JP2004260208A - Solid state imaging device - Google Patents

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Teruko Mori
輝子 森
Hisanori Ihara
久典 井原
Tetsuya Yamaguchi
鉄也 山口
Hiroaki Ishiwatari
宏明 石渡
Hidetoshi Nozaki
秀俊 野崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve image quality by eliminating KTC noise caused by the substantial capacitance of a PD portion. <P>SOLUTION: In a solid imaging device having an imaging region formed by arranging unit cells including a photoelectric conversion part and a signal scanning circuit on a semiconductor substrate in a shape of a two dimensional matrix, an impurity concentration Na of an n-type region 81 which is the photoelectric device is set in such a relation that 0<Na-Nb<1×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>can be satisfied with an impurity concentration Nb of a p-type region 80 below the photoelectric conversion part. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像装置に係わり、特にフォトダイオード等の光電変換部から信号電荷を読み出すための読み出しトランジスタ部分の改良をはかった固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device in which a reading transistor portion for reading signal charges from a photoelectric conversion unit such as a photodiode is improved.

固体撮像装置の分野において、以前より画素の内部に増幅機能を有する増幅型MOSイメージセンサに関する数多くの技術が提案されている。このMOSイメージセンサは、画素数の増加やチップサイズの縮小に伴う画素サイズの縮小に向いていると期待されている。また、CCDイメージセンサと比較して、低消費電力であり、同じCMOSプロセスを使うことによりセンサ部分と周辺回路との統合が容易である特長を有する。   2. Description of the Related Art In the field of solid-state imaging devices, many technologies related to an amplification type MOS image sensor having an amplification function inside a pixel have been proposed. This MOS image sensor is expected to be suitable for a reduction in pixel size accompanying an increase in the number of pixels and a reduction in chip size. Further, compared to the CCD image sensor, the power consumption is low, and the use of the same CMOS process makes it easy to integrate the sensor portion and peripheral circuits.

MOSイメージセンサは1画素を構成する単位セルを二次元配置して構成されており、単位セルは光電変換素子とトランジスタで構成されている。そして、光電変換素子による光電変換により発生した信号電荷で信号蓄積部(一般には、光電変換素子としてのフォトダイオードが兼ねている)の電位を変調し、その電位により画素内部の増幅トランジスタを変調することで画素内部に増幅機能を持たせている。   The MOS image sensor is configured by two-dimensionally arranging unit cells constituting one pixel, and the unit cell is configured by a photoelectric conversion element and a transistor. Then, the potential of a signal accumulation unit (generally, a photodiode serving as a photoelectric conversion element) is modulated by signal charges generated by photoelectric conversion by the photoelectric conversion element, and the amplification transistor inside the pixel is modulated by the potential. Thus, an amplification function is provided inside the pixel.

この種の装置における最重要評価項目の1つに、暗時において出力させた画素の中で異常な高出力により明るく(白黒の場合は白く)光る点(白傷)がある。この白傷の原因の1つに光電変換部からのリーク電流があげられる。リーク電流を低減するためには、リーク電流発生の原因が数多く存在する半導体基板表面から光電変換素子としてのフォトダイオード(PD)を遠ざける、つまり基板表面から深いところにPDを形成する必要がある。   One of the most important evaluation items in this type of device is a point (white flaw) that is bright (white in the case of black and white) due to an abnormally high output among pixels output in the dark. One of the causes of the white flaw is a leak current from the photoelectric conversion unit. In order to reduce the leak current, it is necessary to keep the photodiode (PD) as a photoelectric conversion element away from the surface of the semiconductor substrate where many causes of the leak current are present, that is, to form the PD deep from the substrate surface.

しかし、基板の深いところにPDを形成すると、CMOSトランジスタを用いたデバイスの最大印加電圧である3.3Vを読み出しゲート電極に印加しても、空乏層の広がりには限界があるため、ゲート下のポテンシャルは十分に上がらず、電荷の読み残し、若しくは全く読み出せないという現象が生じる。また、読み残した電荷或いはその処理の影響によって、出力した画素に別の雑音が生じることが問題となっている。   However, if a PD is formed deep in the substrate, even if 3.3 V, which is the maximum applied voltage of a device using a CMOS transistor, is applied to the read gate electrode, the spread of the depletion layer is limited. Does not rise sufficiently, causing a phenomenon that charges cannot be read or cannot be read at all. Another problem is that another noise is generated in the output pixel due to the remaining charge or the influence of the processing.

また、従来型のCCDイメージセンサがn型基板を採用しているのに対して、MOSイメージセンサではB濃度が極めて高い(例えば、1〜3×1018cm-3)基板の表面側にB濃度の低い(例えば、1×1014cm-3)エピタキシャル層を5〜10μm程度積層したp/p+ 基板を使用している。従来のCCDイメージセンサがn型基板を採用している理由は、光電変換で発生したキャリアのうちPDに集められなかったキャリア、特に基板深くで発生したキャリアや強い光の入射によりPDから漏れ出したキャリアが、拡散により隣接画素へ漏れ込もうとするのを基板側に簡単に捨てられるようにし、ブルーミングや混色が生じるのを防止するためである。しかし、光電変換により発生したキャリアを捨ててしまうと言うことは、当然感度の低下を招くことになる。 Further, while a conventional CCD image sensor employs an n-type substrate, a MOS image sensor has an extremely high B concentration (for example, 1 to 3 × 10 18 cm −3 ), and a B image is formed on the surface side of the substrate. A p / p + substrate is used in which epitaxial layers having a low concentration (for example, 1 × 10 14 cm −3 ) are stacked on the order of 5 to 10 μm. The reason that the conventional CCD image sensor employs an n-type substrate is that, of the carriers generated by the photoelectric conversion, the carriers that are not collected in the PD, particularly, the carriers generated deep in the substrate or leak from the PD due to the incidence of strong light. The reason for this is to make it easy for the substrate side to discard the carrier that has leaked into the adjacent pixels due to diffusion, thereby preventing blooming and color mixing from occurring. However, discarding the carrier generated by the photoelectric conversion naturally lowers the sensitivity.

この感度低下の問題を解決するために、CCDイメージセンサでは、より高い読み出し電圧(例えば、5V)をかけ空乏層を広げ、より広い範囲からキャリアを集める方法を採っている。しかしながら、MOSイメージセンサでは、CCDイメージセンサと比較して低電圧駆動を素子の特徴としており、この低電圧駆動のためPDの空乏層がCCDイメージセンサに比べて広がらず、この方法による感度の向上は望めない。   In order to solve the problem of the decrease in sensitivity, the CCD image sensor employs a method of applying a higher read voltage (for example, 5 V), expanding a depletion layer, and collecting carriers from a wider range. However, the MOS image sensor is characterized by low voltage driving compared to the CCD image sensor, and the depletion layer of the PD does not spread as compared with the CCD image sensor due to the low voltage driving, so that the sensitivity is improved by this method. Can not hope.

そこで、MOSイメージセンサでは前述のp/p+ 基板を採用し、発生したキャリアを基板側に捨てることなくPDに集めて感度を向上させることにした。図13に、MOSイメージセンサのPD下部の不純物濃度分布(a)及びポテンシャル分布(b)を示す。図のように、基板の深い側でB濃度が高く、基板表面側でそれよりもB濃度が低いというプロファイルにすることにより、PD部よりも深いところで発生したキャリアがさらに深く拡散しようとしても、このB濃度が高くなっているところで基板の表面側へ跳ね返される。すると、跳ね返された電子の一部が拡散などにより、光照射されたPDに集まるので、通常のp型Si基板上に形成されたものに比べて、感度の向上が期待できる。また、基板側の濃度を高くしてキャリアのライフタイムを短くすることにより、さらに基板の深いところで発生したキャリアの拡散による隣接画素への漏れ込みも抑えることができる。 Therefore, the MOS image sensor employs the above-described p / p + substrate, and collects the generated carriers in the PD without discarding them to the substrate side to improve the sensitivity. FIG. 13 shows an impurity concentration distribution (a) and a potential distribution (b) below the PD of the MOS image sensor. As shown in the figure, by forming a profile in which the B concentration is high on the deep side of the substrate and lower than the B concentration on the surface side of the substrate, even if carriers generated at a depth deeper than the PD portion try to diffuse further deeply, When the B concentration is high, it is rebounded to the front surface side of the substrate. Then, a part of the bounced electrons collects on the light-irradiated PD due to diffusion or the like, so that an improvement in sensitivity can be expected as compared with a normal p-type Si substrate. Further, by increasing the concentration on the substrate side to shorten the carrier lifetime, it is possible to further suppress leakage of carriers generated in a deep portion of the substrate into adjacent pixels.

しかしながら、p/p+ 基板を用いた増幅型固体撮像素子のPD下部の不純物プロファイルでは、表面シールド層等を設けるために基板表面側でもB濃度が高くなっており、PDのP(燐)濃度ピークのある深さよりも深いところでB濃度の最小となる深さが存在する。つまり、このプロファイルではPD近傍で発生した電子は、一旦は基板のより深い方向へ流れようとするが、前述のB濃度が高くなっているところで跳ね返され、基板の横方向に拡散する。この電子の流れが混色の要因となる。いずれにせよ、B濃度の高いところで跳ね返された電子の拡散により、感度の向上も混色発生の可能性もあり得ることになる。このため、さらに効率良くPDにキャリアを集めることのできるPD構造にすることが、MOSイメージセンサの技術課題となる。 However, in the impurity profile under the PD of the amplification type solid-state imaging device using the p / p + substrate, the B concentration is also high on the substrate surface side because a surface shield layer and the like are provided, and the P (phosphorus) concentration of the PD is high. There is a depth where the B concentration becomes minimum at a depth deeper than the depth where the peak exists. That is, in this profile, the electrons generated in the vicinity of the PD once try to flow in a deeper direction of the substrate, but are rebounded at the above-mentioned high B concentration and diffused in the lateral direction of the substrate. This flow of electrons causes color mixing. In any case, the diffusion of the electrons bounced off at the high B concentration may improve the sensitivity and possibly cause color mixing. For this reason, a technical problem of the MOS image sensor is to provide a PD structure that allows carriers to be more efficiently collected in the PD.

また、MOSイメージセンサにおいては、雑音の帰還という問題がある。これは、従来のPDの不純物濃度では、3.3Vで動作させても、PD部分は空乏化できていなかった。このため、PD部分の容量Cが原因となるKTC雑音が発生してしまうという問題があった。なお、この雑音は、雑音電荷をQとすると雑音電荷の2乗平均は、下式で表せる。   Further, the MOS image sensor has a problem of noise feedback. This is because the PD portion was not depleted even when operated at 3.3 V with the impurity concentration of the conventional PD. For this reason, there has been a problem that KTC noise is generated due to the capacitance C of the PD portion. This noise is represented by the following equation, where Q is the noise charge.

2 = kTC Q 2 = kTC

このように従来、MOSイメージセンサにおいては、PD部でノイズが発生しており、画質が悪いという問題があった。   As described above, conventionally, in the MOS image sensor, noise is generated in the PD section, and there is a problem that image quality is poor.

本発明は、上記の事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、PD部分の実質的な容量に起因するKTC雑音をなくすことができ、画質の向上をはかり得る固体撮像装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to eliminate KTC noise caused by the substantial capacitance of a PD portion and improve image quality. It is to provide a device.

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.

即ち、本発明の一態様は、半導体基板上に光電変換部と信号走査回路を含む単位セルを行列二次元状に配置してなる撮像領域を備えた固体撮像装置において、前記光電変換部であるn型領域の不純物濃度Naが、該光電変換部下のp型領域の不純物濃度Nbに対して、0<Na−Nb<1×1017cm-3が成立するように設定されていることを特徴とする。 That is, one embodiment of the present invention is the photoelectric conversion unit in a solid-state imaging device including an imaging region in which unit cells each including a photoelectric conversion unit and a signal scanning circuit are arranged in a matrix in a two-dimensional matrix over a semiconductor substrate. The impurity concentration Na of the n-type region is set to satisfy 0 <Na−Nb <1 × 10 17 cm −3 with respect to the impurity concentration Nb of the p-type region below the photoelectric conversion unit. And

ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。   Here, preferred embodiments of the present invention include the following.

(1) 光電変換部としてのn型領域が基板表面から0.6μm以内の位置にあること。   (1) The n-type region as a photoelectric conversion unit is located within 0.6 μm from the substrate surface.

(2) 光電変換部としてのn型領域を作製する際に用いられるインプラにおけるイオン種の加速度が160keV以下であること。   (2) The acceleration of the ion species in the implant used for producing the n-type region as the photoelectric conversion unit is 160 keV or less.

(3) 光電変換部としてのn型領域と基板表面との間に、表面シールド層としてのp型領域があること。   (3) There is a p-type region as a surface shield layer between the n-type region as the photoelectric conversion unit and the substrate surface.

(4) 光電変換部下のp型領域における硼素の濃度が1×1017cm-3から2×1017cm-3の範囲内であること。 (4) The boron concentration in the p-type region below the photoelectric conversion unit is in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 17 cm −3 .

(5) 光電変換部下のp型領域における硼素の濃度が1×1016cm-3から3×1016cm-3の範囲内であること。 (5) The boron concentration in the p-type region below the photoelectric conversion portion is in the range of 1 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 16 cm −3 .

(6) 光電変換部下のp型領域における硼素の濃度が1×1015cm-3から3×1015cm-3の範囲内であること。 (6) The concentration of boron in the p-type region below the photoelectric conversion portion is in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 3 × 10 15 cm −3 .

(7) 光電変換部下のp型領域における硼素の濃度が1×1018cm-3から3×1018cm-3の範囲内であること。 (7) The boron concentration in the p-type region below the photoelectric conversion portion is in the range of 1 × 10 18 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 .

本発明によれば、光電変換部であるn型領域の不純物濃度Naと光電変換部下のp型領域の不純物濃度Nbとの関係を最適に設定することにより、PD部分の実質的な容量に起因するKTC雑音をなくすことができ、画質の向上をはかることができる。   According to the present invention, by setting the relationship between the impurity concentration Na of the n-type region serving as the photoelectric conversion unit and the impurity concentration Nb of the p-type region below the photoelectric conversion unit optimally, it is possible to reduce the substantial capacitance of the PD portion. KTC noise can be eliminated, and the image quality can be improved.

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
(1st Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係わるMOSイメージセンサを示す回路構成図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a MOS image sensor according to the first embodiment of the present invention.

光電変換のためのフォトダイオード1(1−1−1,1−1−2,〜,1−3−3)、その信号を読み出す読み出しトランジスタ2(2−1−1,2−1−2,〜,2−3−3)、読み出した信号電荷を増幅する増幅トランジスタ3(3−1−1,3−1−2,〜,3−3−3)、信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ4(4−1−1,4−1−2,〜4−3−3)、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ5(5−1−1,5−1−2,〜,5−3−3)からなる単位セルが、3×3と二次元状に配列されている。なお、実際にはこれより多くの単位セルが配列される。   Photodiode 1 for photoelectric conversion (1-1-1, 1-1-2,..., 1-3-3), and readout transistor 2 (2-1-1, 1-2-2, , 2-3-3), amplifying transistor 3 (3-1-1, 3-1-2,..., 3-3-3) for amplifying read signal charges, and vertical selection for selecting a signal read line Transistor 4 (4-1-1, 4-1-2 to 4-3-3), reset transistor 5 for resetting signal charge (5-1-1, 5-1-2, to 5-3-) The unit cells consisting of 3) are two-dimensionally arranged as 3 × 3. Actually, more unit cells are arranged.

垂直シフトレジスタ6から水平方向に配線されている水平アドレス線7(7−1,〜,7−3)は垂直選択トランジスタ4のゲートに結線され、信号を読み出すラインを決めている。リセット線8(8−1,〜,8−3)はリセットトランジスタ5のゲートに結線されている。増幅トランジスタ3のソースは垂直信号線9(9−1,〜,9−3)に結線され、その一端には負荷トランジスタ10(10−1,〜,10−3)が設けられている。垂直信号線9の他端は、水平シフトレジスタ12から供給される選択パルスにより選択される水平選択トランジスタ11(11−1,〜,11−3)を介して水平信号線13に結線されている。   Horizontal address lines 7 (7-1,..., 7-3) wired in the horizontal direction from the vertical shift register 6 are connected to the gates of the vertical selection transistors 4 and determine lines from which signals are read. The reset line 8 (8-1,..., 8-3) is connected to the gate of the reset transistor 5. The source of the amplification transistor 3 is connected to the vertical signal line 9 (9-1,..., 9-3), and the load transistor 10 (10-1,..., 10-3) is provided at one end. The other end of the vertical signal line 9 is connected to a horizontal signal line 13 via a horizontal selection transistor 11 (11-1,..., 11-3) selected by a selection pulse supplied from a horizontal shift register 12. .

回路的な構成は従来装置と基本的に同様であるが、本実施形態は以下に示す素子構造が従来装置とは異なっている。   Although the circuit configuration is basically the same as that of the conventional device, the present embodiment is different from the conventional device in the element structure described below.

図2は、本実施形態を説明するための素子構造断面図である。この図では、1つの単位セル部分(1画素)における光電変換部及び信号読み出し部を示している。   FIG. 2 is a sectional view of an element structure for explaining the present embodiment. This figure shows a photoelectric conversion unit and a signal reading unit in one unit cell portion (one pixel).

図2に示すように、本実施形態では、p型のSi基板又はpウェル20の内部に、光を電荷に変換して蓄積するn型拡散層からなるフォトダイオード(光電変換部)PD21が設けられ、このPD21の一端に隣接してp基板又はpウェル20の上にゲート酸化膜を介してゲート電極22が設けられ、このゲート電極22のPD21とは反対側のp基板又はpウェル20の表面部にn型拡散層からなるドレイン領域23が設けられている。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a photodiode (photoelectric conversion unit) PD21 composed of an n-type diffusion layer for converting light into electric charges and storing the charges is provided inside a p-type Si substrate or a p-well 20. A gate electrode 22 is provided via a gate oxide film on the p-substrate or p-well 20 adjacent to one end of the PD 21. The p-substrate or p-well 20 on the opposite side of the gate electrode 22 from the PD 21 is provided. A drain region 23 made of an n-type diffusion layer is provided on the surface.

また、PD21のゲート電極22側の上部にPD21に基板表面側で接して、p基板又はpウェル20の表面方向でゲート電極22と一部が重なるように埋め込みゲート層24が設けられ、さらにPD21の上部でp基板又はpウェル20の表面層にp+ 型拡散層からなる表面シールド層25が設けられている。そして、ゲート電極22と、PD21及び埋め込みゲート層24と、ドレイン領域23とでMOSトランジスタを構成している。 A buried gate layer 24 is provided on the upper side of the PD 21 on the side of the gate electrode 22 so as to be in contact with the PD 21 on the substrate surface side and partially overlap the gate electrode 22 in the surface direction of the p-substrate or p-well 20. Is provided on the surface layer of the p-substrate or p-well 20 with a surface shield layer 25 made of ap + -type diffusion layer. The gate electrode 22, the PD 21, the buried gate layer 24, and the drain region 23 constitute a MOS transistor.

次に、図3を参照にして、上述のMOSイメージセンサの簡単な製造プロセスについて説明する。まず、図3(a)に示すように、p型Si基板又はpウェル20上に熱酸化によりゲート酸化膜を形成した後、CVD法によりポリSiを堆積する。続いて、レジストパターン31を形成した後、RIEにより所望の形状に加工してゲート電極22を形成する。   Next, a simple manufacturing process of the above-described MOS image sensor will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, after a gate oxide film is formed on a p-type Si substrate or a p-well 20 by thermal oxidation, poly-Si is deposited by a CVD method. Subsequently, after forming the resist pattern 31, the gate electrode 22 is formed by processing into a desired shape by RIE.

次いで、図3(b)に示すように、レジストパターン31を除去してレジストパターン32を形成した後、高加速のイオンインプラを用いて光電変換部であるn型拡散層(PD)21を基板深くに形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, after removing the resist pattern 31 to form a resist pattern 32, the n-type diffusion layer (PD) 21 serving as a photoelectric conversion unit is formed on the substrate by using a high-acceleration ion implanter. Form deeply.

次いで、図3(c)に示すように、レジストパターン32を除去してレジストパターン33を形成した後、ゲートセルフアラインにより埋め込みゲート層24を形成する。この埋め込みゲート層24の深さはPD21よりは浅くし、PD21の基板表面側に接するようにする。次いで、図3(d)に示すように、レジストパターン33を除去してレジストパターン34を形成した後、ゲートセルフアラインによりn型拡散層(ドレイン領域)23を形成する。ここで、埋め込みゲート層24とドレイン領域23の形成の工程順序は逆にしてもよい。   Next, as shown in FIG. 3C, after removing the resist pattern 32 to form a resist pattern 33, the buried gate layer 24 is formed by gate self-alignment. The depth of the buried gate layer 24 is shallower than that of the PD 21 so as to be in contact with the substrate surface side of the PD 21. Next, as shown in FIG. 3D, after removing the resist pattern 33 to form a resist pattern 34, an n-type diffusion layer (drain region) 23 is formed by gate self-alignment. Here, the order of forming the buried gate layer 24 and the drain region 23 may be reversed.

最後に、図3(e)に示すように、レジストパターン34を除去してレジストパターン35を形成した後、ゲート電極22に対しPD21側に、低加速のイオンインプラによりp+ 型拡散層(表面シールド層)25を形成する。 Finally, as shown in FIG. 3E, after removing the resist pattern 34 to form a resist pattern 35, a p + -type diffusion layer (surface) is formed on the PD 21 side with respect to the gate electrode 22 by low-acceleration ion implantation. A shield layer 25 is formed.

このように本実施形態によれば、p基板又はpウェル20の内部の深い位置に形成されたn型のPD21のゲート側上部にn型の埋め込みゲート層24を設けることにより、障壁ポテンシャルのない電荷の通り道を形成することができる。このため、CMOSで使用される低い電源電圧3.3V以下においてもPD21に蓄積された信号電荷を十分に読み出すことができ、感度の向上及び雑音の低減をはかることができる。   As described above, according to the present embodiment, the n-type buried gate layer 24 is provided above the gate side of the n-type PD 21 formed at a deep position inside the p-substrate or the p-well 20, thereby eliminating the barrier potential. A path for electric charges can be formed. Therefore, even at a low power supply voltage of 3.3 V or lower used in CMOS, the signal charges stored in the PD 21 can be sufficiently read, and the sensitivity can be improved and the noise can be reduced.

(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係わるMOSイメージセンサの素子構造を示す断面図である。なお、図2と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure of a MOS image sensor according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

基本的な構造は図2と同様であるが、本実施形態では図4に示すように、PD21がゲート電極22の下まで延長されている。そして、ドレイン領域23に対してPD21からのパンチスルーを防ぐために、ドレイン領域23の下部にp+ 型拡散層からなるパンチスルーストッパ26が設けられている。 The basic structure is the same as that of FIG. 2, but in the present embodiment, the PD 21 extends below the gate electrode 22 as shown in FIG. In order to prevent punch-through from the PD 21 with respect to the drain region 23, a punch-through stopper 26 made of ap + -type diffusion layer is provided below the drain region 23.

図5に、本実施形態の製造方法について示す。まず、図5(a)に示すように、p型Si基板又はpウェル20上にレジストパターン51を形成した後、高加速のイオンインプラによりn型拡散層からなるPD21を基板の深い位置に形成する。   FIG. 5 shows a manufacturing method of the present embodiment. First, as shown in FIG. 5A, after a resist pattern 51 is formed on a p-type Si substrate or a p-well 20, a PD 21 made of an n-type diffusion layer is formed at a deep position in the substrate by high-acceleration ion implantation. I do.

次いで、図5(b)に示すように、レジストパターン51を除去してレジストパターン52を形成した後、PD部形成時よりも低加速のイオンインプラにより埋め込みゲート層24を形成する。この埋め込みゲート層24の深さはPD21よりは浅くし、PD21の基板表面側に接するようにする。   Next, as shown in FIG. 5B, after removing the resist pattern 51 to form a resist pattern 52, the buried gate layer 24 is formed by ion implantation at a lower acceleration than when the PD portion is formed. The depth of the buried gate layer 24 is shallower than that of the PD 21 so as to be in contact with the substrate surface side of the PD 21.

次いで、図5(c)に示すように、レジストパターン52を除去した後、p基板又はpウェル20上に熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、更にその上にCVD法によりポリSiを堆積する。続いて、レジストパターン53を形成した後、RIEにより所望の形状に加工してゲート電極22を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, after removing the resist pattern 52, a gate oxide film is formed on the p-substrate or the p-well 20 by thermal oxidation, and then poly-Si is deposited thereon by a CVD method. . Subsequently, after forming a resist pattern 53, the gate electrode 22 is formed by processing into a desired shape by RIE.

次いで、図5(d)に示すように、レジストパターン53を除去してレジストパターン54を形成した後、ゲートセルフアラインにてp+ 型拡散層からなるパンチスルーストッパ26を形成する。 Next, as shown in FIG. 5D, after removing the resist pattern 53 to form a resist pattern 54, a punch-through stopper 26 made of ap + -type diffusion layer is formed by gate self-alignment.

最後に、図5(e)に示すように、レジストパターン54を除去してレジストパターン55を形成した後、イオンインプラによりゲートセルフアラインでn型拡散層からなるドレイン領域23を形成する。続いて、レジストパターン55を除去してレジストパターン(図示せず)を形成した後、ゲート電極22に対しPD21側に、低加速のイオンインプラによりp+ 型拡散層(表面シールド層)25を形成する。 Finally, as shown in FIG. 5E, after removing the resist pattern 54 to form a resist pattern 55, the drain region 23 made of an n-type diffusion layer is formed by gate self-alignment by ion implantation. Subsequently, after removing the resist pattern 55 to form a resist pattern (not shown), a p + -type diffusion layer (surface shield layer) 25 is formed on the PD 21 side with respect to the gate electrode 22 by low-acceleration ion implantation. I do.

このような構成であっても、n型のPD21のゲート側上部にn型の埋め込みゲート層24を設けることにより、障壁ポテンシャルのない電荷の通り道を形成することができ、従って先の第1の実施形態と同様の効果が得られる。また、n型のPD21の上部にp+ 型の表面シールド層25を設けた構成において、n型のドレイン領域23の下部にp+ 型のパンチスルーストッパ26を設けることにより、p基板又はpウェル20の不純物濃度を十分低下させても、パンチスルーを招くことなく、PD21に蓄積された信号電荷を低電圧駆動のMOSトランジスタを用いて完全読み出しを行うことが可能となる。 Even with such a configuration, by providing the n-type buried gate layer 24 above the gate side of the n-type PD 21, a path for charges without a barrier potential can be formed. The same effects as in the embodiment can be obtained. Further, in the configuration in which the p + -type surface shield layer 25 is provided above the n-type PD 21, by providing the p + -type punch-through stopper 26 below the n-type drain region 23, the p-type substrate or the p-well is formed. Even if the impurity concentration of the transistor 20 is sufficiently reduced, the signal charges stored in the PD 21 can be completely read using a low-voltage driven MOS transistor without causing punch-through.

(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に係わるMOSイメージセンサの素子構造を示す断面図であり、特にPD部近傍の構成を示している。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the element structure of the MOS image sensor according to the third embodiment of the present invention, and particularly shows the configuration near the PD section.

図中の60はp/p+ 基板のB濃度が高くなっている領域(基板表面からおよそ5μmよりも深い領域)、61はp/p+ 基板のエピタキシャル層積層領域(pウェル)、62は光電変換を行うフォトダイオードPDのn型拡散層領域、63はPDをシールドするp型拡散層領域(表面シールド層)を示している。 In the drawing, reference numeral 60 denotes a region where the B concentration of the p / p + substrate is high (region deeper than about 5 μm from the substrate surface), 61 denotes an epitaxial layer laminated region (p well) of the p / p + substrate, and 62 denotes The n-type diffusion layer region of the photodiode PD that performs photoelectric conversion, and 63 indicates a p-type diffusion layer region (surface shield layer) that shields the PD.

図7(a)は、同実施形態のPD部における深さ方向の不純物濃度プロファイル(燐,硼素)を示す。B濃度は、基板の深い位置(約5μm程度)で高くなっており(2×1018cm-3)、基板表面部分のエピタキシャル層〜5μm程度まで)に基板の深い位置からBが拡散してきている。 FIG. 7A shows an impurity concentration profile (phosphorus, boron) in the depth direction in the PD portion of the same embodiment. The B concentration is high at a deep position of the substrate (about 5 μm) (2 × 10 18 cm −3 ), and B diffuses from the deep position of the substrate to the epitaxial layer on the substrate surface to about 5 μm. I have.

一方で、基板表面近傍部分には、表面をシールドするための表面シールド層63が設けられ、B濃度が再び高くなっている(1×1019cm-3)。このため、基板のエピタキシャル層部分にB濃度が最小となる部分が存在する。また、PD62の形成のためにP(リン)がイオン注入されている。このP濃度のピーク探さは、主にPイオン注入時のエネルギーで決まる。そして、Bイオン濃度が最小となる深さとP濃度のピーク濃度深さの位置関係は、Bイオン濃度が最小となる探さがP濃度のピーク濃度深さよりも基板表面側に位置するようになっている。 On the other hand, a surface shield layer 63 for shielding the surface is provided near the surface of the substrate, and the B concentration is increased again (1 × 10 19 cm −3 ). Therefore, there is a portion where the B concentration is minimum in the epitaxial layer portion of the substrate. In addition, P (phosphorus) is ion-implanted for forming the PD 62. The search for the peak of the P concentration is mainly determined by the energy at the time of P ion implantation. The positional relationship between the depth at which the B ion concentration is minimum and the peak concentration depth of the P concentration is such that the search at which the B ion concentration is minimum is located closer to the substrate surface than the peak concentration depth of the P concentration. I have.

このB濃度が最小となる濃度探さとP濃度が最大となる濃度深さの位置関係において、PD部のポテンシャルプロファイルは図7(b)に示すようになり、電子は、基板の表面側に集まるようなプロファイルになる。この結果、光電変換で発生した電子は、一旦基板の深い位置に流れようとすることはなく、PD62に速やかに集められる。従って、基板の深い位置で電子が跳ね返されて基板の横方向に拡散する等の不都合をなくすことができ、感度の向上と共に混色の低減をはかることができ、さらにブルーミングを抑制することも可能となる。   In the positional relationship between the concentration search where the B concentration becomes the minimum and the concentration depth where the P concentration becomes the maximum, the potential profile of the PD portion becomes as shown in FIG. 7B, and the electrons gather on the surface side of the substrate. It becomes such a profile. As a result, the electrons generated by the photoelectric conversion do not temporarily flow to a deep position of the substrate, but are quickly collected by the PD 62. Therefore, it is possible to eliminate inconveniences such as electrons being rebounded in a deep position of the substrate and being diffused in the lateral direction of the substrate, thereby improving sensitivity and reducing color mixing, and further suppressing blooming. Become.

次に、具体的に図7の不純物プロファイルを形成する方法について述べる。なお、ここでは、本発明の特徴となるフォトダイオード部の作製方法を中心に説明する。   Next, a method of forming the impurity profile of FIG. 7 will be specifically described. Here, a method for manufacturing a photodiode portion which is a feature of the present invention will be mainly described.

本実施形態のMOSイメージセンサを形成するために、p/p+ 基板を用いる。このとき、基板の深い位置60におけるB濃度は、2×1018cm-3である。そして、この基板表面にエピタキシャル層61を積層している。このエピタキシャル膜厚は、例えば5μmであり、エピタキシャル層61のB濃度は、2×1015cm-3である。通常p/p+ 基板では、エピタキシャル層61をおよそ1μm/分で積層するため、基板の深い位置からBが基板表面側(エピタキシャル層)まで、殆ど拡散しない。このため、エピタキシャル層61と基板60の界面付近では、急峻なB濃度プロファイルを持っている。 In order to form the MOS image sensor of the present embodiment, a p / p + substrate is used. At this time, the B concentration at the deep position 60 of the substrate is 2 × 10 18 cm −3 . Then, an epitaxial layer 61 is laminated on the surface of the substrate. The epitaxial film thickness is, for example, 5 μm, and the B concentration of the epitaxial layer 61 is 2 × 10 15 cm −3 . Usually, in a p / p + substrate, since the epitaxial layer 61 is laminated at about 1 μm / min, B hardly diffuses from a deep position of the substrate to the substrate surface side (epitaxial layer). Therefore, near the interface between the epitaxial layer 61 and the substrate 60, there is a steep B concentration profile.

このp/p+ 基板を用いて、Bを基板表面まで拡散させる目的で、例えば1190度程度で約3時間、60の領域にあるBを熱拡散させる。この結果、B濃度が基板の表面付近でおよそ1×1017cm-3程度のB濃度を持つpウェルを形成できる。これにより、基板表面近傍でB濃度が最小となるB濃度プロファイルを形成できる。 For the purpose of diffusing B to the surface of the substrate by using this p / p + substrate, B in the area of 60 is thermally diffused at about 1190 ° C. for about 3 hours, for example. As a result, a p-well having a B concentration of about 1 × 10 17 cm −3 near the surface of the substrate can be formed. Thereby, a B concentration profile in which the B concentration is minimized near the substrate surface can be formed.

そして、このようなB濃度プロファイルを有するp/p+ 基板を用いて、通常のプロセスでトランジスタやキヤパシタ形成のためのゲートやゲート配線、ドレイン等を形成する。 Then, using a p / p + substrate having such a B concentration profile, a gate, a gate wiring, a drain, and the like for forming a transistor and a capacitor are formed by a normal process.

この後、光電変換部のPDのn型層62を形成するため、レジストを塗布、パターニングを行い、Pをイオン注入する。このとき、例えば、Pのイオン注入条件としては、200KeV,1.5×1013cm-3のドーズ量でイオン注入する。これにより、P濃度ピークが基板表面からおよそ、0.6μmの深さとなるP濃度プロファイルを形成することができる。 Thereafter, in order to form the n-type layer 62 of the PD of the photoelectric conversion unit, a resist is applied and patterned, and P ions are implanted. At this time, for example, ion implantation of P is performed at 200 KeV and a dose of 1.5 × 10 13 cm −3 . This makes it possible to form a P concentration profile in which the P concentration peak has a depth of about 0.6 μm from the substrate surface.

次に、S3構造(Surface shield sensor )のPDとするため(PD表面の表面準位をBでシールドする。PDのp型層を表面に形成する。)、レジスト塗布、バターニングの後、例えばBを35KeV,1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入して、表面シールドとしてのp+ 型層63を形成する。これにより、光電変換を行うPDのn型層62を基板中に埋め込み、基板表面をBでシールドしたS3構造のPDを形成することができる。この後、通常の方法で、Al配線等を形成して増幅型MOSイメージセンサを作成する。 Next, in order to form a PD having an S3 structure (Surface shield sensor) (the surface level of the PD surface is shielded with B. A p-type layer of the PD is formed on the surface). B ions are implanted at 35 KeV and a dose of 1 × 10 14 cm −2 to form ap + -type layer 63 as a surface shield. As a result, an n-type layer 62 of a PD that performs photoelectric conversion can be embedded in the substrate, and a PD having an S3 structure in which the substrate surface is shielded with B can be formed. Thereafter, an Al-type wiring or the like is formed by a usual method to produce an amplification type MOS image sensor.

以上の方法により、PD部の深さ方向のB、Pの不純物濃度プロファイルを、図7のような不純物プロファイルとすることができる。   By the above method, the impurity concentration profiles of B and P in the depth direction of the PD portion can be made the impurity profiles as shown in FIG.

(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態に係わるMOSイメージセンサの素子構造を示す断面図であり、特にPD部分近傍の構成を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the element structure of the MOS image sensor according to the fourth embodiment of the present invention, and particularly shows the configuration near the PD portion.

図8において、pウェル80の表面部より所定の位置に、光を電荷に変換するフォトダイオード(PD)のn型拡散層81が形成されている。そして、pウェル80の表面部には、n型拡散層81の上方に濃度の高いp+ 拡散層で形成された表面シールド層84が、そしてこの表面シールド層84と所定距離離間して読み出し用トランジスタのドレイン領域83が、それぞれ形成されている。また、pウェル80の表面上には、PDのn型拡散層81に蓄積された電荷をドレイン領域83に読み出すためのゲート電極82が設けられている。 8, an n-type diffusion layer 81 of a photodiode (PD) for converting light into electric charges is formed at a predetermined position from the surface of the p-well 80. On the surface of the p-well 80, a surface shield layer 84 formed of a highly doped p + diffusion layer above the n-type diffusion layer 81 is provided. Drain regions 83 of the transistors are respectively formed. Further, on the surface of the p-well 80, a gate electrode 82 for reading out the charges accumulated in the n-type diffusion layer 81 of the PD to the drain region 83 is provided.

このMOSイメージセンサの製造プロセスは、先の第1の実施形態で説明したのと基本的に同様である。即ち、pウェル80の表面上にポリSi膜からなるゲート電極82を形成した後、pウェル80の表面部から所定位置の深さに、PDとしてのn型拡散層81を形成し、さらにn型拡散層81の上方に表面シールド層84を形成し、ゲート電極82に対しn型拡散層81と反対側にドレイン領域としてのn型拡散層83を形成する。なお、表面シールド層84は必ずしも必要なく、省略することも可能である。   The manufacturing process of this MOS image sensor is basically the same as that described in the first embodiment. That is, after forming a gate electrode 82 made of a poly-Si film on the surface of the p-well 80, an n-type diffusion layer 81 as a PD is formed at a predetermined depth from the surface of the p-well 80. A surface shield layer 84 is formed above the type diffusion layer 81, and an n-type diffusion layer 83 as a drain region is formed on the side opposite to the n-type diffusion layer 81 with respect to the gate electrode 82. Note that the surface shield layer 84 is not always necessary and can be omitted.

上記のような構成・製法で、p型不純物としての硼素(B)のドープ量、n型不純物としての燐(P)のドープ量を変えて複数の試料を作成した。ここで、PDとしてのn型拡散層81の形成においては、シングル燐による加速度100KeVから1000KeVの間の加速度を用い、表面シールド層としてのp型拡散層84の形成においては、硼素の加速度を10KeVから300KeVの適当な値を用いた。   A plurality of samples were prepared by changing the doping amount of boron (B) as a p-type impurity and the doping amount of phosphorus (P) as an n-type impurity by the above-described configuration and manufacturing method. Here, in the formation of the n-type diffusion layer 81 as a PD, an acceleration of 100 KeV to 1000 KeV due to single phosphorus is used, and in the formation of the p-type diffusion layer 84 as a surface shield layer, the acceleration of boron is 10 KeV. To 300 KeV.

これらの試料のうち、低電圧駆動(3.3V)において、PD部分が動作時に完全空乏化するものを選択した。選択された試料におけるPD部分の断面方向の濃度分布の例を、図9から図11に示す。   Of these samples, those that completely depleted the PD portion during operation under low-voltage driving (3.3 V) were selected. 9 to 11 show examples of the concentration distribution in the cross section direction of the PD portion in the selected sample.

図9では、図8のpウェル80に対応する部分のB濃度は3.0×1017cm-3であり、図8のPD81に対応する部分のP濃度は4.0×1017cm-3であり、図8の表面シールド層84に対応する部分のB濃度は1.0×1018cm-3である。ここで、PD部分が完全空乏化するのは、P濃度がB濃度よりも高くなっている、図9中のハッチングに示す領域である。 In FIG. 9, the B concentration in the portion corresponding to the p well 80 in FIG. 8 is 3.0 × 10 17 cm −3 , and the P concentration in the portion corresponding to the PD 81 in FIG. 8 is 4.0 × 10 17 cm −. is 3, B concentration in the part corresponding to the surface shield layer 84 in FIG. 8 is 1.0 × 10 18 cm -3. Here, the PD portion is completely depleted in the region indicated by hatching in FIG. 9 where the P concentration is higher than the B concentration.

図10では、図8のpウェル80に対応する部分のB濃度は9.0×1016cm-3であり、図8のPD81に対応する部分のP濃度は1.3×1017cm-3であり、図8の表面シールド層84に対応する部分のB濃度は1.0×1018cm-3である。ここで、PD部分が完全空乏化するのは、P濃度がB濃度よりも高くなっている、図10中のハッチングに示す領域である。 In FIG. 10, the B concentration in the portion corresponding to the p well 80 in FIG. 8 is 9.0 × 10 16 cm −3 , and the P concentration in the portion corresponding to the PD 81 in FIG. 8 is 1.3 × 10 17 cm −. is 3, B concentration in the part corresponding to the surface shield layer 84 in FIG. 8 is 1.0 × 10 18 cm -3. Here, the PD portion is completely depleted in the region indicated by hatching in FIG. 10 where the P concentration is higher than the B concentration.

図11では、図8のpウェル80に対応する部分のB濃度は2.0×1015cm-3であり、図8のPD81に対応する部分のP濃度は1.0×1017-3であり、図8の表面シールド層84に対応するB部分の濃度は1.0×1018cm-3である。ここで、PD部分が完全空乏化するのは、P濃度がB濃度よりも高くなっている、図11中のハッチングに示す領域である。 In FIG. 11, the B concentration in the portion corresponding to the p well 80 in FIG. 8 is 2.0 × 10 15 cm −3 , and the P concentration in the portion corresponding to the PD 81 in FIG. 8 is 1.0 × 10 17 m is 3, the concentration of B part corresponding to the surface shield layer 84 in FIG. 8 is 1.0 × 10 18 cm -3. Here, the PD portion is completely depleted in a region indicated by hatching in FIG. 11 where the P concentration is higher than the B concentration.

以上の結果も含めまとめたグラフを、図12に示す。これは、図8におけるpウェル80とPD81における濃度に関する相関図である。pウェル80の濃度によってPD部分が完全空乏化する効果が得られるPD81の濃度は異なるが、図12のハッチングで示す範囲において、PD部分が完全空乏化して雑音のないMOSイメージセンサが実現される。ここで、ハッチングの範囲は、PD81のn型不純物であるPの濃度Naに対してpウェル80のp型不純物であるBの濃度Nbが、0<Na−Nb<1×1017cm-3が成立しており、この範囲において上記の効果が得られた。 FIG. 12 shows a graph including the above results. This is a correlation diagram regarding the concentration in the p-well 80 and the PD 81 in FIG. Although the concentration of the PD 81 at which the effect of completely depleting the PD portion is obtained varies depending on the concentration of the p-well 80, a MOS image sensor with no noise due to the complete depletion of the PD portion is realized in the range indicated by hatching in FIG. . Here, the range of the hatching is such that the concentration Nb of the p-type impurity B of the p-well 80 is 0 <Na−Nb <1 × 10 17 cm −3 with respect to the concentration Na of the p-type impurity n of the PD 81. Is satisfied, and the above effect is obtained in this range.

このように本実施形態によれば、PD81におけるP濃度Naとpウェル80におけるB濃度Nbとの関係を最適化することによって、PD部分の実質的な容量に起因するKTC雑音をなくすことができ、画質の向上をはかることができる。即ち、光電変換部であるn型領域の不純物濃度Naと光電変換部下のp型領域の不純物濃度Nbとの関係を最適に設定することにより、光電変換部を完全空乏化させて光電変換部の容量Cを実質上ゼロにすることができ、従って光電変換部で発生していた雑音を無くすことができ、画質の向上をはかることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, by optimizing the relationship between the P concentration Na in the PD 81 and the B concentration Nb in the p well 80, it is possible to eliminate KTC noise caused by the substantial capacitance of the PD portion. The image quality can be improved. That is, by optimally setting the relationship between the impurity concentration Na in the n-type region, which is the photoelectric conversion unit, and the impurity concentration Nb in the p-type region below the photoelectric conversion unit, the photoelectric conversion unit is completely depleted and the photoelectric conversion unit is depleted. The capacitance C can be made substantially zero, so that noise generated in the photoelectric conversion unit can be eliminated, and image quality can be improved.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、MOSイメージセンサを例に取り説明したが、フォトダイオード等の光電変換部から読み出しトランジスタにより信号電荷を読み出す方式であれば、CCDイメージセンサに適用することもできる。また、実施形態では光電変換部は信号蓄積部を兼ねるものとしたが、光電変換部と信号蓄積部を別に設けたものにも適用することもできる。   Note that the present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, the MOS image sensor has been described as an example. However, the present invention can be applied to a CCD image sensor as long as a signal charge is read from a photoelectric conversion unit such as a photodiode by a reading transistor. In the embodiment, the photoelectric conversion unit also serves as the signal storage unit. However, the present invention can be applied to a configuration in which the photoelectric conversion unit and the signal storage unit are separately provided.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

第1の実施形態に係わるMOSイメージセンサを示す回路構成図。FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a MOS image sensor according to the first embodiment. 第1の実施形態における1画素の光電変換部及び信号読み出し部の構成を示す素子構造断面図。FIG. 2 is an element structure cross-sectional view illustrating a configuration of a photoelectric conversion unit and a signal readout unit of one pixel according to the first embodiment. 第1の実施形態におけるMOSイメージセンサの製造工程を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the MOS image sensor according to the first embodiment. 第2の実施形態に係わるMOSイメージセンサの素子構造を示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the element structure of a MOS image sensor according to a second embodiment. 第2の実施形態におけるMOSイメージセンサの製造工程を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the MOS image sensor according to the second embodiment. 第3の実施形態に係わるMOSイメージセンサの素子構造を示す断面図。FIG. 13 is a sectional view showing the element structure of a MOS image sensor according to a third embodiment. 第3の実施形態のPD部における深さ方向の不純物濃度プロファイル及びポテンシャル分布を示す図。FIG. 14 is a diagram illustrating an impurity concentration profile and a potential distribution in a depth direction in a PD unit according to a third embodiment. 第4の実施形態に係わるMOSイメージセンサの素子構造を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the element structure of a MOS image sensor according to a fourth embodiment. 第4の実施形態において作成された試料におけるPD部分の断面方向の濃度分布の例を示す図。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a concentration distribution in a cross-sectional direction of a PD portion in a sample created in a fourth embodiment. 第4の実施形態において作成された試料におけるPD部分の断面方向の濃度分布の例を示す図。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a concentration distribution in a cross-sectional direction of a PD portion in a sample created in a fourth embodiment. 第4の実施形態において作成された試料におけるPD部分の断面方向の濃度分布の例を示す図。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a concentration distribution in a cross-sectional direction of a PD portion in a sample created in a fourth embodiment. 図9〜図11の結果を求めて示す図。FIG. 12 is a diagram showing the results of FIGS. 9 to 11. 従来のMOSイメージセンサのPD下部の不純物濃度分布及びポテンシャル分布を示す図。The figure which shows the impurity concentration distribution and potential distribution under PD of the conventional MOS image sensor.

符号の説明Explanation of reference numerals

1…フォトダイオード
2…読み出しトランジスタ
3…増幅トランジスタ
4…垂直選択トランジスタ
5…リセットトランジスタ
6…垂直シフトレジスタ
7…水平アドレス線
8…リセット線
9…垂直信号線
10…負荷トランジスタ
11…水平選択トランジスタ
12…水平シフトレジスタ
13…水平信号線
20,80…p基板又はpウェル
21,81…n型拡散層(PD)
22,82…ゲート電極
23,83…n型拡散層(ドレイン領域)
24…n型拡散層(埋め込みゲート層)
25,84…p+ 型拡散層(表面シールド層)
26…p+ 型拡散層(パンチスルーストッパ)
31〜35,51〜55…レジストパターン
60…p+ 型領域
61…p型エピタキシャル層(pウェル)
62…n型領域(PD)
63…p+ 型領域(表面シールド層)
80…pウェル
81…n型拡散層(PD)
82…ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photodiode 2 ... Reading transistor 3 ... Amplification transistor 4 ... Vertical selection transistor 5 ... Reset transistor 6 ... Vertical shift register 7 ... Horizontal address line 8 ... Reset line 9 ... Vertical signal line 10 ... Load transistor 11 ... Horizontal selection transistor 12 ... horizontal shift register 13 ... horizontal signal line 20, 80 ... p substrate or p well 21, 81 ... n-type diffusion layer (PD)
22, 82 gate electrode 23, 83 n-type diffusion layer (drain region)
24 ... n-type diffusion layer (buried gate layer)
25, 84 ... p + type diffusion layer (surface shield layer)
26 ... p + type diffusion layer (punch through stopper)
31 to 35, 51 to 55: resist pattern 60: p + type region 61: p type epitaxial layer (p well)
62 ... n-type region (PD)
63 ... p + type region (surface shield layer)
80: p-well 81: n-type diffusion layer (PD)
82 ... Gate electrode

Claims (5)

半導体基板上に光電変換部と信号走査回路を含む単位セルを行列二次元状に配置してなる撮像領域を備えた固体撮像装置において、
前記光電変換部であるn型領域の不純物濃度Naが、該光電変換部下のp型領域の不純物濃度Nbに対して、
0<Na−Nb<1×1017cm-3
が成立するように設定されていることを特徴とする固体撮像装置。
In a solid-state imaging device having an imaging region in which unit cells including a photoelectric conversion unit and a signal scanning circuit are arranged in a two-dimensional matrix on a semiconductor substrate,
The impurity concentration Na of the n-type region serving as the photoelectric conversion unit is smaller than the impurity concentration Nb of the p-type region below the photoelectric conversion unit.
0 <Na-Nb <1 × 10 17 cm −3
The solid-state imaging device is set so that the following condition is satisfied.
前記光電変換部であるn型領域が、前記基板の表面から0.6μm以内の位置にあることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type region serving as the photoelectric conversion unit is located at a position within 0.6 μm from a surface of the substrate. 前記光電変換部であるn型領域と前記基板の表面との間に、p型領域をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a p-type region between the n-type region serving as the photoelectric conversion unit and a surface of the substrate. 前記光電変換部下のp型領域における硼素の濃度が1×1017cm-3から2×1017cm-3の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a boron concentration in a p-type region below the photoelectric conversion unit is in a range of 1 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 17 cm −3 . 前記光電変換部下のp型領域における硼素の濃度が1×1015cm-3から3×1015cm-3の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a boron concentration in a p-type region below the photoelectric conversion unit is in a range of 1 × 10 15 cm −3 to 3 × 10 15 cm −3 .
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