JP2002353431A - Photoelectric transducer and manufacturing method therefor - Google Patents

Photoelectric transducer and manufacturing method therefor

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JP2002353431A
JP2002353431A JP2001152387A JP2001152387A JP2002353431A JP 2002353431 A JP2002353431 A JP 2002353431A JP 2001152387 A JP2001152387 A JP 2001152387A JP 2001152387 A JP2001152387 A JP 2001152387A JP 2002353431 A JP2002353431 A JP 2002353431A
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region
transistor
gate electrode
photoelectric conversion
conversion device
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JP2001152387A
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Shunsuke Inoue
俊輔 井上
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form the embedded region of a photoelectric transducer, using a threshold modulation-type MOS transistor with satisfactory reproducibility and to provide a pixel and a chip, whose characteristics are adjusted. SOLUTION: The transducer has a photodiode and an insulation gate-type transistor; the embedded region 8 of high impurity concentration for collecting charges generated in the photodiode is arranged, in a well 13 below the gate electrode of the transistor; and the embedded region 8 is self-matched with the source side end part of the gate electrode 2.

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、ディジタルスチル
カメラ、ビデオカメラレコーダー、ファクシミリ、イメ
ージスキャナーなどの撮像装置に用いられる光電変換装
置及び製造方法、より具体的には閾値変調型のMOS型
光電変換装置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 photoelectric conversion device and a manufacturing method used for an imaging device such as a digital still camera, a video camera recorder, a facsimile, and an image scanner, and more specifically, to a threshold modulation type MOS photoelectric conversion device. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光電変換装置は近年ディジタルスチルカ
メラ、ビデオカメラレコーダーを中心とする2次元画像
入力用の撮像装置、あるいはファクシミリ、スキャナー
を中心とする1次元画像読み取り用の撮像装置に適した
ものとして、急速に需要が高まっている。
2. Description of the Related Art In recent years, a photoelectric conversion device is suitable for an imaging device for inputting a two-dimensional image, mainly a digital still camera or a video camera recorder, or an imaging device for reading a one-dimensional image, mainly a facsimile or a scanner. Demand is growing rapidly.

【0003】これらの光電変換装置としてCCD(Ch
arge Coupled Device:電荷結合素
子)やMOS型の光電変換装置が用いられている。前者
は後者と比較して、感度が高くノイズが小さいために、
高画質の撮像装置として普及している反面、消費電力が
大きく、駆動電圧が高い、汎用の半導体製造プロセスが
使えないためにコストが高く、駆動回路等の周辺回路を
集積することが困難である。
As these photoelectric conversion devices, CCD (Ch)
For example, an arge coupled device (charge coupled device) or a MOS type photoelectric conversion device is used. The former has higher sensitivity and lower noise than the latter,
Although it is widely used as a high-quality image pickup device, it consumes a large amount of power, has a high drive voltage, cannot be used for a general-purpose semiconductor manufacturing process, is expensive, and it is difficult to integrate peripheral circuits such as a drive circuit. .

【0004】そのため、今後需要の拡大が予想される携
帯機器への応用には、絶縁ゲート型のトランジスタを用
いた、いわゆるMOS型の光電変換装置が多く適用され
るものと予想できる。そのためにはMOS型光電変換装
置の欠点であった画質の低さを改善するため、より少な
いトランジスタ数でノイズを抑制できる素子構造が望ま
れている。
For this reason, it is expected that a so-called MOS type photoelectric conversion device using an insulated gate type transistor will be often used for application to portable equipment, for which demand is expected to increase in the future. For that purpose, in order to improve the low image quality, which is a drawback of the MOS photoelectric conversion device, an element structure capable of suppressing noise with a smaller number of transistors is desired.

【0005】1画素あたりのトランジスタ数が少ないた
めに、微細な画素でも大きな開口率が得られる光電変換
装置として古くよりBCMD(Bulk Charge
Modulated Device)が考案されてい
る。
Since the number of transistors per pixel is small, BCMD (Bulk Charge) has long been used as a photoelectric conversion device capable of obtaining a large aperture ratio even with fine pixels.
Modulated Device) has been devised.

【0006】BCMDの改良型として、フォトダイオー
ドで発生した電荷を、MOSトランジスタのチャネルの
直下に埋め込んだ高濃度不純物層に集め、電荷によりM
OSトランジスタの閾値を変化させることにより、電荷
を検出する手法が考えられる。
As an improved type of BCMD, electric charges generated in a photodiode are collected in a high-concentration impurity layer buried immediately below a channel of a MOS transistor.
A method of detecting charge by changing the threshold value of the OS transistor can be considered.

【0007】図14〜図17は、本発明者が先に発明し
た改良型のBCMDを説明するための図であり、図14
はその一画素の回路図、図15はその平面図、及び図1
6は図15のAA′線による断面図である。
FIGS. 14 to 17 are diagrams for explaining the improved BCMD invented by the inventor first.
1 is a circuit diagram of one pixel, FIG. 15 is a plan view thereof, and FIG.
FIG. 6 is a sectional view taken along line AA 'in FIG.

【0008】1は入射した光を光電変換するフォトダイ
オード、2はフォトダイオード1から発生する電荷によ
り閾値変調されるMOSトランジスタのゲート電極、3
はMOSトランジスタのソース領域、4はソース領域を
配線につなぐコンタクト領域、5はソース電極、6はM
OSトランジスタのドレイン領域を配線につなぐコンタ
クト、7はドレイン電極、8はフォトダイオード1で発
生した電荷を集める高濃度の埋め込み領域、9は素子分
離領域である。
Reference numeral 1 denotes a photodiode for photoelectrically converting incident light; 2, a gate electrode of a MOS transistor whose threshold value is modulated by electric charges generated from the photodiode 1;
Is a source region of the MOS transistor, 4 is a contact region connecting the source region to the wiring, 5 is a source electrode, 6 is M
A contact connecting the drain region of the OS transistor to the wiring, 7 is a drain electrode, 8 is a high-concentration buried region for collecting charges generated in the photodiode 1, and 9 is an element isolation region.

【0009】そして、チャンネルストップ領域10、ウ
エル領域13はp型シリコン、ソース領域16、ドレイ
ン領域15はn型シリコンからなる。ウエル領域13は
n型領域12内に形成され、n型領域12はp型基板1
1上にある。埋め込み領域8はウエル領域12と同じ導
伝型でウエル領域12より高濃度のp型シリコンからな
る。
The channel stop region 10 and the well region 13 are made of p-type silicon, and the source region 16 and the drain region 15 are made of n-type silicon. Well region 13 is formed in n-type region 12, and n-type region 12 is formed in p-type substrate 1.
On one. The buried region 8 is of the same conductivity type as the well region 12 and is made of p-type silicon having a higher concentration than the well region 12.

【0010】フォトダイオード2は、ウエル領域13の
一部がアノードとなり、ドレイン領域15及びn型領域
12の一部がカソードとなる構成であり、そこに入射し
た光により発生した電荷のうち、ホールは、浮遊状態と
されたウエル領域13に蓄積され、そして、ホールにと
ってポテンシャルの低い埋め込み領域8に集められ蓄積
される。
The photodiode 2 has a structure in which a part of the well region 13 serves as an anode and a part of the drain region 15 and the n-type region 12 serves as a cathode. Are accumulated in the well region 13 in a floating state, and are collected and accumulated in the buried region 8 having a low potential for holes.

【0011】ここで、図17を参照して、MOSトラン
ジスタの導伝率がこの蓄積電荷により変調される様子を
説明する。図17はMOSトランジスタのゲート電極と
その下方の構造を拡大して示している。フォトダイオー
ドで発生したホール21は埋め込み領域8に蓄積され
る。この電荷はゲート電極2に鏡像電荷22を生成す
る。この鏡像電荷22により、鏡像電荷22直下のMO
Sトランジスタ部分の閾値が変化する。この作用によ
り、ゲート電極2に一定の読み出し用ゲート電圧が印加
される動作状態において、MOSトランジスタのソース
・ドレイン間に流れる電流は、閾値に応じて変化するこ
とになる。
Referring now to FIG. 17, the manner in which the conductivity of a MOS transistor is modulated by the accumulated charges will be described. FIG. 17 shows an enlarged view of the gate electrode of the MOS transistor and the structure below the gate electrode. The holes 21 generated in the photodiode are accumulated in the buried region 8. This charge generates a mirror image charge 22 on the gate electrode 2. Due to the mirror image charge 22, the MO immediately below the mirror image charge 22
The threshold value of the S transistor changes. With this operation, in an operation state in which a constant read gate voltage is applied to the gate electrode 2, the current flowing between the source and the drain of the MOS transistor changes according to the threshold value.

【0012】次に図15、図16に示した光電変換装置
の製造方法について説明する。p型シリコン11にエピ
タキシャル成長を行いn型層12を形成する。次に、全
体を薄く酸化し、次にシリコン窒化膜を堆積し、素子分
離領域の酸化膜/シリコン窒化膜をエッチング除去す
る。p型イオンをイオン注入し、画素間のチャンネルス
トップ領域10を形成したのち、LOCOS酸化を行
い、素子分離領域9を形成する。レジストパターニング
を形成し、これをマスクとしてイオンを打ち込みウエル
領域13を形成する。次に、埋め込み領域を形成するた
めのレジストパターンを形成し、これをマスクとしたイ
オン打ち込みを行う。次に、表面にゲート絶縁膜14を
形成後、ポリシリコンを堆積しゲート電極形状にパター
ニングする。このゲート電極2をマスクとして、イオン
注入によりn型のソース領域16、ドレイン領域15を
形成する。その後、絶縁膜の堆積、コンタクトの開口、
配線金属膜の堆積、パターニングを行い、コンタクト
4、6やソース・ドレイン電極5、6を形成する。
Next, a method of manufacturing the photoelectric conversion device shown in FIGS. 15 and 16 will be described. An n-type layer 12 is formed by epitaxially growing the p-type silicon 11. Next, the whole is thinly oxidized, then a silicon nitride film is deposited, and the oxide film / silicon nitride film in the element isolation region is removed by etching. After ion implantation of p-type ions to form a channel stop region 10 between pixels, LOCOS oxidation is performed to form an element isolation region 9. A resist pattern is formed, and ions are implanted using the resist pattern as a mask to form a well region 13. Next, a resist pattern for forming a buried region is formed, and ion implantation is performed using the resist pattern as a mask. Next, after forming a gate insulating film 14 on the surface, polysilicon is deposited and patterned into a gate electrode shape. Using this gate electrode 2 as a mask, an n-type source region 16 and a drain region 15 are formed by ion implantation. After that, deposition of insulating film, opening of contact,
By depositing and patterning a wiring metal film, contacts 4 and 6 and source / drain electrodes 5 and 6 are formed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記の製造方法では、埋め込み領域8とMOSトランジス
タのソース領域16までの距離が製造する光電変換装置
のチップ毎、あるいは製造時のウエハのロット毎にばら
つくために、光電変換装置の感度がばらついてしまう。
その理由は以下に説明するとおり、埋め込み領域8とソ
ース領域16の相対位置が感度を左右するためである。
MOSトランジスタの閾値の変化量ΔVthは以下の様
に表わされる: ΔVth=Q/C…(式1) ただし、Qは埋め込み領域に蓄えらえる電荷量 Cは埋め込み領域に蓄えられる電荷21とその鏡像電荷
22間で形成される静電容量 更にCは図17のように、埋め込み領域8の直上のMO
Sトランジスタのゲート絶縁膜14の容量Cgと、絶縁
膜14の下から埋め込み領域8までのシリコン領域の静
電容量Csiの直列容量からなる。従って、 C=Cg・Csi/(Cg+Csi)…(式2) 光電変換装置の重要な特性である検出感度は、電荷変換
係数、すなわち発生電荷1個で発生する出力電圧、に比
例するので、 η=e/C…(式3) ただし、ηは電荷変換係数、eは電荷素量、Cは(式
2)で定義される容量である。
However, in the above manufacturing method, the distance between the buried region 8 and the source region 16 of the MOS transistor varies for each chip of the photoelectric conversion device to be manufactured or for each lot of the wafer at the time of manufacturing. As a result, the sensitivity of the photoelectric conversion device varies.
The reason is that the relative position between the buried region 8 and the source region 16 affects the sensitivity as described below.
The change amount ΔVth of the threshold value of the MOS transistor is represented as follows: ΔVth = Q / C (Equation 1) where Q is the charge amount stored in the buried region C is the charge 21 stored in the buried region and its mirror image Further, as shown in FIG. 17, the capacitance C formed between the charges 22 is the MO directly above the buried region 8.
It comprises a capacitance Cg of the gate insulating film 14 of the S transistor and a series capacitance of the capacitance Csi of the silicon region from below the insulating film 14 to the buried region 8. Therefore, C = Cg · Csi / (Cg + Csi) (Equation 2) Since the detection sensitivity, which is an important characteristic of the photoelectric conversion device, is proportional to the charge conversion coefficient, that is, the output voltage generated by one generated charge, η = E / C (Equation 3) where η is the charge conversion coefficient, e is the elementary charge, and C is the capacity defined by (Equation 2).

【0014】埋め込み領域8からゲート電極2までの距
離が埋め込み領域からソース電極までの距離より充分短
い場合には、図17のように埋め込み領域に蓄えられる
電荷21から出る電気力線23は全てゲート電極内の鏡
像電荷22に終端するが、埋め込み領域8がソース領域
16に近づくにつれ、電荷21から出る電気力線のう
ち、ソース領域内に終端する割合が大きくなる。従っ
て、ゲート電極内に誘起される鏡像電荷はその分減少す
る。従って埋め込み領域に集められた電荷が有効にMO
Sトランジスタの閾値変化を生じさせることができなく
なる。これは感度が低下することを意味する。
When the distance from the buried region 8 to the gate electrode 2 is sufficiently shorter than the distance from the buried region to the source electrode, as shown in FIG. Although the termination ends at the mirror image charge 22 in the electrode, as the buried region 8 approaches the source region 16, the proportion of the lines of electric force generated from the charge 21 that terminate in the source region increases. Therefore, the mirror image charge induced in the gate electrode is reduced accordingly. Therefore, the charge collected in the buried region is effectively MO
It becomes impossible to cause a change in the threshold value of the S transistor. This means that the sensitivity is reduced.

【0015】以上のように、埋め込み領域8とソース領
域16までの距離により光電変換装置の感度がばらつい
てしまう。埋め込み領域とソース領域の距離を充分とる
と、MOSトランジスタの寸法が大きくなり、微細な画
素構造を実現できなくなる。
As described above, the sensitivity of the photoelectric conversion device varies depending on the distance between the buried region 8 and the source region 16. If the distance between the buried region and the source region is sufficient, the size of the MOS transistor becomes large, and a fine pixel structure cannot be realized.

【0016】そこで、本発明の目的は、埋め込み領域を
再現性よく作製し、素子寸法を小さくしても、チップ毎
の感度の不均一性を抑えて、多数の画素亘って特性の揃
った閾値変調型のMOSトランジスタを作製し得る光電
変換装置の製造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a buried region with good reproducibility, to suppress the non-uniformity in sensitivity of each chip even if the element size is reduced, and to obtain a threshold having uniform characteristics over a large number of pixels. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion device capable of manufacturing a modulation type MOS transistor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本願第1発明は、フォト
ダイオードと絶縁ゲート型のトランジスタを有し、前記
トランジスタのゲート電極下方のウエル内に、前記フォ
トダイオードで発生した電荷を集める為の、該ウエルと
同導伝型であって該ウエルより高不純物濃度の埋め込み
領域が設けられた光電変換装置において、前記埋め込み
領域は、前記トランジスタのゲート電極の端部に整合し
ていることを特徴とする。
The first invention of the present application has a photodiode and an insulated gate transistor, and collects electric charges generated by the photodiode in a well below a gate electrode of the transistor. In a photoelectric conversion device provided with a buried region having the same conductivity type as the well and a higher impurity concentration than the well, the buried region is aligned with an end of a gate electrode of the transistor. I do.

【0018】本願第2発明は、フォトダイオードと絶縁
ゲート型のトランジスタを有し、前記トランジスタのゲ
ート電極下方のウエル内に、前記フォトダイオードで発
生した電荷を集める為の、該ウエルと同導伝型であって
該ウエルより高不純物濃度の埋め込み領域が設けられた
光電変換装置の製造方法において、半導体基体に第1導
伝型のウエルを形成する工程、前記MOSトランジスタ
のゲート電極を形成する工程、前記埋め込み領域を前記
MOSトランジスタのゲート電極の端部に整合させるよ
うに前記ウエル内にイオン打ち込みを行う工程を含むこ
とを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a photodiode and an insulated gate type transistor, wherein the well is provided under the gate electrode of the transistor to collect electric charges generated by the photodiode and to conduct electricity to the well. Forming a first conductive type well in a semiconductor substrate and forming a gate electrode of the MOS transistor in a method of manufacturing a photoelectric conversion device having a mold and a buried region having a higher impurity concentration than the well; Performing ion implantation into the well so as to align the buried region with an end of a gate electrode of the MOS transistor.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(実施形態1)本発明の実施形態
1による光電変換装置について、図1〜図4を参照して
説明する。
(Embodiment 1) A photoelectric conversion device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0020】図1は光電変換装置の1画素分の断面図で
ある。平面的な構成と回路構成は、図14、図15と同
様である。
FIG. 1 is a sectional view of one pixel of the photoelectric conversion device. The planar configuration and the circuit configuration are the same as those in FIGS.

【0021】1は入射光により電荷(ここではホール)
を発生・蓄積することができるフォトダイオード、2は
発生キャリアによるチャネル導伝率変調を行う読み出し
用の絶縁ゲート型のトランジスタ(MOSトランジス
タ)のゲート電極である。ここで、フォトダイオード1
は、MOSトランジスタと一体的に構成され、p型のウ
エル13とn型のドレイン領域15とn型領域12とに
よりpn接合が形成された埋め込み型フォトダイオード
となっている。
1 is a charge (here, a hole) due to incident light.
Is a gate electrode of a read-out insulated gate transistor (MOS transistor) that performs channel conductivity modulation by generated carriers. Here, the photodiode 1
Is a buried photodiode in which a p-type well 13, an n-type drain region 15, and an n-type region 12 form a pn junction.

【0022】このゲート電極2は、例えば不純物がドー
プされたポリシリコンや、ポリシリコンと金属或いは金
属珪化物などとの積層体を用いることができる。3は上
記MOSトランジスタのn型半導体からなるソース領域
であり、このソース領域3から変調されたMOSトラン
ジスタの出力電流を撮り出すことができる。4は不図示
の絶縁層のコンタクトホール内に充填されたアルミニウ
ムやタングステンなどの導伝体からなるソースコンタク
ト、5はアルミニウムや銅などの導伝体からなるソース
電極(ソース配線)である。6は不図示の絶縁層のコン
タクトホール内に充填されたアルミニウムやタングステ
ンなどの導伝体からなるドレインコンタクト、7はアル
ミニウムや銅などの導伝体からなるドレイン電極(ドレ
イン配線)でMOSトランジスタを駆動するための電源
に接続される。8は埋め込み領域であり、高不純物濃度
のp型半導体からなる。この埋め込み領域8はゲート電
極2のソース側端部2Eに整合している。
The gate electrode 2 can be made of, for example, polysilicon doped with impurities, or a laminate of polysilicon and metal or metal silicide. Reference numeral 3 denotes a source region made of an n-type semiconductor of the MOS transistor, from which a modulated output current of the MOS transistor can be taken. Reference numeral 4 denotes a source contact made of a conductor such as aluminum or tungsten filled in a contact hole of an insulating layer (not shown), and reference numeral 5 denotes a source electrode (source wiring) made of a conductor such as aluminum or copper. Reference numeral 6 denotes a drain contact made of a conductor such as aluminum or tungsten filled in a contact hole of an insulating layer (not shown). Reference numeral 7 denotes a drain electrode (drain wiring) made of a conductor such as aluminum or copper. Connected to power supply for driving. Reference numeral 8 denotes a buried region, which is made of a p-type semiconductor having a high impurity concentration. The buried region 8 matches the source side end 2E of the gate electrode 2.

【0023】9は酸化シリコンなどからなる素子分離領
域で、隣接する画素とのクロストークを防止している。
10は素子分離のための高不純物濃度のp型半導体から
なるチャンネルストップ領域、11はp型半導体からな
る基板、12はn型半導体からなる領域であり、p型半
導体からなるウエル13を画素毎に独立するように、ウ
エル13を取り囲んでいる。14は酸化シリコンなどか
らなるゲート絶縁膜、15はドレインとなる高不純物濃
度のn型半導体からなるドレイン領域、ソース電極5が
信号出力用の配線となっている。
Reference numeral 9 denotes an element isolation region made of silicon oxide or the like, which prevents crosstalk between adjacent pixels.
Reference numeral 10 denotes a channel stop region made of a p-type semiconductor with a high impurity concentration for element isolation, 11 a substrate made of a p-type semiconductor, 12 a region made of an n-type semiconductor, and a well 13 made of a p-type semiconductor for each pixel. Surrounding the well 13 so as to be independent. 14 is a gate insulating film made of silicon oxide or the like, 15 is a drain region made of a high impurity concentration n-type semiconductor serving as a drain, and the source electrode 5 is a signal output wiring.

【0024】つぎに、この光電変換装置の動作を簡単に
説明する。
Next, the operation of the photoelectric conversion device will be briefly described.

【0025】光電変換の動作は、リセット→蓄積→読み
出しの順で行われ、この動作が繰り返される。リセット
動作では、p型のウエル領域13、及びp型の埋め込
み領域8に残っているホールを全て基板11に排出す
る。そのために、基板11に対し、正のバイアスとなる
リセット用バイアス電圧(例えば5〜10V程度)をド
レイン電極7と、MOSトランジスタのゲート電極2と
に印加する。このとき、n型の領域12は上下のpn接
合界面から延びた空乏層がパンチスルーして空乏化する
ので、p型のウエル13、及びp型の埋め込み領域8
に残っているホールはすべて基板11に吐き出され、p
型のウエル13、及びp型の埋め込み領域8も空乏化
するので、キャリアの熱的ゆらぎによるランダムノイズ
は発生しない。
The operation of photoelectric conversion is performed in the order of reset → accumulation → read, and this operation is repeated. In the reset operation, all holes remaining in the p-type well region 13 and the p + -type buried region 8 are discharged to the substrate 11. For this purpose, a reset bias voltage (for example, about 5 to 10 V) serving as a positive bias is applied to the drain electrode 7 and the gate electrode 2 of the MOS transistor with respect to the substrate 11. At this time, since the depletion layer extending from the upper and lower pn junction interfaces is punched through and depleted in the n-type region 12, the p-type well 13 and the p + -type buried region 8 are depleted.
Are discharged to the substrate 11 and p
Since the well 13 of the type and the buried region 8 of the p + type are also depleted, random noise due to thermal fluctuation of carriers does not occur.

【0026】リセット後の蓄積動作では、ドレイン電極
7にフォトダイオード1を逆バイアスしうる蓄積用バイ
アス電圧(例えば3〜5V)を印加する。又、MOSト
ランジスタのチャネルは蓄積状態又は空乏状態になるよ
うゲート電極2に印加するゲート電圧をMOSトランジ
スタの閾値以下の電圧(例えば−3ボルト〜+1ボル
ト)に設定する。この状態で、光をフォトダイオード1
に入射させる。この入射光により発生した電荷、即ち電
子−ホール対のうち電子はドレイン領域15及びドレイ
ン電極7に吸い出され、ホールは拡散とドリフトによ
り、p型ウエル13を通して埋め込み領域8に集まる。
本実施の形態では、複数の埋め込み領域8のいずれにも
ホールが集まる。また、隣接する埋め込み領域8間の隙
間は、ホールがいずれかの埋め込み領域8からのポテン
シャル勾配に引き寄せられる程度に小さく設計する。読
み出し動作では、埋め込み領域8に蓄積されたホールに
より誘起されるMOSトランジスタの導伝率の変調をM
OSトランジスタの電流としてソース電極5より読み出
す。読み出し動作のために、MOSトランジスタのゲー
ト電極2に印加される電圧を閾値電圧以上に設定する。
光電変換装置としての電流−電圧特性の直線性を確保す
るため、MOSトランジスタが5極管領域で動作するよ
うにゲート電圧を決める。
In the storage operation after reset, a storage bias voltage (for example, 3 to 5 V) that can reverse bias the photodiode 1 is applied to the drain electrode 7. Further, the gate voltage applied to the gate electrode 2 is set to a voltage equal to or lower than the threshold value of the MOS transistor (for example, -3 volts to +1 volt) so that the channel of the MOS transistor is in an accumulation state or a depletion state. In this state, light is applied to the photodiode 1
Incident on The charges generated by the incident light, that is, the electrons of the electron-hole pair are sucked out to the drain region 15 and the drain electrode 7, and the holes are collected in the buried region 8 through the p-type well 13 by diffusion and drift.
In the present embodiment, holes collect in any of the plurality of buried regions 8. The gap between adjacent buried regions 8 is designed to be small enough that holes are drawn to a potential gradient from any of the buried regions 8. In the read operation, the modulation of the conductivity of the MOS transistor induced by the holes accumulated in the buried region 8 is represented by M
The current is read from the source electrode 5 as the OS transistor current. For the read operation, the voltage applied to the gate electrode 2 of the MOS transistor is set to a threshold voltage or higher.
The gate voltage is determined so that the MOS transistor operates in the pentode region in order to ensure the linearity of the current-voltage characteristic as the photoelectric conversion device.

【0027】本実施の形態では、必要に応じて埋め込み
領域8を複数に分割すれば、電荷検出時の静電容量を小
さくすることができ、光電変換装置としての感度が向上
する。
In the present embodiment, if the buried region 8 is divided into a plurality as necessary, the capacitance at the time of detecting the charge can be reduced, and the sensitivity as the photoelectric conversion device is improved.

【0028】埋め込み領域8の分割方法としては、MO
Sトランジスタのチャネル幅方向(ゲート幅方向)に分
割することで、効率的に感度を上昇させることができ
る。
As a method of dividing the embedding area 8, MO
By dividing the S transistor in the channel width direction (gate width direction), the sensitivity can be efficiently increased.

【0029】MOSトランジスタのソース領域3のうち
フォトダイオード1に近い側は入射光により発生した電
荷が拡散・ドリフトして来る方向である。埋め込み領域
8がない部分では、電荷を埋め込み領域8で捉えること
ができず、MOSトランジスタのソース領域3内で消滅
してしまう。ソース領域3のうちフォトダイオード1が
ない側ではこのような損失が起こりにくい。埋め込み領
域8の大きさと、密度をフォトダイオードとMOSトラ
ンジスタのソース領域との位置関係に応じて変化させる
ことにより、感度を最大にする設計が可能となる。
The side closer to the photodiode 1 in the source region 3 of the MOS transistor is the direction in which the charges generated by the incident light are diffused and drifted. In a portion without the buried region 8, the charge cannot be captured by the buried region 8 and disappears in the source region 3 of the MOS transistor. Such loss is unlikely to occur on the side of the source region 3 where the photodiode 1 is not provided. By changing the size and density of the buried region 8 according to the positional relationship between the photodiode and the source region of the MOS transistor, a design that maximizes the sensitivity becomes possible.

【0030】次に、図2〜図4を参照して、本発明の実
施形態による光電変換装置の製造方法について説明す
る。
Next, a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0031】p型の単結晶シリコンからなる半導体基板
11にエピタキシャル成長を行いn型層12を形成す
る。n型層厚さは長波長側の分光感度を決めるので、検
出すべき光に応じてその厚さは決定される。次に素子分
離領域9を形成するために、全体を薄く酸化し、次にシ
リコン窒化膜を堆積し、素子分離領域9を形成すべき部
分の酸化膜/シリコン窒化膜をエッチングにより除去す
る。素子分離としても働くチャンネルストップ領域10
を形成するために、ボロンのようなp型不純物のイオン
をイオン打ち込み装置を用いて打ち込み、LOCOS酸
化を行い、素子分離領域9、10を作製する。その後、
感光性樹脂からなるレジストを塗布し、所定のパターン
に露光し、現像した後、ウエル領域13を形成すべき部
分にp型不純物を打ち込み、熱処理を行う。ウエル領域
13のイオン打ち込み量及びイオン打ち込み後の熱処理
は、リセット動作時に所望の電圧で空乏化でき、フォト
ダイオードの飽和電荷が所望の値となるよう決める。
An n-type layer 12 is formed by epitaxial growth on a semiconductor substrate 11 made of p-type single crystal silicon. Since the thickness of the n-type layer determines the spectral sensitivity on the long wavelength side, the thickness is determined according to the light to be detected. Next, in order to form the element isolation region 9, the whole is thinly oxidized, a silicon nitride film is deposited, and the oxide film / silicon nitride film in the portion where the element isolation region 9 is to be formed is removed by etching. Channel stop region 10 also acting as element isolation
Is formed by implanting ions of a p-type impurity such as boron by using an ion implanter, and performing LOCOS oxidation to produce element isolation regions 9 and 10. afterwards,
A resist made of a photosensitive resin is applied, exposed to a predetermined pattern, and developed, and then a p-type impurity is implanted into a portion where the well region 13 is to be formed, and heat treatment is performed. The amount of ion implantation of the well region 13 and the heat treatment after the ion implantation are determined so that the voltage can be depleted at a desired voltage during the reset operation, and the saturation charge of the photodiode becomes a desired value.

【0032】次にゲート電極を作製するために、ゲート
絶縁膜14を形成したのちポリシリコンのような導伝体
を堆積させ、パターニングを行いゲート電極2を形成す
る。こうして、図2に示す構造体が得られる。
Next, in order to form a gate electrode, after forming a gate insulating film 14, a conductor such as polysilicon is deposited and patterned to form a gate electrode 2. Thus, the structure shown in FIG. 2 is obtained.

【0033】次にレジストを塗付し、パターニングによ
り埋め込み領域を形成するための領域のレジストを除去
する。このレジストパターンPRはMOSトランジスタ
のドレイン領域を形成すべき領域は完全に覆うが、ゲー
ト電極の図中右側端部2Eとソース領域を形成すべき領
域は露出させるパターンである。次にボロンのイオン打
ち込みにより、p型の埋め込み領域8を形成する。この
時のイオンはソース側からみてゲート方向にイオンが入
射するように斜めイオン打ち込みを行う。斜めイオン打
ち込みにより埋め込み領域8の一部をゲート電極2の鉛
直方向下方(直下)に形成することができる。イオン打
ち込みの傾斜角度θとして基板表面の法線に対して10
°〜40°が適当である。また、埋め込み領域8の深さ
はMOSトランジスタの実効チャネルより深い位置とす
る。埋め込み領域8の濃度は、ホールを蓄積できるよう
ウエル領域13より充分高濃度の必要があるが、あまり
高ドーズで打ち込むと後のソース領域3形成時のイオン
打ち込みによりp型ドーパントをn型ドーパントで打ち
消すことができなくなるので、後に形成されるソース領
域3の濃度の1/10以下の濃度であることが望まし
い。こうして、図3に示す構造体が得られる。
Next, a resist is applied, and the resist in a region for forming a buried region is removed by patterning. The resist pattern PR completely covers the region where the drain region of the MOS transistor is to be formed, but exposes the right end 2E of the gate electrode in the drawing and the region where the source region is to be formed. Next, a p-type buried region 8 is formed by ion implantation of boron. At this time, oblique ion implantation is performed so that the ions are incident in the gate direction as viewed from the source side. Part of the buried region 8 can be formed vertically (directly below) the gate electrode 2 by oblique ion implantation. The inclination angle θ of the ion implantation is 10 with respect to the normal to the substrate surface.
Is suitable. The depth of the buried region 8 is set to a position deeper than the effective channel of the MOS transistor. The concentration of the buried region 8 needs to be sufficiently higher than that of the well region 13 so that holes can be accumulated. However, if the implantation is performed at an excessively high dose, the p-type dopant is replaced with the n-type dopant by ion implantation at the time of forming the source region 3 later. Since it becomes impossible to cancel, it is desirable that the concentration is 1/10 or less of the concentration of the source region 3 to be formed later. Thus, the structure shown in FIG. 3 is obtained.

【0034】レジストパターンPRを除去した後、ゲー
ト電極をマスクとして、イオン打ち込み及び熱処理によ
りn型のソース領域3、ドレイン領域15を形成する。
埋め込み領域8形成のために注入したp型領域のう
ち、ゲート電極2でマスクされていない部分はn型が
型を打ち消すように、p型ドーパントの打ち込み時
よりもイオン打ち込みの深さを調整し、ドーズ量をより
多く設定する。その結果、p型領域のうちゲート直下
の部分だけがp型領域として残り、電荷を集める埋め
込み領域8となる。こうして、図4に示す構造体が得ら
れる。こうして、埋め込み領域8はゲート電極2の端部
2Eに自己整合する。その後、絶縁膜の堆積、コンタク
トの開口、配線金属膜の堆積、パターニングを繰り返
し、図1に示したような構造体が得られる。その後は必
要に応じて不図示の金属遮光層を形成する。カラー用光
電変換装置を作製する場合はこの後、カラーフィルタ層
形成、マイクロレンズを形成する。
After removing the resist pattern PR, an n-type source region 3 and a drain region 15 are formed by ion implantation and heat treatment using the gate electrode as a mask.
The portion of the p + -type region implanted for forming the buried region 8 that is not masked by the gate electrode 2 has a depth of ion implantation lower than that of the p-type dopant implantation so that the n + -type cancels the p + -type. Adjust the dose and increase the dose. As a result, only a portion immediately below the gate of the p + -type region is remaining, a buried region 8 collects charges as p + -type region. Thus, the structure shown in FIG. 4 is obtained. Thus, the buried region 8 is self-aligned with the end 2E of the gate electrode 2. Thereafter, the deposition of the insulating film, the opening of the contact, the deposition of the wiring metal film, and the patterning are repeated to obtain the structure as shown in FIG. Thereafter, a metal light shielding layer (not shown) is formed as necessary. When a color photoelectric conversion device is manufactured, a color filter layer is formed and a micro lens is formed thereafter.

【0035】(実施形態2)図5は本実施形態による光
電変換装置の断面図である。コンタクトの開口、配線な
どは省略して図示している。本実施形態はMOSトラン
ジスタのソース、ドレイン構造を所謂LDD(Ligh
tly Doped Drain)構造としたものであ
る。LDD構造を形成するためにゲート電極2の側壁に
絶縁膜によるサイドスペーサ20が形成されている。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a sectional view of a photoelectric conversion device according to this embodiment. The illustration of contact openings, wiring, and the like is omitted. In this embodiment, the source / drain structure of a MOS transistor is a so-called LDD (Light
(Dropped Drain) structure. In order to form an LDD structure, a side spacer 20 made of an insulating film is formed on a side wall of the gate electrode 2.

【0036】p型シリコン11にエピタキシャル成長を
行いn型層12を形成する。次に素子分離領域を形成す
るために、全体を薄く酸化し、次にシリコン窒化膜を堆
積し、素子分離領域の酸化膜/シリコン窒化膜をエッチ
ング除去する。p型ドーパントのイオンを打ち込み、画
素間の高濃度のチャンネルストップ領域10を形成した
のち、LOCOS酸化を行い、素子分離領域9を形成す
る。レジストパターニングとイオン打ち込みによりウエ
ル領域13を形成する。ウエル領域13のイオン打ち込
みドーズ量及びイオン打ち込み後の熱処理は、リセット
動作時に所望の電圧で空乏化でき、フォトダイオードの
飽和電荷が所望の値となるよう決める。MOSトランジ
スタのチャネルの不純物プロファイルを決定するため
に、必要に応じ、イオン注入によりp型、n型の不純物
層をチャネル近辺に形成する。表面にゲート絶縁膜14
を形成後、ポリシリコンを堆積し、ゲート電極をパター
ニングする。次にレジストPRを塗付し、パターニング
により埋め込み領域を形成する領域のレジストを除去す
る。レジストパターンPRはMOSトランジスタのドレ
イン領域は完全に覆うが、ゲート電極のソース側端部2
Eとソース領域は露出させている。次にボロンのイオン
打ち込みにより、p型の埋め込み領域8を形成する。イ
オンはソース側からみてゲート方向に斜めに入射するよ
うに斜めイオン打ち込みを行う。斜めイオン打ち込みに
より埋め込み領域の一部をゲート電極直下に形成するこ
とができる。注入の傾斜角度θとして10°〜40°が
適当である。また、埋め込み領域8の深さはMOSトラ
ンジスタのチャネルより深い位置とする。埋め込み領域
8の濃度は、ホールを蓄積できるようウエル領域13よ
り充分高濃度の必要があるが、あまり高ドーズで打ち込
むと後のソース領域形成時のイオン打ち込みによりp型
ドーパントをn型ドーパントで打ち消すことができなく
なるので、ソース領域の濃度の1/10以下の濃度であ
ることが望ましい。こうして、図6に示す構造体が得ら
れる。
The n-type layer 12 is formed by epitaxially growing the p-type silicon 11. Next, in order to form an element isolation region, the whole is thinly oxidized, then a silicon nitride film is deposited, and the oxide film / silicon nitride film in the element isolation region is removed by etching. After ion implantation of a p-type dopant is performed to form a high concentration channel stop region 10 between pixels, LOCOS oxidation is performed to form an element isolation region 9. The well region 13 is formed by resist patterning and ion implantation. The dose of the ion implantation into the well region 13 and the heat treatment after the ion implantation are determined so that the depletion can be performed at a desired voltage during the reset operation, and the saturation charge of the photodiode becomes a desired value. In order to determine the impurity profile of the channel of the MOS transistor, p-type and n-type impurity layers are formed near the channel by ion implantation as necessary. Gate insulating film 14 on the surface
Is formed, polysilicon is deposited, and the gate electrode is patterned. Next, a resist PR is applied, and the resist in a region where a buried region is to be formed is removed by patterning. Although the resist pattern PR completely covers the drain region of the MOS transistor, the source-side end 2
E and the source region are exposed. Next, a p-type buried region 8 is formed by ion implantation of boron. Oblique ion implantation is performed so that ions are obliquely incident in the gate direction as viewed from the source side. Part of the buried region can be formed immediately below the gate electrode by oblique ion implantation. 10 ° to 40 ° is appropriate as the inclination angle θ of the injection. The depth of the buried region 8 is set to a position deeper than the channel of the MOS transistor. The concentration of the buried region 8 needs to be sufficiently higher than that of the well region 13 so as to accumulate holes. Therefore, it is desirable that the concentration be 1/10 or less of the concentration of the source region. Thus, the structure shown in FIG. 6 is obtained.

【0037】ここまでは前述した実施形態1と同じであ
る。
The operation up to this point is the same as that of the first embodiment.

【0038】次にレジストPRを除去した後、リンのイ
オンを打ち込んでn型のソース・ドレインの低不純物濃
度領域、即ち電界緩和層15b、16c、16d、16
eを形成する。この時、n型のイオン注入によりp
域8のうち、リンを打ち込んだ領域はp型がほぼ打ち
消されるように、あらかじめp層の深さ、濃度を設定
しておく。従って、ソース領域の電界緩和領域は、シリ
コン表面に近くn型層として残る領域16c、埋め込み
領域の一部を打ち消しほぼ中性あるいはウエル領域13
とほぼ同じ濃度の領域16d、埋め込み領域がなくドレ
イン側と同じ濃度の領域16eの3つの領域に分かれ
る。埋め込み領域8はゲート電極下にゲート電極の端部
に自己整合的に形成される。次に、CVD法によりシリ
コン酸化膜等を堆積した後、異方性エッチングによりゲ
ート電極2の側壁だけにシリコン酸化膜を残し所謂サイ
ドスペーサ20を形成する。こうして、図7の構造体が
得られる。
Next, after removing the resist PR, phosphorus ions are implanted into the n-type source / drain low impurity concentration regions, that is, the electric field relaxation layers 15b, 16c, 16d, 16
forming e. At this time, the depth and concentration of the p + layer are set in advance so that the p + -type region of the p + region 8 by the n-type ion implantation is almost completely canceled out from the p + -type region. Therefore, the electric field relaxation region of the source region is a region 16c which is close to the silicon surface and remains as an n-type layer, and a part of the buried region is canceled out to be substantially neutral or well region 13.
Are divided into three regions: a region 16d having substantially the same concentration as the above, and a region 16e having no buried region and having the same concentration as the drain side. The buried region 8 is formed below the gate electrode in a self-aligned manner at the end of the gate electrode. Next, after depositing a silicon oxide film or the like by the CVD method, a so-called side spacer 20 is formed by leaving the silicon oxide film only on the side wall of the gate electrode 2 by anisotropic etching. Thus, the structure shown in FIG. 7 is obtained.

【0039】ゲート電極2をマスクとして、イオン打ち
込みによりn型の高濃度のソース領域16a、ドレイン
領域15aを形成する。低濃度の電界緩和領域は高濃度
のn型領域15a、16aの形成によって、サイドスペ
ーサ20の下だけに残り、こうして、図5に示したよう
に、ソース電界緩和領域16b、ドレイン電界緩和領域
15bが形成される。こうして、埋め込み領域8やソー
ス領域3は、ゲート電極のソース側端部2Eに自己整合
的に作り込まれる。
Using the gate electrode 2 as a mask, an n-type high concentration source region 16a and drain region 15a are formed by ion implantation. The low-concentration electric field relaxation region remains only under the side spacer 20 due to the formation of the high-concentration n-type regions 15a and 16a, and thus, as shown in FIG. 5, the source electric field relaxation region 16b and the drain electric field relaxation region 15b Is formed. In this manner, the buried region 8 and the source region 3 are formed in a self-aligned manner at the source side end 2E of the gate electrode.

【0040】その後、絶縁膜の堆積、コンタクトの開
口、配線金属膜の堆積、パターニングを繰り返し、最後
に不図示の金属遮光層を形成して完成する。カラー用光
電変換装置を作製する場合はこの後カラーフィルタ層形
成、マイクロレンズを形成する。
Thereafter, the deposition of the insulating film, the opening of the contact, the deposition of the wiring metal film, and the patterning are repeated, and finally, a metal light-shielding layer (not shown) is formed to complete the process. When a color photoelectric conversion device is manufactured, a color filter layer is formed and a micro lens is formed thereafter.

【0041】(実施形態3)図8は閾値変調されるMO
Sトランジスタがリング状とされた光電変換装置の一画
素の平面図を示したものである。1は入射光により電荷
を発生・蓄積するフォトダイオード、2aは発生キャリ
アによるチャネル導伝率変調を行う読み出し用MOSト
ランジスタのゲート電極、2bはゲート配線、3は上記
MOSトランジスタのソース領域、4はソースコンタク
ト、5はソース電極である。ゲート電極2aはリング状
でソース領域3を取り囲む。6はMOSトランジスタの
ドレインコンタクト、7はドレイン電極である。8は複
数個の埋め込み領域で、ゲート電極の形状に沿って、ソ
ース領域を取り囲む様に分割されて配置されている。9
は素子分離領域である。図9は図8のBB′断面であ
る。10は素子分離のための高濃度のチャンネルストッ
プ領域、11はシリコン基板、12はウエル13を取り
囲むウエルと反対導伝型領域、14はMOSトランジス
タのゲート絶縁膜、15はドレイン領域、16はソース
領域である。
(Embodiment 3) FIG. 8 shows a threshold-modulated MO.
FIG. 3 is a plan view of one pixel of a photoelectric conversion device in which an S transistor has a ring shape. Reference numeral 1 denotes a photodiode that generates and accumulates charges by incident light, 2a denotes a gate electrode of a read MOS transistor that performs channel conductivity modulation by generated carriers, 2b denotes a gate wiring, 3 denotes a source region of the MOS transistor, and 4 denotes a source region of the MOS transistor. Source contact 5 is a source electrode. Gate electrode 2 a surrounds source region 3 in a ring shape. 6 is a drain contact of the MOS transistor, and 7 is a drain electrode. Reference numeral 8 denotes a plurality of buried regions, which are divided along the shape of the gate electrode so as to surround the source region. 9
Is an element isolation region. FIG. 9 is a sectional view taken along the line BB 'of FIG. 10 is a high-concentration channel stop region for element isolation, 11 is a silicon substrate, 12 is a well-conducting region surrounding the well 13, 14 is a gate insulating film of a MOS transistor, 15 is a drain region, and 16 is a source. Area.

【0042】本実施形態ではゲート電極2aをリング状
にし、ゲート電極2aの形状に沿って、埋め込み領域8
もソース領域15を囲む様に配置されている。ゲート電
極をリング状にするのは、フォトダイオードから拡散し
てきたホールを確実に集めることができると同時に、M
OSトランジスタのゲート幅を大きくとることができる
ので、より大きな出力負荷を駆動できる。そのため読み
出しの高速化に有効である。
In this embodiment, the gate electrode 2a is formed in a ring shape, and the buried region 8 is formed along the shape of the gate electrode 2a.
Are also arranged so as to surround the source region 15. The ring shape of the gate electrode allows the holes diffused from the photodiode to be surely collected,
Since the gate width of the OS transistor can be increased, a larger output load can be driven. Therefore, it is effective for speeding up the reading.

【0043】次に、製造方法について説明する。Next, the manufacturing method will be described.

【0044】ゲート電極を形成する工程までは前述の実
施形態1、2とまったく同じである。すなわち、p型シ
リコン11にエピタキシャル成長を行いn型層12を形
成する。次に素子分離領域を形成するために、全体を薄
く酸化し、次にシリコン窒化膜を堆積し、素子分離領域
の酸化膜/シリコン窒化膜をエッチング除去する。p型
ドーパントのイオンを打ち込みし、画素間の高濃度のチ
ャンネルストップ領域10を形成したのち、LOCOS
酸化を行い、素子分離領域9を完成する。レジストパタ
ーニングとイオン打ち込みによりウエル領域13を形成
する。ウエル領域13のイオン打ち込みのドーズ量及び
イオン打ち込み後の熱処理は、リセット動作時に所望の
電圧で空乏化でき、フォトダイオードの飽和電荷が所望
の値となるよう決める。MOSトランジスタのチャネル
領域の不純物プロファイルを決定するために、必要に応
じ、イオン打ち込みによりp型、n型の不純物層をチャ
ネル近辺に形成する。表面にゲート絶縁膜14を形成
後、ポリシリコンを堆積し、ゲート電極をパターニング
する。こうして図10に示す構造体が得られる。次に、
実施形態1と同様に、レジストを塗付し、パターニング
により埋め込み領域8を形成する領域のレジストを除去
する。レジストパターンPRはMOSトランジスタのド
レインとなる領域を完全に覆うが、ゲート電極のソース
側端部2Eとソースとなる領域は露出させている。次に
ボロンのイオン打ち込みにより、p型の埋め込み領域8
を形成する。イオン打ち込みは、シリコン表面に対して
傾斜をつけかつ法線に対しウエハを回転させる、所謂回
転イオン打ち込み法でおこなう。この方法により、ソー
ス領域16を囲むすべての方向に対し、ゲート電極直下
の一定の位置に埋め込み領域を形成することができる。
イオン打ち込みの傾斜角度θとして10°〜40°が適
当である。また、埋め込み領域の深さはMOSトランジ
スタのチャネルより深い位置とする。埋め込み領域の濃
度は、ホールを蓄積できるようウエル領域13より充分
高濃度の必要があるが、あまり高ドーズで注入すると後
のソース領域形成時のイオン打ち込みによりp型ドーパ
ントをn型ドーパントで打ち消すことができなくなるの
で、ソース領域の濃度の1/10以下の濃度であること
が望ましい。こうして、図11の構造体が得られる。
The steps up to the step of forming the gate electrode are exactly the same as those in the first and second embodiments. That is, the n-type layer 12 is formed by epitaxially growing the p-type silicon 11. Next, in order to form an element isolation region, the whole is thinly oxidized, then a silicon nitride film is deposited, and the oxide film / silicon nitride film in the element isolation region is removed by etching. After implanting p-type dopant ions to form a high concentration channel stop region 10 between pixels, the LOCOS
Oxidation is performed to complete the element isolation region 9. The well region 13 is formed by resist patterning and ion implantation. The dose amount of the ion implantation of the well region 13 and the heat treatment after the ion implantation are determined so that the reset operation can be depleted with a desired voltage and the saturation charge of the photodiode becomes a desired value. In order to determine the impurity profile of the channel region of the MOS transistor, p-type and n-type impurity layers are formed near the channel by ion implantation as necessary. After forming the gate insulating film 14 on the surface, polysilicon is deposited, and the gate electrode is patterned. Thus, the structure shown in FIG. 10 is obtained. next,
As in the first embodiment, a resist is applied, and the resist in the region where the buried region 8 is to be formed is removed by patterning. The resist pattern PR completely covers the drain region of the MOS transistor, but exposes the source side end 2E of the gate electrode and the source region. Next, a p-type buried region 8 is formed by ion implantation of boron.
To form The ion implantation is performed by a so-called rotary ion implantation method in which the wafer is inclined with respect to the silicon surface and the wafer is rotated with respect to a normal line. With this method, a buried region can be formed at a fixed position immediately below the gate electrode in all directions surrounding the source region 16.
10 ° to 40 ° is appropriate as the inclination angle θ of ion implantation. The depth of the buried region is set to a position deeper than the channel of the MOS transistor. The concentration of the buried region needs to be sufficiently higher than that of the well region 13 so that holes can be accumulated. Therefore, it is desirable that the concentration is 1/10 or less of the concentration of the source region. Thus, the structure shown in FIG. 11 is obtained.

【0045】レジストPRを除去した後、ゲート電極2
aをマスクとして、イオン打ち込みによりn型のソース
領域16、ドレイン領域15を形成する。埋め込み領域
形成のために注入したp型領域のうち、ゲート電極2
aでマスクされていない部分はn型がp型を打ち消
すように、イオン打ち込みの深さ、ドーズ量を決定す
る。その結果、p型領域のうちゲート直下の部分だけ
がp型領域として残り、電荷を集める埋め込み領域と
なる。こうして、図12に示す構造体が得られる。埋め
込み領域8は、こうしてゲート電極のソース側端部2
E、ここではリング状ゲート電極の内側エッヂに、自己
整合する。その後、絶縁膜の堆積、コンタクトの開口、
配線金属膜の堆積、パターニングを繰り返し、最後に不
図示の金属遮光層を形成して完成する。カラー用光電変
換装置を作製する場合はこの後カラーフィルタ層形成、
マイクロレンズを形成する。
After removing the resist PR, the gate electrode 2
Using a as a mask, an n-type source region 16 and a drain region 15 are formed by ion implantation. Of the p + -type regions implanted to form the buried region, the gate electrode 2
For the portion not masked by a, the depth of ion implantation and the dose are determined so that the n + type cancels the p + type. As a result, only a portion immediately below the gate of the p + -type region is remaining, the buried region collect charge as a p + -type region. Thus, the structure shown in FIG. 12 is obtained. The buried region 8 is thus the source-side end 2 of the gate electrode.
E, self-aligned here with the inner edge of the ring-shaped gate electrode. After that, deposition of insulating film, opening of contact,
The deposition and patterning of the wiring metal film are repeated, and finally, a metal light shielding layer (not shown) is formed to complete the process. When a color photoelectric conversion device is manufactured, a color filter layer is formed thereafter,
Form a micro lens.

【0046】又、MOSトランジスタのソースドレイン
をLDD構造とすることも可能である。その場合は実施
形態2に示した方法と同じ方法で製造することが可能で
ある。
The source and drain of the MOS transistor can have an LDD structure. In that case, it is possible to manufacture by the same method as the method shown in the second embodiment.

【0047】各実施形態によれば、埋め込み領域がゲー
ト電極に整合しているので、感度のばらつきの制御性が
向上した閾値変調型光電変換装置を得ることができる。
詳しくは、感度ばらつきの大きな要因であった、埋め込
み領域の寸法ばらつき、位置ばらつきは、いずれもゲー
ト電極のソース型の端部に対する自己整合形成により、
簡便に抑制できるため、製造コストを上昇させることな
く、高感度の光電変換装置を小さいばらつきで提供する
ことが可能となる。
According to each of the embodiments, since the buried region is aligned with the gate electrode, it is possible to obtain a threshold modulation type photoelectric conversion device with improved controllability of sensitivity variation.
Specifically, the dimensional variation and the positional variation of the buried region, which were the major factors of the sensitivity variation, were all caused by self-alignment formation with respect to the source type end of the gate electrode.
Since the suppression can be easily performed, a high-sensitivity photoelectric conversion device can be provided with small variations without increasing the manufacturing cost.

【0048】又、本発明はマイクロレンズを使用しない
光電変換装置、あるいはカラーフィルターを使用しない
白黒の光電変換装置でも有効に作用する。
The present invention also works effectively with a photoelectric conversion device that does not use a microlens or a monochrome photoelectric conversion device that does not use a color filter.

【0049】図13は、本発明の光電変換装置を採用し
たデジタルカメラのような撮像装置の模式的構成図であ
る。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an imaging device such as a digital camera employing the photoelectric conversion device of the present invention.

【0050】31はレンズのような結像光学系、32は
上述した各形態の光電変換装置、33は制御回路、34
はメモリである。被写体の像が結像光学系31を通して
光電変換装置32の画素に露光され、電気信号に変わ
る。得られた像の電気信号はコントローラにより適当な
画像処理が施され、メモリに蓄積される。
Reference numeral 31 denotes an image forming optical system such as a lens; 32, a photoelectric conversion device of each of the above-described forms; 33, a control circuit;
Is a memory. The image of the subject is exposed to the pixels of the photoelectric conversion device 32 through the imaging optical system 31, and is converted into an electric signal. The obtained electric signal of the image is subjected to appropriate image processing by a controller and stored in a memory.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、埋め込み領域とゲート
電極との相対位置を再現性よく作製し、チップ或いは多
数の画素亘って特性の揃った閾値変調型のMOSトラン
ジスタを作製することができる。
According to the present invention, the relative position between the buried region and the gate electrode can be manufactured with good reproducibility, and a threshold modulation type MOS transistor having uniform characteristics over a chip or a large number of pixels can be manufactured. .

【0052】こうして、微細画素に適した閾値変調型の
MOS型光電変換装置の特性が向上することにより、携
帯機器、ディジタルカメラなどの応用を拡大することが
可能となる。
As described above, the characteristics of the MOS type photoelectric conversion device of the threshold modulation type suitable for the fine pixel are improved, so that the application of the portable device, the digital camera and the like can be expanded.

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

【図1】本発明の実施形態1に係る閾値変調型光電変換
装置の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a threshold modulation type photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1に係る閾値変調型光電変換
装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態1に係る閾値変調型光電変換
装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1に係る閾値変調型光電変換
装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態2に係る閾値変調型光電変換
装置の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a threshold modulation type photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態2に係る閾値変調型光電変換
装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態2に係る閾値変調型光電変換
装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態3に係る閾値変調型光電変換
装置の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a threshold modulation type photoelectric conversion device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施形態3に係る閾値変調型光電変換
装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態3に係る閾値変調型光電変
換装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態3に係る閾値変調型光電変
換装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施形態3に係る閾値変調型光電変
換装置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the threshold modulation type photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の閾値変調型光電変換装置を用いた撮
像装置の模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of an imaging device using the threshold modulation type photoelectric conversion device of the present invention.

【図14】閾値変調型光電変換装置の画素回路構成であ
る。
FIG. 14 illustrates a pixel circuit configuration of a threshold modulation type photoelectric conversion device.

【図15】閾値変調型光電変換装置の画素平面図であ
る。
FIG. 15 is a plan view of a pixel of the threshold modulation type photoelectric conversion device.

【図16】閾値変調型光電変換装置の画素断面図であ
る。
FIG. 16 is a pixel cross-sectional view of a threshold modulation type photoelectric conversion device.

【図17】閾値変調型光電変換装置の画素断面の部分拡
大図である。
FIG. 17 is a partially enlarged view of a pixel section of a threshold modulation type photoelectric conversion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フォトダイオード 2,2a MOSトランジスタのゲート電極 3,16 MOSトランジスタのソース領域 4 ソースコンタクト 5 ソース電極 6 ドレインコンタクト 7 ドレイン電極 8 埋め込み領域 9 素子分離領域 13 ウエル領域 14 MOSトランジスタゲート絶縁膜 15 ドレイン領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photodiode 2, 2a Gate electrode of MOS transistor 3, 16 Source region of MOS transistor 4 Source contact 5 Source electrode 6 Drain contact 7 Drain electrode 8 Buried region 9 Element isolation region 13 Well region 14 MOS transistor gate insulating film 15 Drain region

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトダイオードと絶縁ゲート型のトラ
ンジスタを有し、前記トランジスタのゲート電極下方の
ウエル内に、前記フォトダイオードで発生した電荷を集
める為の、該ウエルと同導伝型であって該ウエルより高
不純物濃度の埋め込み領域が設けられた光電変換装置に
おいて、 前記埋め込み領域は、前記トランジスタの前記ゲート電
極の端部に整合していることを特徴とする光電変換装
置。
1. A transistor having a photodiode and an insulated gate transistor, wherein the transistor is of a conduction type with the well for collecting charges generated in the photodiode in a well below a gate electrode of the transistor. A photoelectric conversion device provided with a buried region having a higher impurity concentration than the well, wherein the buried region is aligned with an end of the gate electrode of the transistor.
【請求項2】 前記埋め込み領域は、前記トランジスタ
の前記ゲート電極の直下にあり、且つ前記トランジスタ
のソース領域を構成する低不純物濃度領域より前記チャ
ンネル領域側にある請求項1に記載の光電変換装置。
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the buried region is located immediately below the gate electrode of the transistor and closer to the channel region than a low impurity concentration region constituting a source region of the transistor. .
【請求項3】 フォトダイオードと絶縁ゲート型のトラ
ンジスタを有し、前記トランジスタのゲート電極下方の
ウエル内に、前記フォトダイオードで発生した電荷を集
める為の、該ウエルと同導伝型であって該ウエルより高
不純物濃度の埋め込み領域が設けられた光電変換装置の
製造方法において、 半導体基体に第1導伝型のウエルを形成する工程、 前記トランジスタの前記ゲート電極を形成する工程、 前記埋め込み領域を前記トランジスタの前記ゲート電極
の端部に整合させるように、前記ウエル内にイオン打ち
込みを行う工程、を含むことを特徴とする光電変換装置
の製造方法。
3. A transistor having a photodiode and an insulated gate transistor, wherein the transistor is of a conduction type with the well for collecting charges generated in the photodiode in a well below a gate electrode of the transistor. A method for manufacturing a photoelectric conversion device provided with a buried region having a higher impurity concentration than the well; a step of forming a first conductivity type well in a semiconductor substrate; a step of forming the gate electrode of the transistor; Performing ion implantation into the well so as to match with the end of the gate electrode of the transistor.
【請求項4】 前記埋め込み領域は、前記トランジスタ
の前記ゲート電極を形成後に斜めイオン打ち込みにより
形成され、前記埋め込み領域の少なくとも一部が前記ゲ
ート電極の直下に位置する請求項1記載の光電変換装
置。
4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein said buried region is formed by oblique ion implantation after forming said gate electrode of said transistor, and at least a part of said buried region is located immediately below said gate electrode. .
【請求項5】 前記トランジスタのソース領域は、前記
埋め込み領域を形成すべく打ち込まれたドーパントを打
ち消すように反対導伝型のドーパントのイオン打ち込み
を行って形成する請求項3記載の光電変換装置の製造方
法。
5. The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the source region of the transistor is formed by ion-implanting a counter-conducting dopant so as to cancel the dopant implanted to form the buried region. Production method.
【請求項6】 前記トランジスタの前記ゲート電極を形
成後に、前記埋め込み領域を形成するためのイオン打ち
込みを行い、前記MOSトランジスタのゲート電極のサ
イドスペーサを形成し、その後に前記MOSトランジス
タのソース領域の高不純物濃度領域を形成する請求項3
記載の光電変換装置の製造方法。
6. After forming the gate electrode of the transistor, ion implantation for forming the buried region is performed to form a side spacer of the gate electrode of the MOS transistor. 4. A high impurity concentration region is formed.
A manufacturing method of the photoelectric conversion device according to the above.
【請求項7】 前記トランジスタの前記ゲート電極を形
成後に、回転イオン打ち込みにより前記埋め込み領域
を、前記トランジスタのソース領域を取り囲むように形
成する請求項3記載の光電変換装置の製造方法。
7. The method according to claim 3, wherein, after forming the gate electrode of the transistor, the buried region is formed by rotary ion implantation so as to surround the source region of the transistor.
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