISであ
る。
Next, a method of manufacturing the solid-state imaging device having the above structure will be described with reference to FIGS. The actual circuit configuration is complicated and differs from the planar arrangement of the elements described below. However, in FIGS. 10 to 18, for convenience of explanation of the manufacturing method, of all the elements used in this circuit, The different main elements are taken out and schematically shown so as to show how different element structures are created in a series of manufacturing steps. From the left side of the figure, the type of the selected element is p-CMOS (C
VMIS as an optical sensor, and p-channel MOS among the n-MOSs, n-CMOS (the n-channel MOS among the CMOS), enhancement n-MOS, and depletion n-MOS.

【0050】まず、図10(a)に示すような、不純物
濃度約4×1018cm-3のp型シリコンからなる基板1
1上に不純物濃度1×1015cm-3程度のp型シリコン
をエピタキシャル成長し、膜厚約3μmのエピタキシャ
ル層31を形成する。基板11は第1の基体層の全体及
び第2の基体層の一部を構成し、エピタキシャル層31
は第2の基体層の一部を構成する。
First, as shown in FIG. 10A, a substrate 1 made of p-type silicon having an impurity concentration of about 4 × 10 18 cm −3 is used.
A p-type silicon having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 is epitaxially grown on 1 to form an epitaxial layer 31 having a thickness of about 3 μm. The substrate 11 forms the entire first base layer and a part of the second base layer, and the epitaxial layer 31
Constitutes a part of the second base layer.

【0051】次いで、図10(b)に示すように、LO
COS(LOCal Oxidation of Silicon)により素子分離
領域にフィールド絶縁膜14を形成する。続いて、素子
分離領域により囲まれた素子形成領域にパッド絶縁膜5
1を形成する。次に、エンハンスメントn-MOSとデ
ィプリーションn-MOSとの間の素子分離領域、及び
ディプリーションn-MOSとVMISとの間の素子分
離領域にそれぞれ開口部53a,53bを有し、かつn
-CMOS形成領域の全体にわたる開口部53cを有す
るレジストマスク52を形成する。続いて、レジストマ
スク52の開口部53a,53b,53c及びフィール
ド絶縁膜14を通してp型不純物をイオン注入する。こ
れにより、エンハンスメントn-MOSとディプリーシ
ョンn-MOSとの間、及びディプリーションn-MOS
とVMISとの間のフィールド絶縁膜14下のエピタキ
シャル層31に基板11に達するようなp型の素子分離
層13を形成するとともに、n-CMOS形成領域の全
領域にわたるエピタキシャル層31に基板11に達する
ようなp型ウエル層54を形成する。
Next, as shown in FIG.
The field insulating film 14 is formed in the element isolation region by COS (LOCal Oxidation of Silicon). Subsequently, the pad insulating film 5 is formed in the element formation region surrounded by the element isolation region.
Form one. Next, openings 53a and 53b are respectively provided in an element isolation region between the enhancement n-MOS and the depletion n-MOS and in an element isolation region between the depletion n-MOS and the VMIS. n
-Form a resist mask 52 having an opening 53c over the entire CMOS formation region. Subsequently, a p-type impurity is ion-implanted through the openings 53a, 53b, 53c of the resist mask 52 and the field insulating film 14. Thereby, between the enhancement n-MOS and the depletion n-MOS, and between the enhancement n-MOS and the depletion n-MOS
A p-type element isolation layer 13 reaching the substrate 11 is formed in the epitaxial layer 31 below the field insulating film 14 between the substrate 11 and the VMIS, and the epitaxial layer 31 covering the entire region of the n-CMOS formation region is formed on the substrate 11. A p-type well layer 54 is formed to reach.

【0052】次に、図11(a)に示すように、VMI
S形成領域の受光ダイオード111の形成領域に開口部
56を有するレジストマスク(第1のマスク)55を形
成する。続いて、レジストマスク55の開口部56を通
して、パッド絶縁膜51の上から、n型不純物となるP
31+を深くイオン注入し、さらに同じ開口部56を通
して、2度に分けてp型不純物であるB11+を浅くイ
オン注入する。これにより、図5に示すように、ピーク
位置約1.5μm、ピーク不純物濃度約1×1017cm
-3の、基板11に接するようなn型埋込層(第1の埋込
層)32と、その上方でn型埋込層32とほぼ同じ幅を
有する第1のウエル領域(第2の半導体層)となる、ピ
ーク位置約0.3μm、ピーク不純物濃度約6×1016
cm-3、及びピーク位置約0.55μm、ピーク不純物
濃度約2×1016cm-3のp型ウエル層15aとを形成
する。なお、n型埋込層32は第1の半導体層の一部を
構成する。
Next, as shown in FIG.
A resist mask (first mask) 55 having an opening 56 is formed in the formation region of the light receiving diode 111 in the S formation region. Subsequently, through the opening 56 of the resist mask 55, P over the pad insulating film 51, which becomes an n-type impurity, is formed.
31+ is deeply implanted, and B11 + which is a p-type impurity is implanted shallowly through the same opening 56 twice. Thereby, as shown in FIG. 5, the peak position is about 1.5 μm and the peak impurity concentration is about 1 × 10 17 cm.
-3 , an n-type buried layer (first buried layer) 32 in contact with the substrate 11, and a first well region (second (Semiconductor layer), peak position about 0.3 μm, peak impurity concentration about 6 × 10 16
A p-type well layer 15a having a cm −3 , a peak position of about 0.55 μm, and a peak impurity concentration of about 2 × 10 16 cm −3 is formed. Note that the n-type buried layer 32 forms a part of the first semiconductor layer.

【0053】次いで、図11(b)に示すように、VM
IS形成領域の全体にわたって開口部58を有するレジ
ストマスク57を形成する。続いて、レジストマスク5
7の開口部58を通してn型不純物をイオン注入する。
これにより、第1のウエル領域15aの全体を含み、そ
の下端がn型埋込層32に達する、ピーク位置約0.5
5μm、ピーク不純物濃度約3×1016cm-3のn型ウ
エル層(反対導電型領域)12を形成する。n型ウエル
層12は第1の半導体層の一部及び第3の半導体層の全
体を構成する。
Next, as shown in FIG.
A resist mask 57 having an opening 58 over the entire IS formation region is formed. Then, the resist mask 5
7 is ion-implanted through the opening 58.
Thereby, the peak position including the entire first well region 15a and reaching the n-type buried layer 32 at the lower end reaches a peak position of about 0.5.
An n-type well layer (opposite conductivity type region) 12 having a thickness of 5 μm and a peak impurity concentration of about 3 × 10 16 cm −3 is formed. The n-type well layer 12 constitutes a part of the first semiconductor layer and the entire third semiconductor layer.

【0054】なお、図11(b)に示す工程の後、パッ
ド絶縁膜51を除去して半導体基板の表面を再酸化する
ことにより、ゲート絶縁膜を形成することもできる。図
面では、パッド絶縁膜も再酸化により形成したゲート絶
縁膜も同じ符号51で示している。この場合、ゲート絶
縁膜の膜厚は、好ましくは60nm以下とする。これ以
上厚くすると、図13(b)の工程で、イオン注入によ
り高濃度埋込層25を形成するときに急峻な不純物濃度
分布が得にくくなるためである。
After the step shown in FIG. 11B, the gate insulating film can be formed by removing the pad insulating film 51 and reoxidizing the surface of the semiconductor substrate. In the drawing, the same reference numeral 51 indicates both the pad insulating film and the gate insulating film formed by reoxidation. In this case, the thickness of the gate insulating film is preferably 60 nm or less. If the thickness is more than this, it is difficult to obtain a sharp impurity concentration distribution when the high concentration buried layer 25 is formed by ion implantation in the step of FIG.

【0055】次に、図12(a)に示すように、デプリ
ーションn-MOS形成領域の全体にわたって開口部6
1bを有し、かつVMIS形成領域の光信号検出用MO
Sトランジスタ112の形成領域に開口部61aを有す
るレジストマスク(第2のマスク)60を形成する。続
いて、レジストマスク60の開口部61a及び61bを
通してp型不純物であるB11+を深くイオン注入し、
さらに同じ開口部61a及び61bを通してp型不純物
であるB11+を浅くイオン注入する。さらに同じ開口
部61a及び61bを通してn型不純物であるAs+を
浅くイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 12A, an opening 6 is formed over the entire depletion n-MOS formation region.
1b and the MO for optical signal detection in the VMIS formation region
A resist mask (second mask) 60 having an opening 61a in a region where the S transistor 112 is formed is formed. Subsequently, B11 + which is a p-type impurity is deeply ion-implanted through the openings 61a and 61b of the resist mask 60,
Further, B11 + which is a p-type impurity is ion-implanted shallowly through the same openings 61a and 61b. Further, As + which is an n-type impurity is ion-implanted shallowly through the same openings 61a and 61b.

【0056】これにより、デプリーションn-MOS形
成領域では、p型埋込層62とp型ウエル層63とチャ
ネルドープ層64を形成する。一方、VMIS形成領域
では、図6に示すように、ピーク位置約1.2μm、ピ
ーク不純物濃度約5×1016cm-3のp型埋込層(第2
の埋込層)33とピーク位置約0.1μm、ピーク不純
物濃度約1.2×1017cm-3の第2のウエル領域15
bと表面濃度約2×1017cm-3のn型のチャネルドー
プ層15cを形成する。なお、p型埋込層33は第2の
基体層の一部を構成する。
Thus, in the depletion n-MOS formation region, a p-type buried layer 62, a p-type well layer 63 and a channel dope layer 64 are formed. On the other hand, in the VMIS forming region, as shown in FIG. 6, p-type buried layer peak positions about 1.2 [mu] m, the peak impurity concentration of about 5 × 10 16 cm -3 (second
Buried layer) 33 and second well region 15 having a peak position of about 0.1 μm and a peak impurity concentration of about 1.2 × 10 17 cm −3 .
b and an n-type channel dope layer 15c having a surface concentration of about 2 × 10 17 cm −3 are formed. Note that the p-type buried layer 33 constitutes a part of the second base layer.

【0057】次いで、図12(b)に示すように、p-
CMOS、n-CMOS及びエンハンスメントn-MOS
の各形成領域全体に開口部66を有するレジストマスク
65を形成する。続いて、レジストマスク65の開口部
66を通してp型不純物を浅くイオン注入する。これに
より、p型のチャネルドープ層67a〜67cを形成す
る。
Next, as shown in FIG.
CMOS, n-CMOS and enhancement n-MOS
A resist mask 65 having an opening 66 is formed over the entire formation region. Subsequently, p-type impurities are ion-implanted shallowly through the openings 66 of the resist mask 65. As a result, p-type channel doped layers 67a to 67c are formed.

【0058】次に、図13(a)に示すように、p-C
MOS形成領域に開口部69を有するレジストマスク6
8を形成する。続いて、レジストマスク68の開口部6
9を通してn型不純物をイオン注入して、n型ウエル層
70を形成する。次いで、図13(b)に示すように、
VMIS形成領域の光信号検出用MOSトランジスタの
キャリアポケット(高濃度埋込層)25となる領域に開
口部72を有するレジストマスク(第3のマスク)71
を形成する。続いて、レジストマスク71の開口部72
を通してp型不純物であるB11+をイオン注入する。
これにより、図6に示すように、チャネルドープ層15
c下の第2のウエル領域15bに、ピーク位置約0.2
μm、ピーク不純物濃度約1×1017cm-3のp+型の
高濃度埋込層25を形成する。
Next, as shown in FIG.
Resist mask 6 having opening 69 in MOS formation region
8 is formed. Subsequently, the opening 6 of the resist mask 68 is formed.
N-type impurities are ion-implanted through 9 to form an n-type well layer 70. Next, as shown in FIG.
A resist mask (third mask) 71 having an opening 72 in a region to be a carrier pocket (high-concentration buried layer) 25 of a MOS transistor for optical signal detection in a VMIS formation region.
To form Subsequently, the opening 72 of the resist mask 71 is formed.
B11 +, which is a p-type impurity, is ion-implanted.
As a result, as shown in FIG.
c, a peak position of about 0.2
A p + -type high-concentration buried layer 25 of μm and a peak impurity concentration of about 1 × 10 17 cm −3 is formed.

【0059】次に、図14(a)に示すように、p-C
MOS,n-CMOS,エンハンスメントn-MOS,及
びデプリーションn-MOSの各形成領域全体にわたっ
て開口部74を有するレジストマスク73を形成する。
続いて、レジストマスク73の開口部74を通してゲー
ト酸化膜51を除去するとともに、VMIS形成領域に
は、元のゲート絶縁膜51を残す。
Next, as shown in FIG.
A resist mask 73 having an opening 74 is formed over the entire formation region of MOS, n-CMOS, enhancement n-MOS, and depletion n-MOS.
Subsequently, the gate oxide film 51 is removed through the opening 74 of the resist mask 73, and the original gate insulating film 51 is left in the VMIS formation region.

【0060】次いで、図14(b)に示すように、レジ
ストマスク73を除去した後、半導体基板の表面を熱酸
化する。これにより、p-CMOS,n-CMOS,エン
ハンスメントn-MOS,及びデプリーションn-MOS
形成領域に薄い膜厚のゲート酸化膜75a〜75dが形
成されるとともに、VMIS形成領域の表面には前の工
程で残しておいた酸化膜厚にさらに酸化膜厚が加わり、
厚い膜厚のゲート絶縁膜18が形成される。VMIS形
成領域のゲート絶縁膜18を厚くすることにより、ゲー
ト容量を小さくして、高濃度埋込層に蓄積される光発生
電荷の検出感度、ひいては光信号の検出感度を向上させ
ることができる。
Next, as shown in FIG. 14B, after removing the resist mask 73, the surface of the semiconductor substrate is thermally oxidized. Thereby, p-CMOS, n-CMOS, enhancement n-MOS, and depletion n-MOS
Gate oxide films 75a to 75d having a small thickness are formed in the formation region, and an oxide film is added to the surface of the VMIS formation region in addition to the oxide film thickness left in the previous step.
A thick gate insulating film 18 is formed. By increasing the thickness of the gate insulating film 18 in the VMIS formation region, the gate capacitance can be reduced, and the detection sensitivity of the photo-generated charges accumulated in the high-concentration buried layer, and thus the detection sensitivity of the optical signal, can be improved.

【0061】次に、図15(a)に示すように、全面に
ポリシリコン膜76を形成する。次いで、図15(b)
に示すように、ポリシリコン膜76をパターニングし、
MOSの各形成領域にゲート電極76a〜76e,19
を形成する。次に、図16(a)に示すように、p-C
MOS形成領域の全体にわたって開口部78を有するレ
ジストマスク77を形成する。続いて、レジストマスク
77の開口部78を通して、かつゲート電極76eをマ
スクとしてp型不純物をイオン注入する。これにより、
ゲート電極76eの両側のn型ウエル層70にソース/
ドレイン領域79a及び79bを形成する。
Next, as shown in FIG. 15A, a polysilicon film 76 is formed on the entire surface. Next, FIG.
As shown in the figure, the polysilicon film 76 is patterned,
The gate electrodes 76a to 76e, 19
To form Next, as shown in FIG.
A resist mask 77 having an opening 78 over the entire MOS formation region is formed. Subsequently, p-type impurities are ion-implanted through the opening 78 of the resist mask 77 and using the gate electrode 76e as a mask. This allows
The n-type well layer 70 on both sides of the gate electrode 76e has a source /
Drain regions 79a and 79b are formed.

【0062】次いで、図16(b)に示すように、n-
CMOS,エンハンスメントn-MOS,ディプリーシ
ョンn-MOS,及びVMISの各形成領域全体にわた
って開口部81を有するレジストマスク80を形成した
後、レジストマスク80の開口部81を通して、かつゲ
ート電極76b〜76d,19をマスクとしてn型不純
物をイオン注入する。これにより、各形成領域のゲート
電極76b〜76d、19の両側にソース/ドレイン領
域82a及び82b、82c及び82d、82e及び8
2f、16a及び17aを形成する。
Next, as shown in FIG.
After forming a resist mask 80 having an opening 81 over the entire formation region of CMOS, enhancement n-MOS, depletion n-MOS, and VMIS, the resist mask 80 is passed through the opening 81 and the gate electrodes 76b to 76d. , 19 are used as a mask to ion-implant an n-type impurity. As a result, the source / drain regions 82a and 82b, 82c and 82d, 82e and 8 are formed on both sides of the gate electrodes 76b to 76d and 19 in each forming region.
2f, 16a and 17a are formed.

【0063】次いで、図17(a)に示すように、レジ
ストマスク80を除去した後、CVD(Chemical Vapor
Deposition)法等により、絶縁膜を形成する。続い
て、異方性エッチングを行い、ゲート電極76a〜76
e,19の側面にサイドウオール83を形成する。次
に、図17(b)に示すように、p-CMOS形成領域
に開口部85を有するレジストマスク84を形成する。
続いて、レジストマスク84の開口部85を通して、か
つゲート電極76e及びサイドウオール79をマスクと
してp型不純物をイオン注入する。これにより、ソース
/ドレイン領域79a及び79b内にそれぞれコンタク
ト層86a及び86bを形成する。
Next, as shown in FIG. 17A, after removing the resist mask 80, a CVD (Chemical Vapor
An insulating film is formed by a Deposition method or the like. Subsequently, anisotropic etching is performed, and gate electrodes 76a to 76a are formed.
e, side walls 83 are formed on the side surfaces of 19; Next, as shown in FIG. 17B, a resist mask 84 having an opening 85 in a p-CMOS formation region is formed.
Subsequently, a p-type impurity is ion-implanted through the opening 85 of the resist mask 84 and using the gate electrode 76e and the sidewall 79 as a mask. Thus, contact layers 86a and 86b are formed in source / drain regions 79a and 79b, respectively.

【0064】次に、図18(a)に示すように、n-C
MOS,エンハンスメントn-MOS,ディプリーショ
ンn-MOSの各形成領域全体にわたって開口部88を
有し、かつVMIS形成領域の光信号検出用MOSトラ
ンジスタ112部分及び受光ダイオード111部分に開
口部88を有するレジストマスク87を形成する。その
後、レジストマスク87の開口部88を通してn型不純
物をイオン注入する。これにより、各形成領域のソース
/ドレイン領域82a及び82b、82c及び82d、
82e及び82f、16a及び17a内にコンタクト層
89a及び89b、89c及び89d、89e及び89
f、16b及び17bを形成する。
Next, as shown in FIG.
An opening 88 is formed over the entire region where the MOS, enhancement n-MOS, and depletion n-MOS are formed, and an opening 88 is formed in the portion of the MOS transistor 112 for light signal detection and the portion of the light receiving diode 111 in the VMIS formation region. A resist mask 87 is formed. After that, an n-type impurity is ion-implanted through the opening 88 of the resist mask 87. Thereby, the source / drain regions 82a and 82b, 82c and 82d of each formation region,
82e and 82f, contact layers 89a and 89b, 89c and 89d, 89e and 89 in 16a and 17a.
f, 16b and 17b are formed.

【0065】次いで、図18(b)に示すように、レジ
ストマスク87を除去した後、第1層目の層間絶縁膜9
0を形成する。続いて、第1層目の層間絶縁膜90上に
各MOS形成領域のソース/ドレイン領域82a及び8
2b、82c及び82d、82e及び82f、79a及
び79b、16a及び17aと接続する下層のソース/
ドレイン電極又は配線層91a及び91b、91c及び
91d、91e及び91f、91g及び91h、20及
び22、及びVMIS形成領域のゲート電極19と接続
するゲート配線層21を形成する。
Next, as shown in FIG. 18B, after removing the resist mask 87, the first interlayer insulating film 9 is formed.
0 is formed. Subsequently, the source / drain regions 82a and 82 of each MOS formation region are formed on the first interlayer insulating film 90.
2b, 82c and 82d, 82e and 82f, 79a and 79b, 16a and 17a.
The gate wiring layer 21 connected to the drain electrode or wiring layers 91a and 91b, 91c and 91d, 91e and 91f, 91g and 91h, 20 and 22 and the gate electrode 19 in the VMIS formation region is formed.

【0066】続いて、第2層目の層間絶縁膜92を形成
した後、各MOS形成領域の下層のソース/ドレイン電
極又は配線層91a及び91b、91c及び91d、9
1e及び91f、91g及び91h、20と接続する上
層のソース/ドレイン電極又は配線層91a及び91
b、91c及び91d、91e及び91f、91g及び
91h、20を第2層目の層間絶縁膜92上に形成す
る。
Subsequently, after the second interlayer insulating film 92 is formed, the source / drain electrodes or wiring layers 91a and 91b, 91c and 91d, 9 under the respective MOS formation regions are formed.
Upper source / drain electrodes or wiring layers 91a and 91 connected to 1e and 91f, 91g and 91h, 20
b, 91c and 91d, 91e and 91f, 91g and 91h, 20 are formed on the second-layer interlayer insulating film 92.

【0067】次に、第3層目の層間絶縁膜93を形成し
た後、その上に受光ダイオード111部分に開口部(受
光窓)24を有する遮光膜23を形成する。その後、素
子表面全体を覆うカバー絶縁膜94を形成すると、固体
撮像素子が完成する。以上のように、本発明の実施の形
態によれば、単位画素101は受光ダイオード111及
びMOSトランジスタ112で構成されるので、画素の
部分をCMOS技術を用いて作成することができる。従
って、上記画素部分と、駆動走査回路102〜104及
び定電流源106等周辺回路とを全て同じ半導体基板に
作成することができる。
Next, after the third interlayer insulating film 93 is formed, a light shielding film 23 having an opening (light receiving window) 24 in the light receiving diode 111 is formed thereon. Thereafter, when a cover insulating film 94 covering the entire element surface is formed, a solid-state imaging device is completed. As described above, according to the embodiment of the present invention, since the unit pixel 101 includes the light receiving diode 111 and the MOS transistor 112, the pixel portion can be formed using the CMOS technology. Therefore, the pixel portion and the peripheral circuits such as the drive scanning circuits 102 to 104 and the constant current source 106 can all be formed on the same semiconductor substrate.

【0068】これにより、製造工程の簡略化を図ること
ができるとともに、回路部品の集積化による固体撮像装
置の小型化を図ることができる。固体撮像装置としてビ
デオカメラ、デジタルスチルカメラ、画像入力カメラス
キャナ又はファクシミリ等が挙げられる。以上、実施の
形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範
囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施
の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
Thus, the manufacturing process can be simplified, and the size of the solid-state imaging device can be reduced by integrating circuit components. Examples of the solid-state imaging device include a video camera, a digital still camera, an image input camera scanner, and a facsimile. As described above, the present invention has been described in detail by the embodiment. However, the scope of the present invention is not limited to the example specifically shown in the above embodiment, and the scope of the present invention is not limited to the scope of the present invention. Modifications of the form are included in the scope of the present invention.

【0069】例えば、第1のウエル領域15aと第2の
ウエル領域15bを別々に形成しているが、これらを一
体として一度に形成してもよい。また、p型の基板11
にp型のエピタキシャル層31を形成しているが、p型
の基板11にn型のエピタキシャル層を形成してもよ
い。この場合も、第1のウエル領域15aの下のn型層
(第1の半導体層)を厚く、第2のウエル領域15bの
下のn型層(第3の半導体層)を薄く形成することは上
記実施の形態と同じである。
For example, the first well region 15a and the second well region 15b are formed separately, but they may be formed integrally at one time. Also, the p-type substrate 11
Although the p-type epitaxial layer 31 is formed on the p-type substrate 11, an n-type epitaxial layer may be formed on the p-type substrate 11. Also in this case, the n-type layer (first semiconductor layer) under the first well region 15a is formed thick and the n-type layer (third semiconductor layer) under the second well region 15b is formed thin. Is the same as in the above embodiment.

【0070】さらに、p型の基板11を用いているが、
n型の基板を用いてもよい。この場合、キャリアポケッ
ト25に蓄積すべきキャリアは電子及び正孔のうち電子
であり、上記実施の形態と同様な効果を得るためには、
上記実施の形態等で説明した各層及び各領域の導電型を
すべて逆転させればよい。また、n型埋込層(第1の埋
込層)32の不純物濃度及び厚さは、蓄積期間に不純物
領域17と基板11の間に印加する電圧により基板11
とn型埋込層32との境界面からn型埋込層32全体に
わたって空乏層が広がるような濃度及び厚さであればよ
い。
Further, although the p-type substrate 11 is used,
An n-type substrate may be used. In this case, carriers to be accumulated in the carrier pocket 25 are electrons out of electrons and holes. In order to obtain the same effect as in the above embodiment,
What is necessary is just to reverse all the conductivity types of each layer and each region described in the above embodiment and the like. The impurity concentration and thickness of the n-type buried layer (first buried layer) 32 are determined by the voltage applied between the impurity region 17 and the substrate 11 during the accumulation period.
The concentration and the thickness may be such that the depletion layer spreads from the interface between the n-type buried layer 32 and the entire surface of the n-type buried layer 32.

【0071】さらに、p型埋込層(第2の埋込層)33
の不純物濃度及び厚さは、キャリアの掃出期間に印加す
るゲート電極19と基板11の間に印加する電圧により
p型埋込層33とn型ウエル層12の境界面から主とし
てn型ウエル層12の方に空乏層が広がり、p型埋込層
33の方に空乏層があまり広がらないような濃度及び厚
さであればよい。
Further, a p-type buried layer (second buried layer) 33
The impurity concentration and the thickness of the n-type well layer mainly depend on the interface between the p-type buried layer 33 and the n-type well layer 12 by the voltage applied between the gate electrode 19 and the substrate 11 during the carrier sweeping period. It is sufficient that the concentration and the thickness are such that the depletion layer spreads toward 12 and the depletion layer does not spread much toward the p-type buried layer 33.

【0072】また、上記の固体撮像素子の製造方法の実
施の形態で示した工程順は、代表的な一例に過ぎず、上
記の製造方法により得られた所望の素子構造と同等なも
のを得られる範囲であれば、実施の形態の製造方法の工
程順を適宜変更することができる。
The order of the steps described in the embodiment of the method of manufacturing a solid-state imaging device is merely a typical example, and a device equivalent to a desired element structure obtained by the above-described manufacturing method can be obtained. Within the range, the order of the steps of the manufacturing method of the embodiment can be appropriately changed.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、受光ダ
イオードと光信号検出用MOSトランジスタが隣接し、
かつ、受光ダイオード部分の第1のウエル領域(第2の
半導体層)下の第1の半導体層の厚さは、光信号検出用
MOSトランジスタ部分の第2のウエル領域(第4の半
導体層)下の第3の半導体層の厚さよりも厚くなってい
る。
As described above, according to the present invention, the light receiving diode and the MOS transistor for detecting an optical signal are adjacent to each other.
The thickness of the first semiconductor layer under the first well region (second semiconductor layer) of the light-receiving diode portion is equal to the thickness of the second well region (fourth semiconductor layer) of the optical signal detection MOS transistor portion. It is thicker than the lower third semiconductor layer.

【0074】受光ダイオードの部分においては、第1の
ウエル領域下の第1の半導体層の厚さを厚くすることに
より、キャリアの蓄積期間において、赤色光のような波
長の長い光に対して有効に受光領域の厚さを拡大するこ
とができ、従って、赤色感度の向上を図ることができ
る。一方、光信号検出用MOSトランジスタ部分におい
ては、第2のウエル領域の下の第3の半導体層を薄く、
かつ第3の半導体層の基板側に隣接して高濃度の第2の
埋込層を形成しているため、キャリアの掃出期間におい
てゲート電極からの電圧は第2の半導体層にはあまりか
からず、主に第2のウエル領域にかかる。これにより、
第2のウエル領域内に強い電界がかかるようになるの
で、高濃度埋込層(キャリアポケット)及び第2のウエ
ル領域から低いリセット電圧で有効に蓄積キャリアを掃
き出すことができ、リセット効率の向上を図ることがで
きる。
In the light receiving diode portion, by increasing the thickness of the first semiconductor layer under the first well region, it is effective for light having a long wavelength such as red light during the carrier accumulation period. Accordingly, the thickness of the light receiving region can be increased, and therefore, the red sensitivity can be improved. On the other hand, in the optical signal detection MOS transistor portion, the third semiconductor layer below the second well region is thinned,
In addition, since the high-concentration second buried layer is formed adjacent to the third semiconductor layer on the substrate side, the voltage from the gate electrode is not so much in the second semiconductor layer during the carrier sweeping period. And mainly covers the second well region. This allows
Since a strong electric field is applied in the second well region, accumulated carriers can be effectively swept out from the high concentration buried layer (carrier pocket) and the second well region with a low reset voltage, and the reset efficiency is improved. Can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の単位
画素内の素子レイアウトを示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an element layout in a unit pixel of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、本発明の実施の形態に係る固体撮像
素子の単位画素内の素子の構造を示す、図1のA−A線
に沿う断面図である。(b)は、光発生ホールがキャリ
アポケットに蓄積し、チャネル領域に電子が誘起されて
反転領域が生じている状態のポテンシャルの様子を示す
図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, showing a structure of a device in a unit pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. (B) is a diagram showing a state of potential in a state where light generation holes are accumulated in a carrier pocket and electrons are induced in a channel region to generate an inversion region.

【図3】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の単位
画素内の受光ダイオードの構造を示す、図1のB−B線
に沿う断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1, showing a structure of a light-receiving diode in a unit pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の単位
画素内の光信号検出用MOSトランジスタの構造を示
す、図1のC−C線に沿う断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1, showing a structure of an optical signal detecting MOS transistor in a unit pixel of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図5】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の受光
ダイオード部分における、図2のD−D線に沿う深さ方
向の不純物濃度分布及びポテンシャル分布を示すグラフ
である。
FIG. 5 is a graph showing the impurity concentration distribution and the potential distribution in the depth direction along the line DD in FIG. 2 in the light receiving diode portion of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の光信
号検出用MOSトランジスタ部分のキャリアポケットを
含む、図2のE−E線に沿う深さ方向の不純物濃度分布
及びポテンシャル分布を示すグラフである。
FIG. 6 shows an impurity concentration distribution and a potential distribution in a depth direction along a line EE in FIG. 2 including a carrier pocket in a MOS transistor portion for detecting an optical signal of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. It is a graph.

【図7】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の光信
号検出用MOSトランジスタのドレイン電流−電圧特性
を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing drain current-voltage characteristics of an optical signal detection MOS transistor of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の全体
の回路構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an overall circuit configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図9】図8の固体撮像素子を動作させる際のタイミン
グチャートである。
FIG. 9 is a timing chart when the solid-state imaging device of FIG. 8 is operated.

【図10】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
1)である。
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views (part 1) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図11】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
2)である。
FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views (part 2) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図12】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
3)である。
FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views (part 3) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention;

【図13】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
4)である。
FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views (part 4) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention;

【図14】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
5)である。
FIGS. 14A and 14B are cross-sectional views (part 5) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention;

【図15】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
6)である。
FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views (part 6) illustrating the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図16】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
7)である。
FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views (part 7) illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention;

【図17】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
8)である。
17A and 17B are cross-sectional views (No. 8) illustrating the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【図18】(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係
る固体撮像素子の製造方法について示す断面図(その
9)である。
FIGS. 18A and 18B are cross-sectional views (No. 9) illustrating the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板(第1及び第2の基体層、第7の半導体層) 12 n型ウエル層(第1及び第3の半導体層、一導電
型領域) 15a 第1のウエル領域(第2の半導体層) 15b 第2のウエル領域(第4の半導体層) 15c チャネルドープ層 16a ソース領域 17 不純物領域 17a ドレイン領域 18 ゲート絶縁膜 19 ゲート電極 25 キャリアポケット(高濃度埋込層) 31 エピタキシャル層(第7の半導体層) 32 n型埋込層(一導電型の埋込層、第1の半導体
層、第1の埋込層、第5の半導体層) 33 p型埋込層(反対導電型の埋込層、第2の基体
層、第2の埋込層、第6の半導体層) 55 第1のマスク 60 第2のマスク 71 第3のマスク 101 単位画素 106 定電流源(負荷回路) 107 映像信号出力端子 111 受光ダイオード 112 光信号検出用絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ(光信号検出用MOSトランジスタ)
Reference Signs List 11 substrate (first and second base layers, seventh semiconductor layer) 12 n-type well layer (first and third semiconductor layers, one conductivity type region) 15a first well region (second semiconductor layer) 15b 2nd well region (fourth semiconductor layer) 15c channel dope layer 16a source region 17 impurity region 17a drain region 18 gate insulating film 19 gate electrode 25 carrier pocket (high concentration buried layer) 31 epitaxial layer (seventh layer) 32) n-type buried layer (one conductivity type buried layer, first semiconductor layer, first buried layer, fifth semiconductor layer) 33 p-type buried layer (opposite conductivity type buried layer) 55 first mask 60 second mask 71 third mask 101 unit pixel 106 constant current source (load circuit) 107 image Signal output terminal 111 Light receiving Diode 112 optical signal detecting insulated gate field effect transistor (optical signal detection MOS transistor)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型の第1の半導体層内の反対導電
型の第2の半導体層に形成された受光ダイオードと、一
導電型の第3の半導体層内の反対導電型の第4の半導体
層に形成された該受光ダイオードに隣接する光信号検出
用の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを備えた固体
撮像素子において、 前記受光ダイオードの部分は、前記第2の半導体層の表
層に一導電型の不純物領域を有し、前記絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ部分は、前記第4の半導体層の表層
に一導電型のソース領域及びドレイン領域と、該ソース
領域とドレイン領域の間のチャネル領域とを有し、かつ
該チャネル領域下のソース領域の近くの前記第4の半導
体層内部に反対導電型の高濃度埋込層を有し、かつ該チ
ャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート
電極を有し、 前記不純物領域と前記ドレイン領域とが接続し、前記第
1の半導体層と前記第3の半導体層とが接続し、前記第
2の半導体層と前記第4の半導体層とが接続し、 前記第2の半導体層の下の第1の半導体層の部分は、前
記第4の半導体層の下の第3の半導体層の部分よりも深
さ方向において厚くなっていることを特徴とする固体撮
像素子。
1. A light-receiving diode formed in a second semiconductor layer of an opposite conductivity type in a first semiconductor layer of one conductivity type, and a fourth photodiode of an opposite conductivity type in a third semiconductor layer of one conductivity type. A solid-state imaging device comprising: an insulated gate field effect transistor for detecting an optical signal adjacent to the light receiving diode formed in the semiconductor layer of claim 1; A conductive type impurity region, wherein the insulated gate field effect transistor portion includes a source region and a drain region of one conductivity type in a surface layer of the fourth semiconductor layer, and a channel region between the source region and the drain region. A high concentration buried layer of the opposite conductivity type inside the fourth semiconductor layer near the source region below the channel region, and formed on the channel region via a gate insulating film Game played An electrode, wherein the impurity region is connected to the drain region, the first semiconductor layer is connected to the third semiconductor layer, and the second semiconductor layer is connected to the fourth semiconductor layer. And a portion of the first semiconductor layer below the second semiconductor layer is thicker in a depth direction than a portion of the third semiconductor layer below the fourth semiconductor layer. Solid-state imaging device.
【請求項2】 前記第1の半導体層は反対導電型の第1
の基体層上に形成され、前記第3の半導体層は前記第1
の基体層と接続した反対導電型の第2の基体層上に形成
されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素
子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer has a first conductivity type opposite to the first conductivity type.
And the third semiconductor layer is formed on the first
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said solid-state imaging device is formed on a second base layer of the opposite conductivity type connected to said base layer.
【請求項3】 前記第1の基体層は反対導電型半導体の
基板からなり、かつ前記第1の半導体層は一導電型の埋
込層を含む第5の半導体層と、該第5の半導体層上の一
導電型のウエル領域とからなり、 前記第2の基体層は前記反対導電型半導体の基板と、該
基板上の反対導電型の埋込層を含む第6の半導体層とか
らなり、かつ前記第3の半導体層は前記一導電型のウエ
ル領域からなることを特徴とする請求項2記載の固体撮
像素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first base layer is formed of a substrate of an opposite conductivity type semiconductor, and the first semiconductor layer includes a fifth semiconductor layer including a buried layer of one conductivity type, and the fifth semiconductor layer. The second base layer comprises a substrate of the opposite conductivity type semiconductor and a sixth semiconductor layer including a buried layer of the opposite conductivity type on the substrate. 3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein said third semiconductor layer is made of said one conductivity type well region.
【請求項4】 前記高濃度埋込層が形成されたソース領
域の近辺は、前記ドレイン領域から前記ソース領域に至
るチャネル長方向の一部領域であって、前記ソース領域
側であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に
記載の固体撮像素子。
4. The vicinity of the source region where the high-concentration buried layer is formed is a partial region in the channel length direction from the drain region to the source region, and is on the source region side. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項5】 前記高濃度埋込層はチャネル幅方向全域
にわたって形成されていることを特徴とする請求項1乃
至4の何れか一に記載の固体撮像素子。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the high-concentration buried layer is formed over an entire region in a channel width direction.
【請求項6】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のゲート電極はリング状を有し、前記ソース領域は前記
ゲート電極によって囲まれた前記第4の半導体層の表層
に形成され、前記ドレイン領域は前記ゲート電極を囲む
ように前記第4の半導体層の表層に形成されていること
を特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の固体撮
像素子。
6. The gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a ring shape, the source region is formed on a surface of the fourth semiconductor layer surrounded by the gate electrode, and the drain region is The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is formed on a surface of the fourth semiconductor layer so as to surround a gate electrode.
【請求項7】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のゲート電極及びその周辺は遮光されていることを特徴
とする請求項1乃至6の何れか一に記載の固体撮像素
子。
7. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a gate electrode of the insulated gate field effect transistor and its periphery are shielded from light.
【請求項8】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
のソース領域に負荷回路が接続されてソースフォロワ回
路を構成していることを特徴とする請求項1乃至7の何
れか一に記載の固体撮像素子。
8. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a load circuit is connected to a source region of said insulated gate field effect transistor to form a source follower circuit. .
【請求項9】 前記ソースフォロワ回路のソース出力は
映像信号出力端子に接続されていることを特徴とする請
求項8記載の固体撮像素子。
9. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein a source output of said source follower circuit is connected to a video signal output terminal.
【請求項10】 第1のマスクにより一導電型不純物を
反対導電型の第7の半導体層に導入して該第7の半導体
層の内部に一導電型の第1の埋込層を形成する工程と、 前記第1のマスクにより前記第7の半導体層に反対導電
型不純物を導入して前記第7の半導体層の表層であって
かつ前記第1の埋込層上方に反対導電型の第1のウエル
領域を形成する工程と、 前記第7の半導体層の表層に一導電型不純物を導入し
て、前記第1の埋込層と接続し、前記第1のウエル領域
を含むように一導電型領域を形成する工程と、 第2のマスクにより前記第7の半導体層の内部に反対導
電型不純物を導入し、前記一導電型領域の下に前記第7
の半導体層よりも高い不純物濃度を有する反対導電型の
第2の埋込層を形成する工程と、 前記第2のマスクにより前記第2の埋込層の上方であっ
て前記一導電型領域の表層に反対導電型不純物を導入
し、前記第1のウエル領域と繋がった反対導電型の第2
のウエル領域を形成する工程と、 前記第2のマスクにより前記第2のウエル領域の表層に
一導電型不純物を導入し、一導電型のチャネルドープ層
を形成する工程と、 第3のマスクにより前記第2のウエル領域内部に反対導
電型不純物を導入し、前記第2のウエル領域よりも高い
不純物濃度を有し、かつ前記チャネルドープ層の下の第
2のウエル領域内部に反対導電型の高濃度埋込層を形成
する工程と、 半導体基板表面を熱酸化してゲート絶縁膜を形成する工
程と、 前記高濃度埋込層を覆うように、かつ該高濃度埋込層が
ソース領域側に近くなるように前記ゲート絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の第2のウエル領域表層に一導電
型のソース領域及びドレイン領域を形成するとともに第
1のウエル領域表層に不純物領域を形成する工程とを有
することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
10. An impurity of one conductivity type is introduced into a seventh semiconductor layer of the opposite conductivity type by a first mask to form a first buried layer of one conductivity type inside the seventh semiconductor layer. And a step of introducing an impurity of the opposite conductivity type into the seventh semiconductor layer by the first mask to form a second impurity of the opposite conductivity type on the surface of the seventh semiconductor layer and above the first buried layer. Forming one well region; and introducing one conductivity type impurity into a surface layer of the seventh semiconductor layer so as to connect to the first buried layer so as to include the first well region. Forming a conductivity type region, introducing an opposite conductivity type impurity into the seventh semiconductor layer by a second mask, and forming the seventh conductivity type region under the one conductivity type region.
Forming a second buried layer of the opposite conductivity type having a higher impurity concentration than that of the semiconductor layer; and forming a second buried layer of the one conductivity type above the second buried layer by the second mask. An impurity of the opposite conductivity type is introduced into the surface layer, and the second impurity of the opposite conductivity type connected to the first well region.
Forming a well region of the second well region, introducing a one-conductivity-type impurity into the surface layer of the second well region by the second mask, and forming a one-conductivity-type channel dope layer; An impurity of the opposite conductivity type is introduced into the second well region, the impurity concentration is higher than that of the second well region, and an opposite conductivity type impurity is introduced into the second well region below the channel dope layer. Forming a high concentration buried layer; thermally oxidizing a semiconductor substrate surface to form a gate insulating film; and covering the high concentration buried layer so that the high concentration buried layer is on the source region side. Forming a gate electrode on the gate insulating film so as to be closer to the first well region; forming a source region and a drain region of one conductivity type in a surface layer of a second well region on both sides of the gate electrode; On the surface Method for manufacturing a solid-state imaging device characterized by a step of forming a net things region.
【請求項11】 前記ゲート電極はリング状を有し、前
記ソース領域は前記ゲート電極によって囲まれた前記第
2のウエル領域の表層に形成し、前記ドレイン領域は前
記ゲート電極を囲むように前記第2のウエル領域の表層
に形成することを特徴とする請求項10記載の固体撮像
素子の製造方法。
11. The gate electrode has a ring shape, the source region is formed in a surface layer of the second well region surrounded by the gate electrode, and the drain region is formed so as to surround the gate electrode. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the method is formed on a surface layer of the second well region.
【請求項12】 請求項1乃至9の何れか一に記載の固
体撮像素子を備えた固体撮像装置。
12. A solid-state imaging device comprising the solid-state imaging device according to claim 1.
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