JP2004039832A - Photoelectric converter and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードが各受光領域にそれぞれ形成されている光電変換装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、デジタルカメラやインターネットの急速な普及により、光学的な画像情報を電気信号に変換し、デジタルデータとして取り込み、加工し、利用する機会が増えている。このため、固体撮像装置等の光電変換装置に対しても、小型化、低コスト化、高精細度・高感度・広ダイナミックレンジ等の高性能化の要求が高まり、今後ますますフォトダイオード等の固体撮像素子の微細化、高集積度化が進むと予想される。
【0003】
図9は、従来のイメージセンサ等のフォトダイオード(PD;Photo Diode)を中心とした主要部の概略断面図(a)及び概略平面図(b)の一例である。基板表面には、フォトダイオード間を素子分離するために、各フォトダイオードの受光領域114を電気的に絶縁するLOCOS(Local Oxidation of Silicon)構造の素子分離構造107が形成されている。
【0004】
図9の例では、基板にN型シリコン基板101が用いられ、基板表面部に形成されたN型シリコン層118と、その下部のP−型化したシリコン層112との界面でのPN接合により、フォトダイオードが形成されている。以下、素子分離構造107で囲まれた部分を受光領域114と呼び、そのうちPN接合が形成されている部分をセンサ開口部115と呼んで、両者を区別することにする。
【0005】
センサ開口部115に入射した光は、PN接合部に達するとそこで正孔と電子に変換され、入射光の光量に応じた信号電荷(電子)がN型シリコン層118、更にはN型層がP−型化したシリコン層112に蓄積される。なお、最表面のP+型シリコン層119は表面からの電荷の漏洩を防止するためのものである。
【0006】
N型シリコン層118等からなる上記の信号電荷蓄積領域は、素子分離構造107の下部とその周囲に形成されたP型表面側ウェル111、基板の深い位置に形成されたP型ディープウェル108、及びP型表面側ウェル111とP型ディープウェル108とを電気的に接続するように素子分離構造107の下方に上下方向に長く形成されたP型プラグ(Plug)ウェル110によって、側面と底面とから取り囲まれている。これによって、信号電荷蓄積領域は、基板内においても周辺素子から電気的に分離され、信号電荷が漏洩する事が無い。
【0007】
次に、図9のフォトダイオードの製造方法について要点を説明する。
【0008】
まず、N型シリコン基板101の受光領域114の周囲に、基板101の熱酸化によって、LOCOS構造の素子分離構造107を形成する。
【0009】
次に、B+のイオン注入と加熱による熱拡散・アニール処理を行い、基板の深い位置にP型ディープウェル108、素子分離構造107の下方にP型プラグウェル110、素子分離構造107の下部とその周囲にP型表面側ウェル111を形成する。P型表面側ウェル111は、後述する理由で、LOCOS構造の素子分離構造107の端部を0.1μmほどの幅をもって被覆する(受光領域114側にはみ出す)ように形成される。この時、周囲のP型領域からの熱拡散により、N型シリコン層118の下部に位置するN型層がP−型化し、P型ウェルに囲まれたP−型化シリコン層112が形成される。
【0010】
次に、センサ開口部115にAs+のイオン注入と加熱アニール処理を行い、N型シリコン層118を形成する。これにより、P−型化したシリコン層112とN型シリコン層118との界面にPN接合(フォトダイオード)が形成される。最後に、センサ開口部115にBF2 +のイオン注入と加熱アニール処理を行い、最表面のP+型シリコン層119を形成する。
【0011】
【発明に至る経過】
微細化、高集積度化という立場からみた図9のフォトダイオードの問題点は、LOCOS構造の素子分離構造107の末端から受光領域114側に0.1μmほどの幅で作られたP型表面側ウェル111のはみ出し部分116の存在にある(図9(b))。
【0012】
素子分離構造107を基板の熱酸化によって形成すると、バーズビーク(bird’s beak)により周囲に歪みの大きい境界領域120が形成される。このような境界領域120では、結晶の格子欠陥や界面準位に起因する電荷の漏洩が起こりやすい。この電荷の漏洩を防止するために、図9のフォトダイオードでは、境界領域120を包み込むようにP型表面側ウェル111を受光領域114側にはみ出させて形成し、境界領域120を信号電荷蓄積領域118から隔離している。
【0013】
このようなはみ出し部分116があると、その分だけセンサ開口部115は受光領域114より小さくなるから、単位画素中に占めるセンサ開口部115の面積割合であるセンサ開口率が小さくなり、フォトダイオードの感度が低下する原因になる。はみ出し部分116によるセンサ開口率の低下は、高精細度化によって単位画素の面積が小さくなるほど相対的に大きくなり、フォトダイオードを微細化する上での大きな障害になる。
【0014】
上記のような問題点を解決する方法として、本発明者は、フォトダイオード間を素子分離する素子分離構造の形成が、フォトダイオードの感度の低下につながりにくい構造をもつ光電変換装置及びその製造方法を提案した(特願2002−118746号)。
【0015】
即ち、特願2002−118746号に係る発明(以下、先願発明と称する)は、フォトダイオードが各受光領域にそれぞれ形成されている光電変換装置であって、
第1導電型の半導体基体と、
半導体基体上に形成され、フォトダイオード間を素子分離するために形成さ
れた凹部内に絶縁膜が埋め込まれてなる素子分離構造と、
素子分離構造に接してこれを取り囲むように半導体基体中に形成された第2
導電型のチャネルストッパ層と、
受光領域の表面に形成された、フォトダイオードを構成する第1導電型の半
導体層と、
第1導電型の半導体層に接してその下部に形成された第2導電型の半導体層
と、
受光領域側の素子分離構造の端部に対し、受光領域の外方位置にて受光領域
を取り囲むように形成された第2導電型の第1のウェルと、
受光領域の底部に形成された第2導電型の第2のウェルと
を有する光電変換装置及びその製造方法に係わるものである。
【0016】
図2は、先願発明の好ましい実施の形態であるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等のフォトダイオード部の概略断面図(a)と概略平面図(b)である。基板の表面には、フォトダイオード間を素子分離するために、各フォトダイオードの受光領域14を電気的に絶縁するSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離構造7bが形成されている。
【0017】
この例では、基板としてN型シリコン基板1が用いられ、基板表面部に形成されたN型シリコン層18と、その下部のP−型化したシリコン層12との界面でのPN接合により、フォトダイオード(PD)が形成されている。以下、素子分離構造7bで囲まれた部分を受光領域14と呼び、そのうちPN接合が形成されている部分をセンサ開口部15と呼んで、両者を区別することにする。
【0018】
センサ開口部15に入射した光は、PN接合部に達するとそこで正孔と電子に変換され、入射光の光量に応じた信号電荷(電子)がN型シリコン層18、更にはN型層がP−型化したシリコン層12に蓄積される。なお、最表面のP+型シリコン層19は表面からの電荷の漏洩を防止するためのものである。
【0019】
N型シリコン層18等からなる上記の信号電荷蓄積領域は、素子分離構造7bの周囲に形成されたP+型チャネルストッパ層6、素子分離構造7bの下部に形成されたP型表面側ウェル11、基板の深い位置に形成されたP型ディープウェル8、及びP型表面側ウェル11とP型ディープウェル8とを電気的に接続するように素子分離構造7bの下方に上下方向に長く形成されたP型プラグウェル10によって、側面と底面とから取り囲まれている。これによって、信号電荷蓄積領域は、基板内においても周辺素子から電気的に分離され、信号電荷が漏洩する事が無い。
【0020】
P型表面側ウェル11及びP型プラグウェル10とP−型化した層12との境界は、STI末端直下よりも、受光領域14からみて0.2μm後退した位置に形成される。これは、信号電荷の蓄積容量を増加させるためである。
【0021】
図2(b)と図9(b)とを比べてみると、先願発明の好まし実施の形態によるフォトダイオードと従来例のフォトダイオードとの違いがよく理解できる。図2(b)では、STI素子分離構造7bに接してP+型チャネルストッパ層6が形成されているため、図9(b)にみられる受光領域114にはみ出したP型層116が不要になっている。
【0022】
STI素子分離構造7bにおいても、歪みの大きい境界領域が周囲に形成されるが、STI構造では、凹部の形成後に凹部壁面からのイオン注入によって境界領域にP+型チャネルストッパ層6を形成できるため、LOCOS構造におけるP型層116に比べて、P+型チャネルストッパ層6を薄くすることができ、その厚さは0.1μm以下、例えば30nmほどである。
【0023】
このように、素子分離構造7bによって囲まれる受光領域14のほぼ全域をセンサ開口部15として用いることができるため、P型表面側ウェルのはみ出し部分116によるサイズシュリンクがない分、従来よりもセンサ開口部15の面積が大きくなり、フォトダイオードの感度が向上する。
【0024】
また、STI構造7bは、素子分離のための絶縁材料の幅をLOCOS構造107等と比べてかなり狭めることができるので、素子分離構造自体の面積も縮小できる。
【0025】
以上から、単位画素中に占めるセンサ開口部15の面積割合であるセンサ開口率を増加させ、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
【0026】
また、素子分離構造7bの末端直下に対し、受光領域14の外方位置にまで広がったP−型化したシリコン層12が、信号電荷蓄積領域の一部として用いられるため、大光量時に多量の信号電荷が発生しても飽和することなく信号電荷を蓄積できるので、大きなダイナミックレンジを実現することができる。
【0027】
次に、図2のイメージセンサのフォトダイオード部の製造方法について要点を説明する。
【0028】
まず、選択的なエッチングにより受光領域14の周囲に凹部を形成する。次に、凹部の内壁を熱酸化して、凹部内壁に薄い酸化シリコン膜を形成する。
【0029】
次に、凹部を酸化シリコンで埋める前に、凹部の内壁から基板垂直方向に対して30度傾いた角度をもって加速電圧100keV、注入量(面密度)2×1013/cm2でBF2 +イオンをイオン注入する。これにより、凹部の側面及び底面に接する基板内に、P+型チャネルストッパ層6を形成する。
【0030】
次に、凹部に酸化シリコンを埋め込んだ後、余分な酸化シリコン等を除去して、STI素子分離構造7bを形成する。
【0031】
次に、受光領域14を含む画素領域全体に、加速電圧2MeVによるB+のイオン注入と加熱による熱拡散・アニール処理を行い、基板の深い位置にP型ディープウェル8を形成する。更に、受光領域14とSTI素子分離構造7bの一部をマスクしながら、画素領域に、加速電圧1.5MeV及び1.0MeVによるB+のイオン注入と加熱による熱拡散・アニール処理を行い、P型プラグウェル10を形成する。
【0032】
次に、上記と同様に、受光領域14とSTI素子分離構造7bの一部をマスクしながら、加速電圧600keV、380keV及び190keVによるB+のイオン注入と加熱による熱拡散・アニール処理を行い、P型表面側ウェル11を形成する。
【0033】
P型表面側ウェル11の形成によって、N型シリコン層18等のフォトダイオードの信号電荷蓄積領域が基板中の他のN型シリコン領域から分断されたことになる。また、通常、P型表面側ウェル11は、画素領域外の周辺回路部にも、周辺回路の半導体回路素子のP型ウェルとして形成される。
【0034】
上記の一連のP型ウェル形成工程時の熱拡散により、N型シリコン層18の下部に位置するN型層がP−型化し、P型ウェルに囲まれたP−型化シリコン層12が形成される。
【0035】
続いて、センサ開口部15に加速電圧300keVによるAs+のイオン注入と加熱アニール処理を行い、N型シリコン層18を形成する。これにより、P−型化したシリコン層12とN型シリコン層18との界面にPN接合(フォトダイオード)が形成される。
【0036】
最後に、受光領域14に加速電圧50keVによるBF2 +のイオン注入と加熱アニール処理を行い、表面からの信号電荷の漏洩を防止するP+型シリコン層19を形成する。
【0037】
【発明が解決しようとする課題】
図1(b)は、完成したCMOSイメージセンサの概念的な概略断面図である。図の上部には、上記のフォトダイオードの作製工程のうち、凹部4の内壁から基板中にBF2 +イオンを注入してP+チャネルストッパ層6を形成する工程の状態を示す概略断面図を付記した。
【0038】
同図に見られるように、この例では、凹部4内壁へのイオン注入を、フォトダイオード部を選別することなく、基板1上のすべての凹部4に対して行っている。このため、基板1のすべての凹部4の周囲の基板中に同一濃度のP+チャネルストッパ層6が形成される。
【0039】
しかしながら、通常、周辺回路部のSTI側壁には、P+層を形成しない。形成するとしてもその最適ドーパント濃度は、フォトダイオード部のチャネルストッパ層におけるP+層の最適ドーパント濃度に比べてはるかに小さい。両者の最適条件は異なるので、上記のように画一的にP+チャネルストッパ層6を形成すると、周辺回路のトランジスタやその他の素子、又は画素内トランジスタの特性が変化し、センサの駆動に悪影響を及ぼす心配がある。
【0040】
このように、先願発明に基づいて形成されるP+チャネルストッパ層6及びその形成方法は、フォトダイオードの感度の向上に有効であるが、フォトダイオード周囲の半導体素子との関係で改善すべき余地があることが明らかとなった。
【0041】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、フォトダイオード間を素子分離する素子分離構造の形成が、フォトダイオードの感度の低下につながりにくく、且つ周囲の半導体回路素子に悪影響を及ぼさない構造をもつ光電変換装置及びその製造方法を提供することである。
【0042】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、第1導電型の半導体基体上の各受光領域に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基体上の前記受光領域外の領域に形成された半導体回路素子とを有し、
前記半導体基体上に形成され、前記フォトダイオード及び前記半導体回路素子の間を素子分離するために形成された凹部内に絶縁膜が埋め込まれてなる素
子分離構造と、
前記フォトダイオードを素子分離する前記素子分離構造に接して、これを取り囲むように前記半導体基体中に形成された第2導電型のチャネルストッパ層
と、
前記受光領域の表面側に形成された、前記フォトダイオードを構成する第1
導電型の半導体層と、
前記受光領域側の前記素子分離構造の端部に対し、前記受光領域の外方位置にて前記受光領域を取り囲むように形成された第2導電型の第1のウェルと、
前記受光領域の底部に形成された第2導電型の第2のウェルと、
前記第1及び第2のウェルを接続する第2導電型の第3のウェルと
を有する光電変換装置であって、
前記素子分離構造に接してこれを取り囲む前記第1のウェルにおいて、前記受光領域の周囲であって前記半導体回路素子との間である位置にて前記チャネ
ルストッパ層が終焉している
光電変換装置に係わる。
【0043】
また、本発明は、第1導電型の半導体基体上の各受光領域にフォトダイオードを形成し、前記半導体基体上の前記受光領域外の領域に半導体回路素子を形成する光電変換装置の製造方法であって、
前記半導体基体上に、前記フォトダイオード及び前記半導体回路素子の間を素子分離するための凹部を形成し、この凹部内に絶縁膜を埋め込んで素子分離
構造を形成する工程と、
前記フォトダイオードを素子分離する前記素子分離構造に接してこれを取り囲むように、前記半導体基体中に第2導電型のチャネルストッパ層を形成する工程と、
前記受光領域の表面側に、前記フォトダイオードを構成する第1導電型の半
導体層を形成する工程と、
前記受光領域側の前記素子分離構造の端部に対し、前記受光領域の外方位置にて前記受光領域を取り囲むように、第2導電型の第1のウェルを形成する工
程と、
前記受光領域の底部に第2導電型の第2のウェルを形成する工程と
前記第1及び第2のウェルを接続する第2導電型の第3のウェルを形成する
工程と
を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記素子分離構造に接してこれを取り囲む前記第1のウェルにおいて、前記受光領域の周囲であって前記半導体回路素子との間である位置にて終焉するよ
うに前記チャネルストッパ層を形成する
光電変換装置の製造方法に係わる。
【0044】
本発明によれば、前記素子分離構造においても、歪みの大きい境界領域が周囲に形成されるが、前記凹部の形成後に前記凹部からの不純物ドーピングにより前記境界領域に前記第2導電型のチャネルストッパ層を形成できるため、LOCOS構造と比較して、チャネルストッパ層を薄くすることができ、単位画素中に占めるセンサ開口部の面積割合であるセンサ開口率を増加させ、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
【0045】
また、前記チャネルストッパ層は、前記受光領域の周囲であって前記半導体回路素子との間である位置にて終焉しているため、前記チャネルストッパ層の形成が、前記半導体回路素子に悪影響を与えることは無い。
【0046】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記素子分離構造が、少なくとも前記受光領域の周囲に設けられているのがよい。
【0047】
前記素子分離構造がSTI(Shallow Trench Isolation)構造であるのがよい。前記STI構造は、素子分離のための絶縁材料の幅をLOCOS構造等と比べてかなり狭めることができるので、前記素子分離構造自体の面積も縮小できる。
【0048】
本発明においては、前記凹部を形成後、前記凹部に前記絶縁膜の埋め込みを行う前に、フォトダイオード部の周囲において前記フォトダイオード部以外をマスクしながら、フォトダイオード部の前記凹部の壁面からイオン注入することによって、フォトダイオード部の前記チャネルストッパ層を形成するのがよい。
【0049】
また、前記素子分離構造が、前記受光領域の前記フォトダイオードとこの周囲の非受光部の前記半導体回路素子との間、及び/又は、前記非受光部の半前記導体回路素子と周辺回路部の前記半導体回路素子との間にも設けられていてよい。
【0050】
その場合、前記非受光部の前記半導体回路素子及び/又は前記周辺回路部の前記半導体回路素子の形成領域にも前記第1のウェルが形成され、前記半導体回路素子の周囲の前記素子分離構造に接して、これらを取り囲む前記第1のウェル中にも、前記フォトダイオード部のチャネルストッパ層よりも低濃度にチャネルストッパ層が形成されているのがよい。
【0051】
前記半導体回路素子部のチャネルストッパ層を前記フォトダイオード部のチャネルストッパ層と別個に形成することで、それぞれに最適の不純物濃度をもつチャネルストッパ層を形成することができる。
【0052】
本発明においては、前記凹部を形成後、前記凹部に前記絶縁膜の埋め込みを行う前に、フォトダイオード部と前記非受光部の半導体回路素子部及び/又は前記周辺回路部の半導体回路素子部とをマスクしながら前記凹部の壁面からイオン注入することによって、前記半導体回路素子部の前記チャネルストッパ層を形成するのがよい。
【0053】
また、前記素子分離構造を形成するに際しては、前記凹部に気相成長法によって素子分離用の絶縁材料を埋め込むのがよい。
【0054】
前記第1、第2及び第3のウェルをイオン注入によって形成するのがよい。イオン注入法によれば、所定の位置に所望の濃度のドーパントを精度良くドーピングすることができる。このため、例えば熱拡散法では不可能な、前記半導体基体の深部にウェルを形成することができる。
【0055】
本発明に基づいて、固体撮像装置を製造するのがよい。
【0056】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【0057】
実施の形態1:CMOSイメージセンサ(1)
図2は、本発明の好ましい実施の形態であるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサのフォトダイオード部の概略断面図(a)と概略平面図(b)である。基板の表面には、フォトダイオード間を素子分離するために、各フォトダイオードの受光領域14を電気的に絶縁するSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離構造7bが形成されている。
【0058】
この例では、基板としてN型シリコン基板1が用いられ、基板上部のN型シリコン層18とその下部のP−型化したシリコン層12とがその界面でPN接合によるフォトダイオードを形成している。
【0059】
受光領域14のセンサ開口部15に入射した光は、PN接合部に達するとそこで正孔と電子に変換され、入射光の光量に応じた信号電荷(電子)がN型シリコン層18、更にはN型層がP−型化したシリコン層12に蓄積される。なお、最表面のP+型シリコン層19は表面からの電荷の漏洩を防止するものである。
【0060】
N型シリコン層18からなる信号電荷蓄積領域は、素子分離構造7bの周囲に形成されたP+型チャネルストッパ層6、素子分離構造7bの下部に形成されたP型表面側ウェル11、基板の深い位置に形成されたP型ディープウェル8、及びP型表面側ウェル11とP型ディープウェル8とを電気的に接続するように素子分離構造7bの下方に上下方向に長く形成されたP型プラグウェル10によって、側面と底面とから取り囲まれている。これによって、N型信号電荷蓄積領域18は、基板内においても周辺素子から電気的に分離され、信号電荷が漏洩する事が無い。
【0061】
P型表面側ウェル11及びP型プラグウェル10とP−型化した層12との境界は、STI末端直下よりも、受光領域14からみて0.2μm後退した位置に形成される。これは、信号電荷の蓄積容量を増加させるためである。
【0062】
上記のフォトダイオードの構造は、先願発明に基づくフォトダイオードと同一であるから、同一の効果を有するのは、言うまでもない。
【0063】
即ち、STI素子分離構造7bに接してP+型チャネルストッパ層6が形成されているため、図9(b)にみられる受光領域114にはみ出したP型層116が不要になっている。
【0064】
STI素子分離構造7bにおいても、歪みの大きい境界領域が周囲に形成されるが、STI構造では、凹部の形成後に凹部壁面からのイオン注入によって境界領域にP+型チャネルストッパ層6を形成できるため、LOCOS構造におけるP型層116に比べて、P+型チャネルストッパ層6を薄くすることができ、その厚さは0.1μm以下、例えば30nmほどである。
【0065】
このように、素子分離構造7bによって囲まれる受光領域14のほぼ全域をセンサ開口部15として用いることができるため、従来よりもセンサ開口部15の面積が大きくなり、フォトダイオードの感度が向上する。
【0066】
また、STI構造7bは、素子分離のための絶縁材料の幅をLOCOS構造107等と比べてかなり狭めることができるので、素子分離構造自体の面積も縮小できる。
【0067】
以上から、単位画素中に占めるセンサ開口部の面積割合であるセンサ開口率を増加させ、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
【0068】
また、素子分離構造7bの末端直下に対し、受光領域14の外方位置にまで広がったP−型化したシリコン層12が、信号電荷蓄積領域の一部として用いられるため、大光量時に多量の信号電荷が発生しても飽和することなく信号電荷を蓄積できるので、大きなダイナミックレンジを実現することができる。
【0069】
図3は、上記のフォトダイオードを基板上に2次元マトリックス状に配置したCMOSイメージセンサの構成を示す概略構成図である。この装置では、垂直方向スキャナ32と水平方向スキャナ34によって行と列がそれぞれ選択され、その交点にある画素31のフォトダイオードの信号電荷が読み出される。
【0070】
即ち、垂直方向スキャナ32からの制御信号によってある行の読み出し用トランジスタ33が選択されてON状態になり、同時に水平方向スキャナ34によって各列に読み出し信号が順次加えられると、その交点にある画素31からの出力が電流電圧変換回路35の入力部に導かれ、電流電圧変換回路35及び出力バッファ回路36によって電圧に変換されて出力される。
【0071】
垂直方向スキャナ32の1周期の間にすべての画素31が順次1回ずつ走査され、1周期の間に各画素31のフォトダイオードに蓄積されていた信号電荷に応じた出力が読み出されるとともに、読み出し後、フォトダイオードは電荷を消去され、初期状態にリセットされる。こうして、二次元マトリックス状に配置されたフォトダイオードによって光電変換された映像信号が時分割で出力される。
【0072】
図3の各画素31は基板上の画素領域37に形成され、垂直方向スキャナ32、読み出し用トランジスタ33、水平方向スキャナ34、電流電圧変換回路35、出力バッファ回路36等の周辺回路は画素領域37に隣接した周辺回路部38に形成される。
【0073】
図4は、画素領域37における配置を示す平面図である。図4(a)は、多数の画素31が2次元マトリックス状に配置されている状態を示す全体図であり、図4(b)は、1つの画素31内での配置を示す平面図である。図4では、P型シリコン層の上部に形成されたN型拡散層18、43等とゲート層42、45、48とコンタクト41、44、47、49等のみを示し、上層配線は図示を省略している。ゲート層は多結晶シリコンで形成され、その下部はP型層である。
【0074】
図4(b)に示したN型シリコン層18は、図2で説明したように、その下部のP−型化したシリコン層12との界面でPN接合によるフォトダイオードを形成し、入射光の光量に応じた信号電荷(電子)を発生させる。その信号電荷(電子)は、1周期の間、N型領域18を主とする信号電荷蓄積領域に蓄積される。
【0075】
図3の水平方向スキャナ34からの読み出し信号は、図4のコンタクト41を通じて転送ゲート42に加えられる。読み出し信号の作用で転送ゲート42下のチャネル層が導通状態になると、N型シリコン層18等の信号電荷蓄積領域に蓄積されていた信号電荷(電子)は、画素内の非受光部に形成されているN型バッファ層43に転送され、信号電荷量に応じた信号電圧を発生する。
【0076】
この信号電圧は、コンタクト44を通じて増幅用トランジスタのゲート45に印加され、増幅用トランジスタ46を流れる電流の変化として読み出される。増幅用トランジスタ46の出力電流は、図3の読み出し用トランジスタ33に導かれ、前述したように電圧に変換されて出力される。
【0077】
読み出しが終了すると、コンタクト47を通じてリセット信号がリセットゲート48に印加され、N型バッファ層43に貯留されていた信号電荷はコンタクト49を通じて消去され、フォトダイオードは初期状態にリセットされる。
【0078】
上記のように、1つの画素には、受光部に形成されたフォトダイオードと非受光部に形成された種々の半導体回路素子とが含まれていて、画素同士を素子分離するとともに、1画素内で各素子間を素子分離することが必要である。
【0079】
図4のN型シリコン層18の広がりがセンサ開口部15に相当する(図2)。従って、フォトダイオード部のSTI素子分離構造に接して形成されるP+チャネルストッパ層6の、受光領域側の端部50Aは、N型シリコン層18の外周部(実線)にある。もう一方の端部50Bは、破線で示す位置にあって、非受光部の増幅用トランジスタ46の形成領域との間で終焉している。
【0080】
図1(a)は、CMOSイメージセンサを、まず周辺回路部を切断し、次に画素の非受光部(例えば、図4(b)のA−B)を切断し、次に画素の受光部(例えば、図4(b)のB−C)を切断して得られた断面図をつなぎ合わせた概念的な概略断面図である。
【0081】
図1(a)の上部には、後述するCMOSイメージセンサの作製工程のうち、受光部の凹部の内壁から基板中にBF2 +イオンを注入してP+チャネルストッパ層6を形成する工程の状態を示す概略断面図を付記した。
【0082】
同図に見られるように、BF2 +イオンを注入するに際して、非受光部の半導体回路素子部や周辺回路部の半導体回路素子部をマスク30で覆っているため、P+チャネルストッパ層6は、フォトダイオード部のSTI素子分離構造下にのみ形成され、画素領域非受光部の半導体回路素子部とのSTI素子分離構造の中間位置50Bで終焉し、その半導体回路素子部までは伸びていない。従って、画素内トランジスタ51(増幅用トランジスタ46等)又は周辺回路部38のトランジスタ52やその他の素子に悪影響を及ぼす心配はない。
【0083】
P型ディープウェル8及びP型プラグウェル10は、受光部にのみ形成することも可能であるが、通常は、受光部から非受光部まで画素領域全体に形成されるのが望ましい。これは、信号電荷の漏洩をより効果的に防止するためである。
【0084】
また、P型表面側ウェル11は、受光部にのみ形成することも可能であるが、通常は、周辺回路部及び非受光部に形成される半導体回路素子のP型ウェルと同時に形成される。これは、信号電荷の漏洩をより効果的に防止するとともに、効率的にイメージセンサを形成するためでもある。
【0085】
周辺回路部及び非受光部に形成されるトランジスタ51、52は、LDD(Lightly Doped Drain−source)構造をもつものが望ましい。これにより、ドレイン電界が緩和され、耐電圧性が向上する。
【0086】
実施の形態2:CMOSイメージセンサ(1)の作製
図5〜7は、本発明の好ましい実施の形態による光電変換装置の製造方法によって、実施の形態1で示したCMOSイメージセンサ(1)を作製する工程を工程順に示す概略断面図である。
【0087】
工程1
まず、図5(a)のように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等によりN型半導体基板1の表面上に酸化シリコン膜2及び窒化シリコン膜3を積層して形成した後、STI構造7bの凹部4のパターンに対応した形状にこれらの膜2及び3をパターニングする。
【0088】
工程2
次に、図5(b)のように、酸化シリコン膜2及び窒化シリコン膜3をマスクとして、ドライエッチング(反応性イオンエッチング)等によりシリコンをエッチング除去して、凹部4を形成する。
【0089】
工程3
次に、図5(c)のように、凹部4の内壁を熱酸化して、凹部4内壁に薄い酸化シリコン膜5を形成する。
【0090】
工程4
次に、凹部4を酸化シリコンで埋める前に、図5(d)のように周辺回路部及び非受光部をマスク30で覆いながら、基板垂直方向から30度傾いた角度をもって加速電圧100keV、注入量(面密度)2×1013/cm2でBF2 +イオンを凹部4の内壁からイオン注入して、P+型チャネルストッパ層6を形成する。
【0091】
このとき、図1(a)でも説明したように、P+型チャネルストッパ層6は受光部にのみ形成され、周辺回路部38及び非受光部に形成される半導体回路素子に悪影響を与えることはない。
【0092】
工程5
次に、図6(e)のように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等により酸化シリコン7aを堆積させ、トレンチ溝4に酸化シリコン7aを埋め込む。
【0093】
工程6
次に、図6(f)のように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等により表面を研磨して、余分な酸化シリコン、窒化シリコン膜3、酸化シリコン膜2を順次除去して、STI素子分離構造7bを完成する。
【0094】
工程7
次に、図6(g)のように、周辺回路部38をマスク21で覆いながら、受光領域14を含む画素領域37全体に、加速電圧2MeV、注入量(面密度)5×1011/cm2でB+イオンをイオン注入し、続いて加熱による熱拡散とアニール処理を行い、基板の深い位置にP型ディープウェル8を形成する。
【0095】
工程8
次に、図6(h)のように、周辺回路部38及び受光領域14とSTI素子分離構造7bの一部をマスク9で覆いながら、STI構造7bの下方に、加速電圧1.5MeV、注入量(面密度)8×1011/cm2、及び加速電圧1.0MeV、面密度3×1012/cm2でB+イオンをイオン注入し、続いて加熱による熱拡散とアニール処理を行い、P型プラグウェル10を形成する。
【0096】
P型ディープウェル8及びP型プラグウェル10は、受光部にのみ形成することも可能であるが、通常は、受光部から非受光部まで画素領域37全体に形成されるのが望ましい。これは、信号電荷の漏洩をより効果的に防止するためである。
【0097】
工程9
次に、図7(i)のように、受光領域14とSTI素子分離構造7bの一部をマスク32で覆いながら、加速電圧600keV、注入量(面密度)3×1012/cm2;加速電圧380keV、面密度3×1012/cm2;及び加速電圧190keV、注入量(面密度)6×1012/cm2でB+イオンをイオン注入し、続いて加熱による熱拡散とアニール処理を行い、P型表面側ウェル11を形成する。
【0098】
P型表面側ウェル11によって受光領域14のN型シリコン層が他のN型シリコン領域から分断されたことになる。P型表面側ウェル11は、受光部にのみ形成することも可能であるが、通常は、周辺回路部38及び非受光部に形成される半導体回路素子のP型ウェルと同時に形成される。これは、信号電荷の漏洩をより効果的に防止するとともに、効率的にイメージセンサを形成するためでもある。
【0099】
また、ウェル形成時の熱拡散により、N型シリコン層がP−型化し、P型ウェルに囲まれたP−型したシリコン層12が形成される。
【0100】
工程10
次に、図7(j)のように、センサ開口部15以外の部分をマスクしながら、センサ開口部15に加速電圧300keV、注入量(面密度)2×1012/cm2でAs+イオンをイオン注入し、続いて加熱アニール処理を行い、N型シリコン層18を形成する。これで、P型シリコン層12とN型シリコン層18との界面にPN接合(フォトダイオード)が形成される。従って、図2(b)に示したように、平面図上でP+型チャネルストッパ層6で囲まれた領域が、センサ開口部15となる。
【0101】
工程11
次に、図4(k)のように、受光部14以外の部分をマスクしながら、加速電圧50keV、面密度1×1013/cm2でBF2 +イオンをイオン注入し、続いて加熱アニール処理を行い、P+型シリコン層19を形成する。
【0102】
工程12
最後に、周辺回路部及び非受光部の所望の領域の基板表面に熱酸化によって酸化膜を形成した後、非受光部トランジスタ51や周辺回路部トランジスタ52などの半導体回路素子を公知の方法で形成する。
【0103】
実施の形態3:CMOSイメージセンサ(2)とその作製
図8(a)は、実施の形態1の変形例であるCMOSイメージセンサ(2)の概念的な概略断面図である。図の上部には、作製工程4aとして追加され、周辺回路部38及び非受光部の凹部内壁から基板中にBF2 +イオンを注入して、P+チャネルストッパ層6aを形成する工程の状態を示す概略断面図を付記した。
【0104】
この変形例では、実施の形態2に示した作製工程を、工程4(周辺回路部38及び非受光部をマスク30で覆いながら、基板垂直方向から30度傾いた角度をもって加速電圧100keV、注入量(面密度)2×1013/cm2でBF2 +イオンを凹部4の内壁からイオン注入して、受光部にのみP+型チャネルストッパ層6を形成する工程)の後に、次の工程4aを追加して行うように変更する。
【0105】
工程4a
図8(a)付図のように、受光部をマスク30aで覆いながら、基板垂直方向から30度傾いた角度をもって加速電圧100keV、注入量(面密度)1×1013/cm2でBF2 +イオンを凹部4の内壁からイオン注入して、周辺回路部38及び非受光部にP+型チャネルストッパ層6aを形成する。
【0106】
これにより、周辺回路部38及び非受光部には、受光部のP+型チャネルストッパ層6より小さい濃度のP+型チャネルストッパ層6aが形成される。この濃度は、この領域に形成される半導体回路素子に悪影響を及ぼさない最適濃度とすることができる。
【0107】
P+型チャネルストッパ層6aが付加されることを除けば、実施の形態1と変わるところはないから、実施の形態1で前述した効果が実施の形態3においても得られるのは言うまでもない。
【0108】
実施の形態4:CMOSイメージセンサ(3)とその作製
図8(b)は、これも実施の形態1の変形例であるCMOSイメージセンサ(3)の概念的な概略断面図である。図の上部には、作製工程4bとして追加され、非受光部の凹部内壁から基板中にBF2 +イオンを注入して、P+チャネルストッパ層6bを形成する工程の状態を示す概略断面図を付記した。
【0109】
この変形例では、実施の形態2に示した作製工程を、工程4(周辺回路部38及び受光部をマスク30で覆いながら、基板垂直方向から30度傾いた角度をもって加速電圧100keV、注入量(面密度)2×1013/cm2でBF2 +イオンを凹部4の内壁からイオン注入して、受光部にのみP+型チャネルストッパ層6を形成する工程)の後に、次の工程4bを追加して行うように変更する。
【0110】
工程4b
図8(b)付図のように、周辺回路部38及び受光部をマスク30bで覆いながら、基板垂直方向から30度傾いた角度をもって加速電圧100keV、注入量(面密度)1×1013/cm2でBF2 +イオンを凹部4の内壁からイオン注入して、非受光部にP+型チャネルストッパ層6bを形成する。
【0111】
これにより、非受光部にのみ、受光部のP+型チャネルストッパ層6より小さい濃度のP+型チャネルストッパ層6bが形成される。この濃度は、この領域に形成される半導体回路素子に悪影響を及ぼさない最適濃度とすることができる。
【0112】
通常、非受光部の素子分離構造はP型ウェルと接触しているから電荷の漏洩が起こりやすく、非受光部にP+型チャネルストッパ層6bを設ける効果は高い。また、イオン注入によってトランジスタのしきい値電圧VTHや電流特性IDを好ましい値に調節できる効果がある。
【0113】
P+型チャネルストッパ層6bが付加されることを除けば、実施の形態1と変わるところはないから、実施の形態1で前述した効果が実施の形態4においても得られるのは言うまでもない。
【0114】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【0115】
例えば、上述のウェル形成のイオン注入は、STIによる素子分離構造の形成以前に行ってもよい。また、上述の各半導体領域の導電型を逆にしてもよい。また、周辺回路部38の素子分離は、STI構造以外の方法で行ってもよい。
【0116】
【発明の作用効果】
本発明によれば、素子分離構造の周囲に歪みの大きい境界領域が形成されても、凹部の形成後に凹部からの不純物ドーピングにより境界領域に第2導電型のチャネルストッパ層を形成できるため、LOCOS構造と比較して、チャネルストッパ層を薄くすることができ、単位画素中に占めるセンサ開口部の面積割合であるセンサ開口率を増加させ、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
【0117】
また、特にSTI構造は、素子分離のための絶縁材の幅をLOCOS構造等と比べてかなり狭めることができるので、素子分離構造自体の面積も縮小できる。
【0118】
以上から、単位画素中に占めるセンサ開口部の面積割合であるセンサ開口率を増加させ、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
【0119】
また、チャネルストッパ層は、受光領域の周囲であって半導体回路素子との間である位置にて終焉しているため、チャネルストッパ層の形成が、半導体回路素子に悪影響を与えることは無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明及び先願発明の好ましい実施の形態であるCMOSイメージセンサの概略断面図である。
【図2】先願発明並びに本発明の好ましい実施の形態であるCMOSイメージセンサのフォトダイオード部の概略断面図(a)と概略平面図(b)である。
【図3】本発明の実施の形態に基づくCMOSイメージセンサの構成図である。
【図4】同、画素領域の配置を示す平面図である。
【図5】同、CMOSイメージセンサの作製工程を示す概略断面図である。
【図6】同、CMOSイメージセンサの作製工程を示す概略断面図である。
【図7】同、CMOSイメージセンサの作製工程を示す概略断面図である。
【図8】本発明及の他の好ましい実施の形態であるCMOSイメージセンサの概略断面図である。
【図9】従来のイメージセンサのフォトダイオード部の概略断面図(a)と概略平面図(b)である。
【符号の説明】
1…N型半導体基板、2…酸化シリコン膜、3…窒化シリコン膜、4…凹部、
5…酸化シリコン膜、6…P+型チャネルストッパ層、7a…酸化シリコン、
7b…素子分離構造(STI構造)、8…P型ディープウェル、9…マスク、
10…P型プラグウェル、11…P型表面側ウェル、
12…P−型化したシリコン層、13…マスク、14…受光領域、
15…センサ開口部、18…N型シリコン層、19…P+型シリコン層、
20、21、30、30a、30b…マスク、31…画素、
32…垂直方向スキャナ、33…読み出し用トランジスタ、
34…水平方向スキャナ、35…電流電圧変換回路、36…出力バッファ回路、
37…画素領域、38…周辺回路部、41…コンタクト、42…転送ゲート、
43…N型バッファ層、44…コンタクト、
45…増幅用トランジスタのゲート、46…増幅用トランジスタ、
47…コンタクト、48…リセットゲート、49…コンタクト、
50A…P+型チャネルストッパ層の受光領域側端部、
50B…P+型チャネルストッパ層のもう一方の端部、
51…非受光部トランジスタ、52…周辺回路部トランジスタ、
101…N型半導体基板、102…酸化シリコン膜、
107…素子分離構造(LOCOS構造)、108…P型ディープウェル、
110…P型プラグウェル、111…P型表面側ウェル、
112…P−型化したシリコン層、114…受光領域、115…センサ開口部、
116…P型表面側ウェルのはみ出し部分、118…N型シリコン層、
119…P+型シリコン層、120…歪みの大きい境界領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric conversion device in which a photodiode is formed in each light receiving region, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid spread of digital cameras and the Internet, opportunities for converting optical image information into electric signals, capturing, processing, and using digital data have been increasing. For this reason, there is an increasing demand for compact, low-cost, high-definition, high-sensitivity, wide dynamic range, and other high-performance photoelectric conversion devices such as solid-state imaging devices. It is expected that miniaturization and higher integration of solid-state imaging devices will be advanced.
[0003]
9A and 9B are an example of a schematic cross-sectional view (a) and an example of a schematic plan view (b) of a main part centering on a photodiode (PD: Photo @ Diode) of a conventional image sensor or the like. On the substrate surface, an element isolation structure 107 having a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) structure that electrically insulates the light receiving region 114 of each photodiode is formed in order to isolate elements between the photodiodes.
[0004]
In the example of FIG. 9, an N-type silicon substrate 101 is used as the substrate, and an N-type silicon layer 118 formed on the surface of the substrate and a P-type silicon layer 118 thereunder are formed.−A photodiode is formed by a PN junction at the interface with the shaped silicon layer 112. Hereinafter, a portion surrounded by the element isolation structure 107 is referred to as a light receiving region 114, and a portion in which a PN junction is formed is referred to as a sensor opening 115, so that the two are distinguished from each other.
[0005]
When the light incident on the sensor opening 115 reaches the PN junction, it is converted into holes and electrons there, and signal charges (electrons) corresponding to the amount of incident light are converted into N-type silicon layers 118 and N-type layers. P−It is accumulated in the shaped silicon layer 112. In addition, P of the outermost surface+The type silicon layer 119 is for preventing charge leakage from the surface.
[0006]
The above-described signal charge accumulation region including the N-type silicon layer 118 and the like includes a P-type surface well 111 formed below and around the element isolation structure 107, a P-type deep well 108 formed at a deep position in the substrate, A P-type plug (Plug) well 110 formed vertically below the element isolation structure 107 so as to electrically connect the P-type surface well 111 and the P-type deep well 108 to form side and bottom surfaces. Surrounded by As a result, the signal charge storage region is electrically separated from the peripheral elements even in the substrate, and the signal charge does not leak.
[0007]
Next, the points of a method for manufacturing the photodiode of FIG. 9 will be described.
[0008]
First, an element isolation structure 107 having a LOCOS structure is formed around the light receiving region 114 of the N-type silicon substrate 101 by thermal oxidation of the substrate 101.
[0009]
Next, B+Thermal diffusion / annealing treatment by ion implantation and heating of the P type deep well 108 at a deep position of the substrate, a P type plug well 110 below the element isolation structure 107, and a P type A front side well 111 is formed. The P-type surface-side well 111 is formed so as to cover the edge of the element isolation structure 107 having a LOCOS structure with a width of about 0.1 μm (protrude to the light receiving region 114 side) for a reason to be described later. At this time, the N-type layer located below the N-type silicon layer 118 becomes P-type by thermal diffusion from the surrounding P-type region.−P, surrounded by P-type wells−A patterned silicon layer 112 is formed.
[0010]
Next, As is placed in the sensor opening 115.+Is performed, and an N-type silicon layer 118 is formed. This gives P−A PN junction (photodiode) is formed at the interface between the shaped silicon layer 112 and the N-type silicon layer 118. Finally, BF is added to the sensor opening 115.2 +Ion implantation and heat annealing treatment to obtain P on the outermost surface.+A mold silicon layer 119 is formed.
[0011]
[Procedure leading to the invention]
The problem of the photodiode shown in FIG. 9 from the standpoint of miniaturization and high integration is that the P-type surface formed with a width of about 0.1 μm from the end of the LOCOS element isolation structure 107 to the light receiving region 114 side. The protruding portion 116 of the well 111 is present (FIG. 9B).
[0012]
When the element isolation structure 107 is formed by thermal oxidation of the substrate, a bird's beak forms a boundary region 120 with large distortion around the periphery. In such a boundary region 120, charge leakage easily occurs due to crystal lattice defects or interface states. In order to prevent the leakage of the charges, in the photodiode of FIG. 9, the P-type surface side well 111 is formed so as to protrude toward the light receiving region 114 so as to surround the boundary region 120, and the boundary region 120 is formed in the signal charge storage region. 118.
[0013]
With such a protruding portion 116, the sensor opening 115 is smaller than the light receiving region 114 by that amount, so that the sensor aperture ratio, which is the area ratio of the sensor opening 115 in the unit pixel, is reduced, and the photodiode This causes a drop in sensitivity. The reduction in the sensor aperture ratio due to the protruding portion 116 becomes relatively large as the area of the unit pixel is reduced due to the high definition, which is a major obstacle in miniaturizing the photodiode.
[0014]
As a method for solving the above problems, the present inventor has proposed a photoelectric conversion device having a structure in which formation of an element isolation structure for isolating elements between photodiodes does not easily lead to a decrease in sensitivity of the photodiode, and a method of manufacturing the same (Japanese Patent Application No. 2002-118746).
[0015]
That is, the invention according to Japanese Patent Application No. 2002-118746 (hereinafter referred to as the prior application invention) is a photoelectric conversion device in which a photodiode is formed in each light receiving region.
A semiconductor substrate of a first conductivity type;
Formed on a semiconductor substrate and formed to isolate elements between photodiodes
An element isolation structure in which an insulating film is embedded in the recessed portion,
A second formed in the semiconductor substrate so as to be in contact with and surround the element isolation structure.
A conductive type channel stopper layer;
The first conductive type half of the photodiode, which is formed on the surface of the light receiving region and constitutes the photodiode.
A conductor layer,
A second conductivity type semiconductor layer formed under and in contact with the first conductivity type semiconductor layer
When,
The light receiving area is located outside the light receiving area with respect to the end of the element isolation structure on the light receiving area side.
A first well of a second conductivity type formed so as to surround the first well;
A second well of a second conductivity type formed at the bottom of the light receiving region;
And a method for manufacturing the same.
[0016]
FIGS. 2A and 2B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view, respectively, of a photodiode unit such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor according to a preferred embodiment of the invention of the prior application. On the surface of the substrate, an
[0017]
In this example, an N-
[0018]
When the light incident on the sensor opening 15 reaches the PN junction, it is converted into holes and electrons there, and signal charges (electrons) corresponding to the amount of incident light are converted into N-type silicon layers 18 and N-type layers. P−It is accumulated in the shaped
[0019]
The above-described signal charge storage region made of the N-
[0020]
P-type surface side well 11 and P-type plug well 10 and P−The boundary with the patterned
[0021]
By comparing FIG. 2B with FIG. 9B, the difference between the photodiode according to the preferred embodiment of the prior application and the conventional photodiode can be clearly understood. In FIG. 2B, the PTI is in contact with the STI element isolation structure 7b.+Since the mold
[0022]
Also in the STI
[0023]
As described above, since almost the entire light receiving region 14 surrounded by the
[0024]
In addition, in the
[0025]
From the above, it is possible to increase the sensor aperture ratio, which is the area ratio of the sensor opening 15 in the unit pixel, and improve the sensitivity of the photodiode.
[0026]
Further, the P extending to a position outside the light receiving region 14 just below the end of the element isolation structure 7b.−Since the shaped
[0027]
Next, the points of a method of manufacturing the photodiode portion of the image sensor of FIG. 2 will be described.
[0028]
First, a concave portion is formed around the light receiving region 14 by selective etching. Next, the inner wall of the recess is thermally oxidized to form a thin silicon oxide film on the inner wall of the recess.
[0029]
Next, before filling the concave portion with silicon oxide, an acceleration voltage of 100 keV and an implantation amount (area density) of 2 × 10 are set at an angle of 30 degrees from the inner wall of the concave portion with respect to the direction perpendicular to the substrate.13/ Cm2In BF2 +Ions are implanted. As a result, in the substrate in contact with the side and bottom surfaces of the recess, P+A mold
[0030]
Next, after burying silicon oxide in the concave portion, excess silicon oxide and the like are removed to form the STI
[0031]
Next, the entire pixel region including the light receiving region 14 is charged with B at an acceleration voltage of 2 MeV.+Thermal diffusion / annealing treatment is performed by ion implantation and heating to form a P-type deep well 8 at a deep position in the substrate. Further, while masking a part of the light receiving region 14 and a part of the STI
[0032]
Next, in the same manner as described above, while masking the light receiving region 14 and a part of the STI
[0033]
The formation of the P-type surface side well 11 means that the signal charge accumulation region of the photodiode such as the N-
[0034]
Due to the thermal diffusion during the above-described series of P-type well formation steps, the N-type layer located below the N-
[0035]
Subsequently, As with an acceleration voltage of 300 keV is applied to the sensor opening 15.+Is performed and a heat annealing process is performed to form an N-
[0036]
Finally, a BF with an acceleration voltage of 50 keV is2 +Ion implantation and heat annealing to prevent leakage of signal charges from the surface+A
[0037]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 1B is a conceptual schematic cross-sectional view of the completed CMOS image sensor. In the upper part of the figure, the BF is inserted into the substrate from the inner wall of the recess 4 in the above-described photodiode manufacturing process.2 +Implant ions and+A schematic cross-sectional view showing the state of the step of forming the
[0038]
As can be seen from this figure, in this example, ion implantation into the inner wall of the recess 4 is performed on all the recesses 4 on the
[0039]
However, the PTI is usually provided on the STI side wall of the peripheral circuit section.+No layer is formed. Even if it is formed, the optimum dopant concentration is the P concentration in the channel stopper layer of the photodiode portion.+Much smaller than the optimum dopant concentration of the layer. Since the optimal conditions for both are different, P+When the
[0040]
Thus, the P formed based on the prior invention is+Although the
[0041]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to form an element isolation structure for isolating elements between photodiodes, which is unlikely to lead to a decrease in the sensitivity of the photodiode, and to reduce the surrounding area. An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device having a structure that does not adversely affect a semiconductor circuit element and a method for manufacturing the same.
[0042]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention includes a photodiode formed in each light receiving region on a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a semiconductor circuit element formed in a region outside the light receiving region on the semiconductor substrate,
A device formed on the semiconductor substrate and having an insulating film embedded in a concave portion formed to isolate the photodiode and the semiconductor circuit element from each other;
Child separation structure,
A second conductivity type channel stopper layer formed in the semiconductor substrate so as to contact and surround the element isolation structure for isolating the photodiode.
When,
A first part of the photodiode, which is formed on the surface side of the light receiving region and constitutes the photodiode
A conductive semiconductor layer;
A first well of the second conductivity type formed to surround the light receiving region at a position outside the light receiving region with respect to an end of the element isolation structure on the light receiving region side;
A second well of a second conductivity type formed at the bottom of the light receiving region;
A third well of a second conductivity type connecting the first and second wells;
A photoelectric conversion device having:
In the first well in contact with and surrounding the element isolation structure, the channel is located at a position around the light receiving region and between the semiconductor circuit element and the first well.
The stopper layer is over
The present invention relates to a photoelectric conversion device.
[0043]
The present invention also provides a method of manufacturing a photoelectric conversion device, wherein a photodiode is formed in each light receiving region on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a semiconductor circuit element is formed in a region outside the light receiving region on the semiconductor substrate. So,
On the semiconductor substrate, a concave portion for separating the photodiode and the semiconductor circuit element is formed, and an insulating film is buried in the concave portion to separate the element.
Forming a structure;
Forming a channel stopper layer of a second conductivity type in the semiconductor body so as to contact and surround the element isolation structure for element isolation of the photodiode;
A half of the first conductivity type constituting the photodiode is provided on the surface side of the light receiving region.
Forming a conductor layer;
Forming a first well of a second conductivity type with respect to an end of the element isolation structure on the light receiving region side so as to surround the light receiving region at a position outside the light receiving region;
About
Forming a second well of a second conductivity type at the bottom of the light receiving region;
Forming a third well of a second conductivity type connecting the first and second wells;
Process and
A method for manufacturing a photoelectric conversion device having
In the first well in contact with and surrounding the element isolation structure, the first well ends at a position around the light receiving region and between the semiconductor circuit element.
Forming the channel stopper layer
The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
[0044]
According to the present invention, even in the element isolation structure, a boundary region with large distortion is formed around the periphery, but after the formation of the concave portion, the second conductive type channel stopper is formed in the boundary region by impurity doping from the concave portion. Since the layer can be formed, the channel stopper layer can be made thinner as compared with the LOCOS structure, and the sensor aperture ratio, which is the area ratio of the sensor aperture in the unit pixel, is increased, thereby improving the sensitivity of the photodiode. be able to.
[0045]
In addition, since the channel stopper layer ends at a position around the light receiving region and between the semiconductor circuit element, the formation of the channel stopper layer adversely affects the semiconductor circuit element. There is nothing.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, it is preferable that the element isolation structure is provided at least around the light receiving region.
[0047]
The device isolation structure is preferably an STI (Shallow Trench Isolation) structure. In the STI structure, the width of the insulating material for element isolation can be considerably reduced as compared with the LOCOS structure or the like, so that the area of the element isolation structure itself can be reduced.
[0048]
In the present invention, after the concave portion is formed and before the insulating film is embedded in the concave portion, ions are removed from the wall surface of the concave portion of the photodiode portion while masking portions other than the photodiode portion around the photodiode portion. It is preferable that the channel stopper layer of the photodiode portion is formed by implantation.
[0049]
Further, the element isolation structure may be provided between the photodiode in the light receiving region and the semiconductor circuit element in the non-light receiving portion around the photodiode, and / or the semi-conductor circuit element in the non-light receiving portion and the peripheral circuit portion. It may also be provided between the semiconductor circuit element.
[0050]
In that case, the first well is also formed in a formation region of the semiconductor circuit element of the non-light receiving portion and / or the semiconductor circuit element of the peripheral circuit portion, and the first well is formed in the element isolation structure around the semiconductor circuit element. It is preferable that a channel stopper layer is formed at a lower concentration than the channel stopper layer of the photodiode portion also in the first well surrounding and surrounding the first well.
[0051]
By forming the channel stopper layer of the semiconductor circuit element portion separately from the channel stopper layer of the photodiode portion, a channel stopper layer having an optimum impurity concentration can be formed.
[0052]
In the present invention, after the concave portion is formed and before the concave portion is filled with the insulating film, the photodiode portion and the semiconductor circuit element portion of the non-light receiving portion and / or the semiconductor circuit element portion of the peripheral circuit portion It is preferable that the channel stopper layer of the semiconductor circuit element portion is formed by ion-implanting from the wall surface of the concave portion while masking.
[0053]
In forming the element isolation structure, it is preferable that an insulating material for element isolation be buried in the recess by a vapor phase growth method.
[0054]
Preferably, the first, second and third wells are formed by ion implantation. According to the ion implantation method, a predetermined concentration of a dopant can be accurately doped at a predetermined position. Therefore, for example, a well can be formed in a deep portion of the semiconductor substrate, which cannot be achieved by the thermal diffusion method.
[0055]
A solid-state imaging device may be manufactured according to the present invention.
[0056]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0057]
Embodiment 1: CMOS image sensor (1)
FIG. 2 is a schematic sectional view (a) and a schematic plan view (b) of a photodiode section of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor according to a preferred embodiment of the present invention. On the surface of the substrate, an
[0058]
In this example, an N-
[0059]
When the light incident on the sensor opening 15 of the light receiving region 14 reaches the PN junction, the light is converted into holes and electrons there, and signal charges (electrons) corresponding to the amount of incident light are converted into N-type silicon layers 18 and further. N-type layer is P−It is accumulated in the shaped
[0060]
The signal charge storage region formed of the N-
[0061]
P-type surface side well 11 and P-type plug well 10 and P−The boundary with the patterned
[0062]
Since the structure of the above-described photodiode is the same as the photodiode according to the invention of the prior application, it goes without saying that the same effect is obtained.
[0063]
That is, P is in contact with the STI element isolation structure 7b.+Since the mold
[0064]
Also in the STI
[0065]
As described above, since almost the entire light receiving region 14 surrounded by the
[0066]
In addition, in the
[0067]
As described above, it is possible to increase the sensor aperture ratio, which is the area ratio of the sensor aperture in the unit pixel, and improve the sensitivity of the photodiode.
[0068]
Further, the P extending to a position outside the light receiving region 14 just below the end of the element isolation structure 7b.−Since the shaped
[0069]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a CMOS image sensor in which the photodiodes are arranged in a two-dimensional matrix on a substrate. In this device, rows and columns are selected by the vertical scanner 32 and the horizontal scanner 34, respectively, and signal charges of the photodiodes of the pixels 31 at the intersections are read.
[0070]
That is, the read transistor 33 of a certain row is selected by the control signal from the vertical scanner 32 to be turned on, and at the same time, the read signal is sequentially applied to each column by the horizontal scanner 34. Is output to the input part of the current-voltage conversion circuit 35, and is converted into a voltage by the current-voltage conversion circuit 35 and the output buffer circuit 36 and output.
[0071]
During one cycle of the vertical scanner 32, all the pixels 31 are sequentially scanned once, and the output corresponding to the signal charge stored in the photodiode of each pixel 31 during one cycle is read out. Thereafter, the photodiode is erased from the charge and reset to the initial state. Thus, the video signal photoelectrically converted by the photodiodes arranged in a two-dimensional matrix is output in a time-division manner.
[0072]
Each pixel 31 in FIG. 3 is formed in a pixel area 37 on the substrate, and peripheral circuits such as a vertical scanner 32, a readout transistor 33, a horizontal scanner 34, a current-voltage conversion circuit 35, and an output buffer circuit 36 are formed in a pixel area 37. Is formed in the peripheral circuit section 38 adjacent to the.
[0073]
FIG. 4 is a plan view showing an arrangement in the pixel region 37. FIG. 4A is an overall view showing a state in which a number of pixels 31 are arranged in a two-dimensional matrix, and FIG. 4B is a plan view showing an arrangement in one pixel 31. . FIG. 4 shows only the N-type diffusion layers 18 and 43 formed above the P-type silicon layer, the gate layers 42, 45 and 48, the contacts 41, 44, 47 and 49, and the upper layer wiring is not shown. are doing. The gate layer is formed of polycrystalline silicon, and the lower portion is a P-type layer.
[0074]
As shown in FIG. 2, the N-
[0075]
The read signal from the horizontal scanner 34 in FIG. 3 is applied to the transfer gate 42 through the contact 41 in FIG. When the channel layer below the transfer gate 42 becomes conductive due to the operation of the read signal, the signal charges (electrons) accumulated in the signal charge accumulation region such as the N-
[0076]
This signal voltage is applied to the gate 45 of the amplifying transistor through the contact 44, and is read as a change in the current flowing through the amplifying transistor 46. The output current of the amplifying transistor 46 is guided to the read transistor 33 of FIG. 3, and is converted into a voltage and output as described above.
[0077]
When the reading is completed, a reset signal is applied to the reset gate 48 through the contact 47, the signal charge stored in the N-type buffer layer 43 is erased through the contact 49, and the photodiode is reset to the initial state.
[0078]
As described above, one pixel includes the photodiode formed in the light receiving portion and the various semiconductor circuit elements formed in the non-light receiving portion. Therefore, it is necessary to separate the elements from each other.
[0079]
The extension of the N-
[0080]
FIG. 1A illustrates a CMOS image sensor in which a peripheral circuit portion is cut first, then a non-light receiving portion (for example, AB in FIG. 4B) of the pixel is cut, and then a light receiving portion of the pixel is cut. FIG. 5 is a conceptual schematic cross-sectional view obtained by joining cross-sectional views obtained by cutting (for example, B-C in FIG. 4B).
[0081]
In the upper part of FIG. 1A, in a CMOS image sensor manufacturing process to be described later, BF2 +Implant ions and+A schematic cross-sectional view showing the state of the step of forming the
[0082]
As can be seen in FIG.2 +When implanting ions, since the semiconductor circuit element portion of the non-light receiving portion and the semiconductor circuit element portion of the peripheral circuit portion are covered with the
[0083]
Although the P-type deep well 8 and the P-type plug well 10 can be formed only in the light receiving portion, it is usually desirable to form the P-type deep well 8 and the P-type plug well 10 in the entire pixel region from the light receiving portion to the non-light receiving portion. This is to prevent the leakage of signal charges more effectively.
[0084]
Although the P-type surface side well 11 can be formed only in the light receiving portion, it is usually formed simultaneously with the P-type well of the semiconductor circuit element formed in the peripheral circuit portion and the non-light receiving portion. This is to prevent the leakage of signal charges more effectively and to efficiently form an image sensor.
[0085]
The
[0086]
Embodiment 2: Fabrication of CMOS image sensor (1)
5 to 7 are schematic cross-sectional views showing steps of manufacturing the CMOS image sensor (1) shown in
[0087]
First, as shown in FIG. 5A, a
[0088]
Next, as shown in FIG. 5B, using the
[0089]
Next, as shown in FIG. 5C, the inner wall of the recess 4 is thermally oxidized to form a thin
[0090]
Step 4
Next, before filling the concave portion 4 with silicon oxide, the peripheral circuit portion and the non-light receiving portion are covered with the
[0091]
At this time, as described with reference to FIG.+The mold
[0092]
Next, as shown in FIG. 6E,
[0093]
Next, as shown in FIG. 6 (f), the surface is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, and the extra silicon oxide,
[0094]
Next, as shown in FIG. 6G, while covering the peripheral circuit portion 38 with the
[0095]
Step 8
Next, as shown in FIG. 6H, an acceleration voltage of 1.5 MeV is implanted below the
[0096]
Although the P-type deep well 8 and the P-type plug well 10 can be formed only in the light receiving portion, it is generally preferable that the P-type deep well 8 and the P-type plug well 10 are formed in the entire pixel region 37 from the light receiving portion to the non-light receiving portion. This is to prevent the leakage of signal charges more effectively.
[0097]
Next, as shown in FIG. 7 (i), while covering the light receiving region 14 and a part of the STI
[0098]
This means that the N-type silicon layer of the light receiving region 14 is separated from other N-type silicon regions by the P-type surface side well 11. The P-type surface side well 11 can be formed only in the light receiving section, but is usually formed simultaneously with the P-type well of the semiconductor circuit element formed in the peripheral circuit section 38 and the non-light receiving section. This is to prevent the leakage of signal charges more effectively and to efficiently form an image sensor.
[0099]
Also, due to thermal diffusion during the well formation, the N-type silicon layer becomes P-type.−P, surrounded by P-type wells−A shaped
[0100]
Next, as shown in FIG. 7J, an acceleration voltage of 300 keV and an injection amount (area density) of 2 × 10 are applied to the sensor opening 15 while masking a portion other than the sensor opening 15.12/ Cm2In As+Ions are implanted, followed by heat annealing to form an N-
[0101]
Next, as shown in FIG. 4 (k), while masking portions other than the light receiving portion 14, an acceleration voltage of 50 keV and an area density of 1 × 1013/ Cm2In BF2 +Ions are implanted, followed by heat annealing,+A
[0102]
Finally, after an oxide film is formed on the substrate surface in a desired region of the peripheral circuit portion and the non-light receiving portion by thermal oxidation, semiconductor circuit elements such as the non-light receiving
[0103]
Embodiment 3: CMOS image sensor (2) and fabrication thereof
FIG. 8A is a conceptual schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor (2) which is a modification of the first embodiment. In the upper part of the figure, a fabrication process 4a is added, and BF2 +Implant ions and+A schematic cross-sectional view showing the state of the step of forming the channel stopper layer 6a has been added.
[0104]
In this modification, the manufacturing process described in the second embodiment is performed in the same manner as in step 4 (while covering the peripheral circuit portion 38 and the non-light receiving portion with the
[0105]
Step 4a
As shown in FIG. 8A, while covering the light receiving portion with the mask 30a, the acceleration voltage is 100 keV and the injection amount (area density) is 1 × 10 at an angle of 30 degrees from the vertical direction of the substrate.13/ Cm2In BF2 +Ions are implanted from the inner wall of the recess 4 into the peripheral circuit portion 38 and the non-light receiving portion.+A mold channel stopper layer 6a is formed.
[0106]
Thus, the peripheral circuit section 38 and the non-light receiving section have the P+Having a lower concentration than the channel stopper layer 6+A mold channel stopper layer 6a is formed. This concentration can be an optimum concentration that does not adversely affect the semiconductor circuit elements formed in this region.
[0107]
P+Except for the addition of the mold channel stopper layer 6a, there is no difference from the first embodiment. Needless to say, the effects described in the first embodiment can also be obtained in the third embodiment.
[0108]
Embodiment 4: CMOS image sensor (3) and fabrication thereof
FIG. 8B is a conceptual schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor (3) which is also a modification of the first embodiment. In the upper part of the figure, as a manufacturing step 4b, a BF2 +Implant ions and+A schematic cross-sectional view showing the state of the step of forming the channel stopper layer 6b has been added.
[0109]
In this modification, the manufacturing process described in the second embodiment is performed in the same manner as in Step 4 (while the peripheral circuit portion 38 and the light receiving portion are covered with the
[0110]
Step 4b
As shown in FIG. 8B, while the peripheral circuit portion 38 and the light receiving portion are covered with the mask 30b, the acceleration voltage is 100 keV and the implantation amount (area density) is 1 × 10 at an angle of 30 degrees from the vertical direction of the substrate.13/ Cm2In BF2 +Ions are implanted from the inner wall of the recess 4 and P+A mold channel stopper layer 6b is formed.
[0111]
As a result, only the non-light-receiving portion has a P+Having a lower concentration than the channel stopper layer 6+A mold channel stopper layer 6b is formed. This concentration can be an optimum concentration that does not adversely affect the semiconductor circuit elements formed in this region.
[0112]
Normally, since the element isolation structure of the non-light receiving portion is in contact with the P-type well, leakage of electric charge is likely to occur.+The effect of providing the mold channel stopper layer 6b is high. In addition, the threshold voltage VTHAnd current characteristics IDHas an effect that can be adjusted to a preferable value.
[0113]
P+Except for the addition of the mold channel stopper layer 6b, there is no difference from the first embodiment. Needless to say, the effects described in the first embodiment can also be obtained in the fourth embodiment.
[0114]
As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, it is needless to say that the present invention is not limited to these examples, and can be appropriately changed without departing from the gist of the invention.
[0115]
For example, the above-described ion implantation for forming a well may be performed before forming an element isolation structure by STI. Further, the conductivity type of each of the above-described semiconductor regions may be reversed. The element isolation of the peripheral circuit section 38 may be performed by a method other than the STI structure.
[0116]
Operation and Effect of the Invention
According to the present invention, even if a boundary region with large distortion is formed around the element isolation structure, the channel stopper layer of the second conductivity type can be formed in the boundary region by doping impurities from the concave portion after the concave portion is formed. As compared with the structure, the channel stopper layer can be made thinner, and the sensor aperture ratio, which is the area ratio of the sensor opening in a unit pixel, can be increased, and the sensitivity of the photodiode can be improved.
[0117]
Particularly, in the STI structure, the width of the insulating material for element isolation can be considerably reduced as compared with the LOCOS structure or the like, so that the area of the element isolation structure itself can be reduced.
[0118]
As described above, it is possible to increase the sensor aperture ratio, which is the area ratio of the sensor aperture in the unit pixel, and improve the sensitivity of the photodiode.
[0119]
In addition, since the channel stopper layer ends at a position around the light receiving region and between the semiconductor circuit element, the formation of the channel stopper layer does not adversely affect the semiconductor circuit element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention and the prior application.
FIG. 2 is a schematic sectional view (a) and a schematic plan view (b) of a photodiode portion of a CMOS image sensor according to a preferred embodiment of the present invention and a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a CMOS image sensor based on an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the pixel regions.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the CMOS image sensor.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the CMOS image sensor.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the CMOS image sensor.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a CMOS image sensor according to another preferred embodiment of the present invention.
9A and 9B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view of a photodiode section of a conventional image sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
5: silicon oxide film, 6: P+Mold channel stopper layer, 7a: silicon oxide,
7b: element isolation structure (STI structure), 8: P-type deep well, 9: mask,
10 ... P-type plug well, 11 ... P-type surface side well,
12 ... P−Molded silicon layer, 13 mask, 14 light receiving area,
15: Sensor opening, 18: N-type silicon layer, 19: P+Mold silicon layer,
20, 21, 30, 30a, 30b ... mask, 31 ... pixel,
32: vertical direction scanner, 33: readout transistor,
34 ... horizontal direction scanner, 35 ... current-voltage conversion circuit, 36 ... output buffer circuit,
37: pixel area, 38: peripheral circuit section, 41: contact, 42: transfer gate,
43 ... N-type buffer layer, 44 ... Contact,
45: gate of a transistor for amplification, 46: transistor for amplification,
47 ... contact, 48 ... reset gate, 49 ... contact,
50A ... P+End of the mold channel stopper layer on the light receiving region side,
50B ... P+The other end of the mold channel stopper layer,
51: non-light receiving transistor, 52: peripheral circuit transistor,
101: N-type semiconductor substrate, 102: silicon oxide film,
107: element isolation structure (LOCOS structure), 108: P-type deep well,
110: P-type plug well, 111: P-type surface side well,
112 ... P−Molded silicon layer, 114: light receiving area, 115: sensor opening,
116 ... P-type surface side well protruding portion, 118 ... N-type silicon layer,
119 ... P+Type silicon layer, 120 ... boundary region with large distortion
Claims (16)
前記半導体基体上に形成され、前記フォトダイオード及び前記半導体回路素子の間を素子分離するために形成された凹部内に絶縁膜が埋め込まれてなる素
子分離構造と、
前記フォトダイオードを素子分離する前記素子分離構造に接して、これを取り囲むように前記半導体基体中に形成された第2導電型のチャネルストッパ層
と、
前記受光領域の表面側に形成された、前記フォトダイオードを構成する第1
導電型の半導体層と、
前記受光領域側の前記素子分離構造の端部に対し、前記受光領域の外方位置にて前記受光領域を取り囲むように形成された第2導電型の第1のウェルと、
前記受光領域の底部に形成された第2導電型の第2のウェルと、
前記第1及び第2のウェルを接続する第2導電型の第3のウェルと
を有する光電変換装置であって、
前記素子分離構造に接してこれを取り囲む前記第1のウェルにおいて、前記受光領域の周囲であって前記半導体回路素子との間である位置にて前記チャネ
ルストッパ層が終焉している
光電変換装置。A photodiode formed in each light receiving region on the semiconductor substrate of the first conductivity type, and a semiconductor circuit element formed in a region outside the light receiving region on the semiconductor substrate;
An element isolation structure formed on the semiconductor substrate and having an insulating film embedded in a recess formed for isolating the photodiode and the semiconductor circuit element;
A second conductivity-type channel stopper layer formed in the semiconductor substrate so as to be in contact with and surround the element isolation structure for isolating the photodiode,
A first part of the photodiode, which is formed on the surface side of the light receiving region and constitutes the photodiode.
A conductive semiconductor layer;
A first well of the second conductivity type formed to surround the light receiving region at a position outside the light receiving region with respect to an end of the element isolation structure on the light receiving region side;
A second well of a second conductivity type formed at the bottom of the light receiving region;
A photoelectric conversion device having a third well of a second conductivity type connecting the first and second wells,
In the photoelectric conversion device, the channel stopper layer ends at a position around the light receiving region and between the semiconductor circuit element and the first well in contact with and surrounding the element isolation structure.
前記半導体基体上に、前記フォトダイオード及び前記半導体回路素子の間を素子分離するための凹部を形成し、この凹部内に絶縁膜を埋め込んで素子分離
構造を形成する工程と、
前記フォトダイオードを素子分離する前記素子分離構造に接してこれを取り囲むように、前記半導体基体中に第2導電型のチャネルストッパ層を形成する工程と、
前記受光領域の表面側に、前記フォトダイオードを構成する第1導電型の半
導体層を形成する工程と、
前記受光領域側の前記素子分離構造の端部に対し、前記受光領域の外方位置にて前記受光領域を取り囲むように、第2導電型の第1のウェルを形成する工
程と、
前記受光領域の底部に第2導電型の第2のウェルを形成する工程と
前記第1及び第2のウェルを接続する第2導電型の第3のウェルを形成する
工程と
を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記素子分離構造に接してこれを取り囲む前記第1のウェルにおいて、前記受光領域の周囲であって前記半導体回路素子との間である位置で終焉させるように前記チャネルストッパ層を形成する
光電変換装置の製造方法。A method of manufacturing a photoelectric conversion device, comprising: forming a photodiode in each light receiving region on a semiconductor substrate of a first conductivity type; and forming a semiconductor circuit element in a region outside the light receiving region on the semiconductor substrate.
Forming, on the semiconductor substrate, a concave portion for element isolation between the photodiode and the semiconductor circuit element, and forming an element isolation structure by embedding an insulating film in the concave portion;
Forming a channel stopper layer of a second conductivity type in the semiconductor body so as to contact and surround the element isolation structure for element isolation of the photodiode;
Forming a first conductive type semiconductor layer constituting the photodiode on the surface side of the light receiving region;
Forming a first well of the second conductivity type with respect to an end of the element isolation structure on the light receiving region side so as to surround the light receiving region at a position outside the light receiving region;
A photoelectric conversion device having a step of forming a second well of a second conductivity type at the bottom of the light receiving region and a step of forming a third well of a second conductivity type connecting the first and second wells; The method of manufacturing
A photoelectric conversion device that forms the channel stopper layer so as to end at a position between the semiconductor circuit element and the periphery of the light receiving region in the first well in contact with and surrounding the element isolation structure; Manufacturing method.
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