JP2001308309A - Solid-state image pickup element and its manufacturing method - Google Patents

Solid-state image pickup element and its manufacturing method

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JP2001308309A
JP2001308309A JP2000125951A JP2000125951A JP2001308309A JP 2001308309 A JP2001308309 A JP 2001308309A JP 2000125951 A JP2000125951 A JP 2000125951A JP 2000125951 A JP2000125951 A JP 2000125951A JP 2001308309 A JP2001308309 A JP 2001308309A
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region
trench
diffusion layer
solid
imaging device
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JP2000125951A
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Japanese (ja)
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Nobuhiro Karasawa
信浩 唐澤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup element that can extend the area rate of a light reception region in a unit pixel area, and a manufacturing method of the solid-state image pickup element. SOLUTION: A trench 14 is provided at the surface side of a substrate 11, a light reception region 17 is provided at the bottom part of the trench 14, and a charge transfer region 25 is provided on the side wall of the trench 14. The charge transfer region 25 is composed of an N-type diffusion layer 26 that is formed in the side-wall surface layer of the trench, a side-wall-like transfer electrode 27 that is formed along the side wall of the trench, and an insulating film 23 that is provided between the N-type diffusion layer 26 and the transfer electrode 27. A read region 20 using the transfer electrode 27 as a read electrode is provided between the charge transfer and light reception regions 27 and 17.

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
の製造方法に関し、特には受光領域の開口率の向上を図
ることが可能な固体撮像素子及びその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solid-state imaging device capable of improving the aperture ratio of a light receiving region and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、インターライン転送型の固体撮
像素子の一例を示す断面構造図であり、固体撮像素子の
画素領域における電荷転送方向に垂直な断面を示してい
る。この図に示す固体撮像素子は、基板1の表面側に複
数の画素2を配列してなり、電荷転送方向に対して垂直
な方向に配列された画素2間には、素子分離領域3が配
置されている。各画素2には、入射した光を電子に変化
して蓄積する光電変換・電荷蓄積領域(以下、受光領域
と記す)4が設けられると共に、各受光領域4に隣接さ
せてMOS構造の読出し領域5が設けられている。ま
た、読出し領域5に隣接させた状態で、電荷転送領域6
が設けられており、この電荷転送領域6を覆い受光領域
4を開口する状態で遮光膜7が設けられている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a sectional structural view showing an example of an interline transfer type solid-state imaging device, and shows a cross section perpendicular to a charge transfer direction in a pixel region of the solid-state imaging device. In the solid-state imaging device shown in FIG. 1, a plurality of pixels 2 are arranged on the surface side of a substrate 1, and an element isolation region 3 is arranged between the pixels 2 arranged in a direction perpendicular to the charge transfer direction. Have been. Each pixel 2 is provided with a photoelectric conversion / charge storage region (hereinafter referred to as a light receiving region) 4 for converting incident light into electrons and storing the electrons, and a reading region of a MOS structure adjacent to each light receiving region 4. 5 are provided. Further, the charge transfer region 6 is adjacent to the readout region 5.
The light shielding film 7 is provided so as to cover the charge transfer region 6 and open the light receiving region 4.

【0003】ここで、受光領域4から読み出される電荷
が電子の場合、素子分離領域3は基板1の表面側に形成
されたP型拡散層からなり、受光領域4は基板1の表面
層に設けられたP型拡散層4aとその下層のN型拡散層
4bとからなるフォトダイオードによって構成される。
また、読出し領域5は、基板1の表面層のN型拡散層5
aと、その上部に絶縁膜8を介して設けられた読出し電
極9によって構成される。さらに、電荷転送領域6は、
基板1の表面層のN型拡散層6aと、その上部に絶縁膜
7を介して設けられた転送電極9とによって構成され、
図示したように読出し電極9と転送電極9とが一体に形
成されていても良い。
Here, when the charges read from the light receiving region 4 are electrons, the element isolation region 3 is formed of a P-type diffusion layer formed on the surface side of the substrate 1, and the light receiving region 4 is provided on the surface layer of the substrate 1. The photodiode is composed of the P-type diffusion layer 4a and the N-type diffusion layer 4b under the P-type diffusion layer 4a.
Further, the readout region 5 is formed of the N-type diffusion layer 5
a and a readout electrode 9 provided thereon with an insulating film 8 interposed therebetween. Further, the charge transfer region 6
An N-type diffusion layer 6a as a surface layer of the substrate 1, and a transfer electrode 9 provided thereon with an insulating film 7 interposed therebetween;
As shown, the read electrode 9 and the transfer electrode 9 may be formed integrally.

【0004】このように構成された固体撮像素子では、
受光領域4で光電変換されて蓄積された電荷は、転送電
極9に電圧を加えることによって読出し領域5のN型拡
散層5aを介して電荷転送領域6のN型拡散層6aに読
み出され、さらに電荷転送方向に配列された読出し電極
9に順次電圧を加えることによって画素領域外に転送さ
れる。
[0004] In the solid-state imaging device configured as described above,
The charge that has been photoelectrically converted and accumulated in the light receiving region 4 is read out to the N-type diffusion layer 6a of the charge transfer region 6 via the N-type diffusion layer 5a of the read-out region 5 by applying a voltage to the transfer electrode 9, Further, by sequentially applying a voltage to the readout electrodes 9 arranged in the charge transfer direction, the data is transferred to the outside of the pixel region.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】近年、固体撮像素子の
多画素化が進展しており、これにともなって単位画素面
積が縮小化される傾向にある。ところが、図6に示した
構成の固体撮像素子では、素子分離領域3、受光領域
4、読出し領域5及び電荷転送領域6が平面的に配置さ
れているため、単位画素面積が縮小されると受光領域4
の面積も縮小されることになる。したがって、同一の画
素領域面積においてさらなる多画素化を進展させる場
合、入射光量の減少による感度(全体的な入射光量に対
する出力)の低下や、蓄積可能電荷量の低下による飽和
出力(最大電荷蓄積量)の低下等の問題を避けることが
できない。
In recent years, the number of pixels in a solid-state imaging device has been increased, and accordingly, the unit pixel area tends to be reduced. However, in the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 6, the element isolation region 3, the light receiving region 4, the readout region 5, and the charge transfer region 6 are arranged in a plane. Area 4
Is also reduced. Therefore, when further increasing the number of pixels in the same pixel region area, the sensitivity (output with respect to the overall incident light amount) decreases due to the decrease in the incident light amount, and the saturation output (maximum charge accumulation amount) due to the decrease in the storable charge amount. ) Cannot be avoided.

【0006】そこで本発明は、単位画素面積に占める受
光領域の面積率を拡大することが可能で、これにより感
度及び最大電荷蓄積量の向上を図ることが可能な固体撮
像素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a solid-state image sensor capable of increasing the area ratio of the light receiving region to the unit pixel area, thereby improving the sensitivity and the maximum charge storage amount, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、基板の表面側に設けられた受光領域
の脇に電荷転送領域を配置してなる固体撮像素子におい
て、基板の表面側に形成されたトレンチの底部に受光領
域が設けられており、このトレンチの側壁に電荷転送領
域が設けられていることを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device having a charge transfer region arranged beside a light receiving region provided on a front surface side of a substrate. A light receiving region is provided at the bottom of a trench formed on the front surface side, and a charge transfer region is provided on a side wall of the trench.

【0008】このような構成の固体撮像素子において
は、トレンチ底部の受光領域に対して、トレンチ側壁の
電荷転送領域が3次元的に配置されることになる。この
ため、電荷転送領域の平面視的な配置面積が縮小され、
単位画素における受光領域の開口率が拡大される。
In the solid-state imaging device having such a configuration, the charge transfer region on the side wall of the trench is three-dimensionally arranged with respect to the light receiving region at the bottom of the trench. For this reason, the arrangement area of the charge transfer region in plan view is reduced,
The aperture ratio of the light receiving region in the unit pixel is enlarged.

【0009】また、このような構成の固体撮像素子を製
造する場合には、半導体基板の表面側にトレンチを形成
し、読出し電極を兼ねたサイドウォール状の転送電極を
トレンチの側壁に絶縁膜を介して形成し、この転送電極
から露出するトレンチの底部に受光領域を形成する。
In the case of manufacturing a solid-state image pickup device having such a structure, a trench is formed on the front surface side of a semiconductor substrate, and a sidewall-shaped transfer electrode also serving as a readout electrode is provided with an insulating film on a side wall of the trench. The light receiving region is formed at the bottom of the trench exposed from the transfer electrode.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像素子を図
面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の固体撮
像素子の一実施形態例を示す断面図であり、インターラ
イン転送型の固体撮像素子の画素領域における電荷転送
方向に垂直な断面を示している。尚、ここでは取り扱う
信号電荷が電子である場合を例に採って説明を行うが、
正孔を信号電荷とした場合には、文中のN型をP型に、
P型をN型に置き換えることとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention, and shows a cross section perpendicular to a charge transfer direction in a pixel region of an interline transfer type solid-state imaging device. Here, the case where the signal charges to be handled are electrons will be described as an example,
When holes are used as signal charges, N-type in the text is changed to P-type,
The P type is replaced with the N type.

【0011】この図に示す固体撮像素子は、基板11の
表面側に複数の画素12を配列してなる。基板11は、
N型シリコンからなるものであり、所定深さにPウェル
拡散層13が設けられている。また、基板11の表面側
には、Pウェル拡散層13よりも浅い部分に複数のトレ
ンチ14が形成されると共に、固体撮像素子の各機能部
分が設けられている。これらのトレンチ14は、電荷転
送方向に沿って延設されており、これらのトレンチ14
間には電荷転送方向に延設された凸状部15が設けられ
る。尚、各凸状部15は、各画素12の一端側に配置さ
ていることとする。
The solid-state imaging device shown in FIG. 1 has a plurality of pixels 12 arranged on the front side of a substrate 11. The substrate 11
It is made of N-type silicon, and has a P-well diffusion layer 13 at a predetermined depth. On the surface side of the substrate 11, a plurality of trenches 14 are formed in a portion shallower than the P-well diffusion layer 13, and each functional portion of the solid-state imaging device is provided. These trenches 14 extend along the charge transfer direction.
A convex portion 15 extending in the charge transfer direction is provided therebetween. It is assumed that each convex portion 15 is arranged on one end side of each pixel 12.

【0012】そして、電荷転送方向に対して垂直に配列
された画素12間には、素子分離領域16が配置されて
いる。この素子分離領域16は、基板11の表面側に形
成されたP型拡散層からなり、例えば凸状部15脇の下
方、すなわちトレンチ14底部の一端側に設けられるこ
ととする。
An element isolation region 16 is arranged between the pixels 12 arranged perpendicular to the charge transfer direction. This element isolation region 16 is made of a P-type diffusion layer formed on the front surface side of the substrate 11 and is provided, for example, below the convex portion 15, that is, at one end of the bottom of the trench 14.

【0013】また、各画素12には、入射した光を電子
に変換して蓄積する光電変換・電荷蓄積領域(以下、受
光領域と記す)17が、素子分離領域16に隣接させて
トレンチ14の底部に設けられている。この受光領域1
7は、トレンチ14の底面部分の表面層に設けられたP
+拡散層18とその下層のN型拡散層19とからなるフ
ォトダイオードによって構成される。
In each pixel 12, a photoelectric conversion / charge storage region (hereinafter, referred to as a light receiving region) 17 for converting incident light into electrons and storing the electrons is provided adjacent to the element isolation region 16 in the trench 14. It is provided at the bottom. This light receiving area 1
7 is a P layer provided on the surface layer at the bottom of the trench 14.
The photodiode is constituted by a + diffusion layer 18 and an N-type diffusion layer 19 below the + diffusion layer 18.

【0014】そして、凸状部15の下部からトレンチ1
4の底部に掛けての、受光領域17と素子分離領域16
とに挟まれた位置には、MOS構造の読出し領域20が
設けられている。この読出し領域20は、N-拡散層2
1と、このN-拡散層21の表面層に設けられたN--
散層22と、このN-- 拡散層22の上部に絶縁膜23
を介して設けられた読出し電極24とによって構成され
ている。
Then, from the lower part of the convex portion 15, the trench 1 is formed.
4 and the light receiving region 17 and the device isolation region 16
A read region 20 having a MOS structure is provided at a position between the two. This read area 20 is formed of the N - diffusion layer 2
1, an N diffusion layer 22 provided on the surface layer of the N diffusion layer 21, and an insulating film 23 on the N diffusion layer 22.
And the readout electrode 24 provided through the gate.

【0015】N-拡散層21は、受光領域17及び素子
分離領域16とに対して隣接させて設けられており、受
光領域17のN型拡散層19よりもN型不純物が低濃度
であることとする。N-- 拡散層22は、トレンチ14
底部の表面層部分に設けられ、N-拡散層21よりもさ
らにN型不純物が低濃度であることとする。そして、読
出し電極24は、N-- 拡散層22の上部及びトレンチ
14の側壁に、絶縁膜23を介してサイドウォール状に
設けられており、この読出し電極24と絶縁膜23とN
-- 拡散層22とで読出しゲートが構成されている。
The N - diffusion layer 21 is provided adjacent to the light receiving region 17 and the element isolation region 16 and has a lower concentration of N-type impurities than the N-type diffusion layer 19 in the light receiving region 17. And N - diffusion layer 22, the trench 14
It is provided on the bottom surface layer portion, and it is assumed that the N-type impurity has a lower concentration than the N - diffusion layer 21. The read electrode 24 is provided in a sidewall shape above the N diffusion layer 22 and on the side wall of the trench 14 with an insulating film 23 interposed therebetween.
The readout gate is constituted by the diffusion layer 22.

【0016】また、トレンチ14の側壁部分、すなわち
読出し領域20上方の凸状部15には、電荷転送領域2
5が設けられている。この電荷転送領域25は、トレン
チ14の側壁の表面層に設けられたN型拡散層26と、
読出し電極24と一体に形成されたサイドウォール状の
転送電極27とによって構成される。このN型拡散層2
6は、読出し領域20のN-拡散層21よりもN型不純
物が高濃度であり、N-拡散層21及びN-- 拡散層22
に隣接させて設けられている。
The charge transfer region 2 is formed on the side wall of the trench 14, that is, on the convex portion 15 above the read region 20.
5 are provided. The charge transfer region 25 includes an N-type diffusion layer 26 provided in a surface layer on the side wall of the trench 14,
It is constituted by a read electrode 24 and a sidewall-shaped transfer electrode 27 formed integrally. This N-type diffusion layer 2
6 has a higher concentration of the N-type impurity than the N diffusion layer 21 in the readout region 20, and includes the N diffusion layer 21 and the N diffusion layer 22.
Are provided adjacent to each other.

【0017】そして、基板11上には、電荷転送領域2
5を覆い受光領域17を開口する状態で絶縁膜28を介
して遮光膜29が設けられている。
The charge transfer region 2 is provided on the substrate 11.
5, a light-shielding film 29 is provided via an insulating film 28 in a state where the light-receiving region 17 is opened.

【0018】次に、このように構成された固体撮像素子
の作動を図2に基づいて説明する。図2(1)は、固体
撮像素子の1画素分の断面図であり、図2(2)及び図
2(3)は図2(1)におけるA−B−C−D線上のポ
テンシャルを示している。
Next, the operation of the solid-state image pickup device thus constructed will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view of one pixel of the solid-state imaging device, and FIGS. 2B and 2C show the potential on the line ABCD in FIG. ing.

【0019】先ず、受光領域17に電荷を蓄積させる場
合には、図2(2)のポテンシャル図に示すように、P
ウェル拡散層13部分の障壁よりも、読出し領域20に
おける読出しゲートの障壁が高くなるように、転送電極
27(読出し電極24)の電位を保つ。これによって、
受光領域17のN型拡散層19のポテンシャルを極小化
させ、Pウェル拡散層13よりも浅い領域において光電
変換によって発生した信号電荷(ここでは電子)をN型
拡散層19に蓄積させる。また、余剰に発生した信号電
荷は、Pウェル拡散層13の障壁を越えて基板11の裏
面側に排出される。
First, when charges are accumulated in the light receiving region 17, as shown in the potential diagram of FIG.
The potential of the transfer electrode 27 (read electrode 24) is maintained such that the barrier of the read gate in the read region 20 is higher than the barrier of the well diffusion layer 13 portion. by this,
The potential of the N-type diffusion layer 19 in the light receiving region 17 is minimized, and signal charges (here, electrons) generated by photoelectric conversion in a region shallower than the P-well diffusion layer 13 are accumulated in the N-type diffusion layer 19. The extra signal charges are discharged to the back side of the substrate 11 over the barrier of the P-well diffusion layer 13.

【0020】そして、N型拡散層19に蓄積された信号
電荷を転送領域25のN型拡散層26に読み出す場合に
は、図2(3)のポテンシャル図に示すように、読出し
ゲート及び電荷転送領域25のN型拡散層26のポテン
シャルが、受光領域17のN型拡散層19のポテンシャ
ルよりも深くなるように、転送電極27の電位を保つ。
これによって、N型拡散層19に蓄積された信号電荷
を、転送領域25のN型拡散層26に読み出す。
When the signal charges stored in the N-type diffusion layer 19 are read out to the N-type diffusion layer 26 in the transfer region 25, as shown in the potential diagram of FIG. The potential of the transfer electrode 27 is maintained such that the potential of the N-type diffusion layer 26 in the region 25 becomes deeper than the potential of the N-type diffusion layer 19 in the light receiving region 17.
As a result, the signal charges stored in the N-type diffusion layer 19 are read out to the N-type diffusion layer 26 in the transfer region 25.

【0021】さらに、転送方向に配列形成された転送電
極27をパルス駆動することによって、電荷転送領域2
5のN型拡散層26に読み出された信号電荷を転送す
る。この際、Pウェル拡散層13の障壁よりも読出しゲ
ート部分の障壁が高く維持される範囲で転送電極27の
電位を振幅させることとする。
Further, the transfer electrodes 27 arranged in the transfer direction are pulse-driven so that the charge transfer regions 2 are formed.
5 to transfer the read signal charges to the N-type diffusion layer 26. At this time, the potential of the transfer electrode 27 is made to oscillate within a range where the barrier of the read gate portion is maintained higher than the barrier of the P well diffusion layer 13.

【0022】以上説明したような構成の固体撮像素子
は、基板11に形成されたトレンチ14の側壁に電荷転
送領域25が設けられていることから、トレンチ14の
底部に形成された受光領域17に対して電荷転送領域2
5が3次元的に配置されることになる。このため、電荷
転送領域25の平面視的な配置面積を縮小することがで
き、単位画素における受光領域17の開口率が拡大され
る。このため、図6を用いて説明した従来の固体撮像素
子と比較して感度の向上及び最大電荷蓄積量の増加を図
ることができ、さらなる画素面積の縮小化及び多画素化
を図ることが可能になる。
In the solid-state imaging device having the above-described structure, since the charge transfer region 25 is provided on the side wall of the trench 14 formed in the substrate 11, the light-receiving region 17 formed on the bottom of the trench 14 In contrast, the charge transfer region 2
5 are three-dimensionally arranged. Therefore, the arrangement area of the charge transfer region 25 in plan view can be reduced, and the aperture ratio of the light receiving region 17 in the unit pixel is increased. Therefore, the sensitivity can be improved and the maximum charge storage amount can be increased as compared with the conventional solid-state imaging device described with reference to FIG. 6, and the pixel area can be further reduced and the number of pixels can be increased. become.

【0023】次に、本発明の固体撮像素子の製造方法の
一例を、図3から図5の断面工程図に基づいて説明す
る。尚、これらの断面工程図は、図1に示した断面図の
1画素分に対応している。
Next, an example of a method for manufacturing a solid-state image sensor according to the present invention will be described with reference to cross-sectional process diagrams shown in FIGS. Note that these sectional process diagrams correspond to one pixel of the sectional view shown in FIG.

【0024】先ず、図3(1)に示すように、N型シリ
コンからなる基板11の所定深さにイオン注入によって
Pウェル拡散層13を形成する。尚、Pウェル拡散層1
3及びその上層のN型シリコン部分は、多層エピタキシ
ャル成長によって形成しても良い。
First, as shown in FIG. 3A, a P-well diffusion layer 13 is formed at a predetermined depth of a substrate 11 made of N-type silicon by ion implantation. The P-well diffusion layer 1
3 and the upper N-type silicon portion may be formed by multilayer epitaxial growth.

【0025】次に、図3(2)に示すように、基板11
の表面層をパターンエッチングし、Pウェル拡散層13
の上部にトレンチ14を形成すると共に、トレンチ14
間の凸状部15を形成する。このトレンチ14は、例え
ばここでの図示を省略したレジストパターンをマスクに
用いて基板11表面をエッチングすることによって形成
する。また、このトレンチ14は、基板11の表面側に
配置される複数の受光領域に対応させて形成し、電荷転
送方向(図面における奥行き方向)に沿って形成される
こととする。
Next, as shown in FIG.
Pattern etching of the surface layer of the P-well diffusion layer 13
And a trench 14 is formed on top of
An intervening convex portion 15 is formed. The trench 14 is formed, for example, by etching the surface of the substrate 11 using a resist pattern not shown here as a mask. The trenches 14 are formed corresponding to a plurality of light receiving regions arranged on the front surface side of the substrate 11, and are formed along the charge transfer direction (the depth direction in the drawing).

【0026】次に、トレンチ14を形成する際のマスク
として用いたレジストパターンを除去した後、基板11
表面に対して垂直な方向からイオン注入を行うことによ
って、トレンチ14の底部にN型不純物の濃度を低下さ
せたN-- 拡散層22を形成する。このN-- 拡散層22
は、読出し領域における読出しゲートを構成するものに
なる。またこの際、基板11の初期表面(すなわち凸状
部15の表面)にもN-- 拡散層が形成されることにな
る。
Next, after removing the resist pattern used as a mask when forming the trench 14, the substrate 11
By performing ion implantation from a direction perpendicular to the surface, an N diffusion layer 22 having a reduced concentration of N-type impurities is formed at the bottom of the trench 14. This N - diffusion layer 22
Constitutes a read gate in the read region. At this time, an N diffusion layer is also formed on the initial surface of the substrate 11 (ie, the surface of the convex portion 15).

【0027】次に、図4(1)に示すように、トレンチ
14及び凸状部15の延設方向(電荷転送方向)に対し
て垂直な方向に傾けた斜めイオン注入を行うことによっ
て、トレンチ14の底面層に、高濃度のP+拡散層18
を形成すると共に凸状部15脇にN-- 拡散層22を残
す。
Next, as shown in FIG. 4A, oblique ion implantation is performed in a direction perpendicular to the extending direction (charge transfer direction) of the trench 14 and the convex portion 15 to thereby perform trench implantation. 14 is provided with a high concentration P + diffusion layer 18.
Is formed and the N diffusion layer 22 is left beside the convex portion 15.

【0028】この際のイオン注入の角度は、後に形成さ
れるポリシリコン電極の水平方向の厚みと、トレンチの
底部に残るN-- 拡散層22の幅とが一致するように、
トレンチ14の深さによって決定される。この工程で
は、トレンチ14の側壁におけるイオンの注入方向に向
かう面にも不純物が注入され、P+拡散層が形成される
ことになる。
At this time, the angle of the ion implantation is set so that the horizontal thickness of a polysilicon electrode to be formed later matches the width of the N diffusion layer 22 remaining at the bottom of the trench.
It is determined by the depth of the trench 14. In this step, impurities are also implanted into the side walls of the trench 14 in the direction of ion implantation, and a P + diffusion layer is formed.

【0029】尚ここで、電荷転送領域の構造を埋め込み
チャネル構造とする場合には、P+拡散層18を形成す
る場合の斜めイオン注入とは反対側に傾けた斜めイオン
注入によって、N-- 拡散層22側におけるトレンチ1
4の側壁表面のN型濃度を低濃度にする。
Here, when the structure of the charge transfer region is a buried channel structure, N ions are obliquely implanted to the opposite side to the oblique ion implantation when the P + diffusion layer 18 is formed. Trench 1 on diffusion layer 22 side
The N-type concentration on the side wall surface of No. 4 is reduced.

【0030】次に、図4(2)に示すように、基板11
上に形成したレジストパターン31をマスクに用いて、
素子分離領域16となるP型拡散層を形成するためのイ
オン注入を行う。ここでは、凸状部15を挟んでN--
拡散層22と反対側のトレンチ14の端部に素子分離領
域16が形成されるように、レジストパターン31を設
けることとする。そして、このイオン注入の後、レジス
トパターン31を除去する。
Next, as shown in FIG.
Using the resist pattern 31 formed above as a mask,
Ion implantation for forming a P-type diffusion layer to be the element isolation region 16 is performed. Here, across the convex portion 15 N -
A resist pattern 31 is provided so that the element isolation region 16 is formed at the end of the trench 14 opposite to the diffusion layer 22. After the ion implantation, the resist pattern 31 is removed.

【0031】次いで、図5(1)に示すように、CVD
(chemical vapor deposition)法または酸化法等によっ
て、トレンチ14の内壁を含む基板11の表面を絶縁膜
23で覆う。その後、絶縁膜23上に電極材料膜(例え
ばポリシリコン膜)を形成し、基板11に対して垂直方
向に異方性の高いエッチングを行うことで、トレンチ1
4の側壁に電極材料膜からなるサイドウォール24aを
形成し、このサイドウォール24aを読出し電極24及
び転送電極27(以下、代表して転送電極27と記す)
とする。ただし、凸状部15の両側に形成されるサイド
ウォール24aのうち、N-- 拡散層22上に形成され
たサイドウォール24aのみが転送電極27となり、こ
れによって転送電極27(読出し電極24)とN-- 拡散
層22との間に絶縁膜23を挟持してなる読出しゲート
を形成する。
Next, as shown in FIG.
The surface of the substrate 11 including the inner wall of the trench 14 is covered with an insulating film 23 by a (chemical vapor deposition) method, an oxidation method, or the like. Thereafter, an electrode material film (for example, a polysilicon film) is formed on the insulating film 23, and the substrate 1 is etched with high anisotropy in a vertical direction to thereby form the trench 1.
A sidewall 24a made of an electrode material film is formed on the side wall of the fourth electrode 4, and this sidewall 24a is used as the readout electrode 24 and the transfer electrode 27 (hereinafter, typically referred to as a transfer electrode 27).
And However, of the side walls 24a formed on both sides of the convex portion 15, only the side wall 24a formed on the N diffusion layer 22 becomes the transfer electrode 27, and thereby the transfer electrode 27 (readout electrode 24) A read gate formed by sandwiching an insulating film 23 between the N diffusion layer 22 and the N diffusion layer 22 is formed.

【0032】次に、サイドウォール24aをマスクにし
て、トレンチ14底面及び凸状部15におけるP+拡散
層19下にN型の不純物を導入する。これによって、ト
レンチ14底部のP+拡散層18下にN型不純物の濃度
が比較的高いN型拡散層19を形成し、凸状部15にN
型不純物の濃度が比較的高いN型拡散層26を形成す
る。
Next, using the sidewalls 24a as a mask, an N-type impurity is introduced into the bottom of the trench 14 and the P + diffusion layer 19 in the convex portion 15 below. Thus, an N-type diffusion layer 19 having a relatively high concentration of N-type impurities is formed below the P + diffusion layer 18 at the bottom of the trench 14, and the N-type diffusion layer 19
An N-type diffusion layer having a relatively high concentration of the type impurity is formed.

【0033】以上のようにして、トレンチ14の底部に
+拡散層18とその下部のN型拡散層19とからなる
受光領域17を形成する。また、トレンチ14の側壁
に、N型拡散層26と絶縁膜23と転送電極17とから
なる電荷転送領域25を形成する。そして、電荷転送領
域25と受光領域17とに挟まれた部分に、読出し領域
20を形成する。
As described above, the light receiving region 17 composed of the P + diffusion layer 18 and the N type diffusion layer 19 thereunder is formed at the bottom of the trench 14. Further, a charge transfer region 25 including the N-type diffusion layer 26, the insulating film 23, and the transfer electrode 17 is formed on the side wall of the trench 14. Then, the readout region 20 is formed in a portion sandwiched between the charge transfer region 25 and the light receiving region 17.

【0034】次に、図5(2)に示すように、基板11
上に形成したレジストパターン32をマスクに用いたエ
ッチングによって、N-- 拡散層22上のサイドウォー
ル24a(すなわち転送電極27)を残し、凸状部15
を挟んで反対側のサイドウォール24aを除去する。し
かる後、レジストパターン32を除去する。
Next, as shown in FIG.
By etching using the resist pattern 32 formed thereon as a mask, the sidewalls 24 a (that is, the transfer electrodes 27) on the N diffusion layer 22 are left, and the protrusions 15 are formed.
Then, the side wall 24a on the opposite side across the is removed. After that, the resist pattern 32 is removed.

【0035】その後、図1に示すように、転送電極27
及び凸状部15を覆う状態で絶縁膜28を介して遮光膜
29を形成し、受光領域17上を開口する状態で遮光膜
29をパターニングする。以上によって、図1を用いて
説明した固体撮像素子が得られる。
Thereafter, as shown in FIG.
In addition, a light-shielding film 29 is formed via the insulating film 28 so as to cover the convex portions 15, and the light-shielding film 29 is patterned so as to open above the light receiving region 17. Thus, the solid-state imaging device described with reference to FIG. 1 is obtained.

【0036】このような製造方法によれば、転送電極2
7の側壁を利用した読出し電極24を形成し、また転送
電極27をマスクにしたイオン注入によって受光領域1
7を形成している。このため、電荷転送領域25への読
出し電圧を決定する読出し領域20が、マスク材の合わ
せ精度を考慮することなく、受光領域17及び電荷転送
領域25に対して自己整合的に形成されることになる。
したがって、読出し領域20の微細化、ひいては固体撮
像素子の微細化を図ることが可能になる。
According to such a manufacturing method, the transfer electrode 2
The readout electrode 24 is formed using the side wall of the light-receiving region 7, and the light-receiving region 1 is formed by ion implantation using the transfer electrode 27 as a mask.
7 are formed. Therefore, the readout region 20 for determining the readout voltage to the charge transfer region 25 is formed in a self-aligned manner with respect to the light receiving region 17 and the charge transfer region 25 without considering the alignment accuracy of the mask material. Become.
Therefore, the readout area 20 can be miniaturized, and the solid-state imaging device can be miniaturized.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明した本発明の固体撮像素子によ
れば、基板表面に形成したトレンチの側壁に電荷転送領
域を設けた構成にすることで、トレンチの底部に設けた
受光領域に対して3次元的に電荷転送領域を配置し、電
荷転送領域の平面視的な配置面積を縮小し、単位画素に
おける受光領域の開口率(面積率)を拡大することが可
能になる。この結果、固体撮像素子の感度及び最大電荷
蓄積量の向上を図ることができ、さらなる多画素化を促
進することが可能になる。
According to the solid-state imaging device of the present invention described above, the charge transfer region is provided on the side wall of the trench formed on the substrate surface, so that the light receiving region provided on the bottom of the trench can be removed. By arranging the charge transfer regions three-dimensionally, the arrangement area of the charge transfer regions in plan view can be reduced, and the aperture ratio (area ratio) of the light receiving region in the unit pixel can be increased. As a result, the sensitivity and the maximum charge storage amount of the solid-state imaging device can be improved, and further increase in the number of pixels can be promoted.

【0038】また、本発明の固体撮像素子の製造方法に
よれば、本発明の構成を有する固体撮像素子を得ること
ができる。
Further, according to the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a solid-state imaging device having the configuration of the present invention can be obtained.

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

【図1】本発明の固体撮像素子の実施形態を示す断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention.

【図2】実施形態の固体撮像素子の動作を説明する図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the solid-state imaging device according to the embodiment.

【図3】本発明の固体撮像素子の製造方法を説明する断
面工程図(その1)である。
FIG. 3 is a sectional process view (1) for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention.

【図4】本発明の固体撮像素子の製造方法を説明する断
面工程図(その2)である。
FIG. 4 is a sectional process view (part 2) illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図5】本発明の固体撮像素子の製造方法を説明する断
面工程図(その3)である。
FIG. 5 is a sectional process view (part 3) illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図6】従来の固体撮像素子の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板、14…トレンチ、17…受光領域、18…
+拡散層、20…読出し領域、22…N-- 拡散層、2
3…絶縁膜、24…読出し電極、25…電荷転送領域、
26…N型拡散層、27…転送電極
11 ... substrate, 14 ... trench, 17 ... light receiving area, 18 ...
P + diffusion layer, 20... Readout area, 22... N - diffusion layer, 2
3 ... insulating film, 24 ... readout electrode, 25 ... charge transfer region,
26 ... N-type diffusion layer, 27 ... Transfer electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA01 AA10 AB01 BA13 CA04 DA01 DA03 DA07 EA01 EA03 EA08 EA16 FA06 FA13 FA26 FA33 FA46 GB08 5C024 CX41 CY47 GX02 GY04 GY11 5F049 MA02 MB03 NB05 RA03 RA08 SS03 SZ10 UA14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA01 AA10 AB01 BA13 CA04 DA01 DA03 DA07 EA01 EA03 EA08 EA16 FA06 FA13 FA26 FA33 FA46 GB08 5C024 CX41 CY47 GX02 GY04 GY11 5F049 MA02 MB03 NB05 RA03 RA08 SS03 SZ10 UA

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の表面側に設けられた受光領域の脇
に電荷転送領域を配置してなる固体撮像素子において、 前記受光領域は、前記基板の表面側に形成されたトレン
チの底部に設けられ、 前記電荷転送領域は、前記トレンチの側壁に設けられた
ことを特徴とする固体撮像素子。
1. A solid-state imaging device having a charge transfer region arranged beside a light receiving region provided on a front surface side of a substrate, wherein the light receiving region is provided at a bottom of a trench formed on the front surface side of the substrate. Wherein the charge transfer region is provided on a side wall of the trench.
【請求項2】 請求項1記載の固体撮像素子において、 前記電荷転送領域は、 前記トレンチの側壁表面層に形成された拡散層と、 前記トレンチの側壁に沿って形成されたサイドウォール
状の転送電極と、 前記拡散層と前記転送電極との間に設けられた絶縁膜と
によって構成されたことを特徴とする固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the charge transfer region includes a diffusion layer formed on a sidewall surface layer of the trench and a sidewall-shaped transfer formed along a sidewall of the trench. A solid-state imaging device comprising: an electrode; and an insulating film provided between the diffusion layer and the transfer electrode.
【請求項3】 請求項2記載の固体撮像素子において、 前記電荷転送領域と前記受光領域との間には、 前記転送電極を読出し電極として用いた読出し領域が設
けられたことを特徴とする固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a readout region using the transfer electrode as a readout electrode is provided between the charge transfer region and the light receiving region. Imaging device.
【請求項4】 前記基板の表面側に形成されたトレンチ
の側壁に電荷転送領域を形成し、当該トレンチの前記ト
レンチの底部に受光領域を形成する固体撮像素子の製造
方法であって、 半導体基板の表面側にトレンチを形成する工程と、 読出し電極を兼ねたサイドウォール状の転送電極を前記
トレンチの側壁に絶縁膜を介して形成する工程と、 前記転送電極から露出する前記トレンチの底部に受光領
域を形成する工程とを行うことを特徴とする固体撮像素
子の製造方法。
4. A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein a charge transfer region is formed on a side wall of a trench formed on a front surface side of the substrate, and a light receiving region is formed at a bottom of the trench of the trench. Forming a trench on the surface side of the trench, forming a sidewall-shaped transfer electrode also serving as a readout electrode on the side wall of the trench via an insulating film, and receiving light at the bottom of the trench exposed from the transfer electrode. And forming a region.
【請求項5】 請求項4記載の固体撮像装置の製造方法
において、 前記転送電極をマスクにして基板の表面側に不純物を導
入することで、前記受光領域を構成する拡散層を形成す
ることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
5. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein a diffusion layer forming the light receiving region is formed by introducing an impurity into a surface side of the substrate using the transfer electrode as a mask. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
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