JP2005123517A - Solid-state imaging apparatus, method of manufacturing thereof, line sensor, and solid-state imaging unit - Google Patents

Solid-state imaging apparatus, method of manufacturing thereof, line sensor, and solid-state imaging unit Download PDF

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武史 市川
Tetsuro Asaba
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus which can be driven with a low voltage while the allowable ranges of impurity concentration and width of a bypass region are expanded, and to provide a method of manufacturing thereof and so on. <P>SOLUTION: The solid-state imaging apparatus includes at least a photodiode comprising an n-layer 104 formed in a p-well 102 and a p-layer 105 formed in the n-layer 104, a diffused layer 107 formed in the p-well 102, and a charge-transfer section for transferring the signal charge stored in the photodiode to the diffused region 107. The charge-transfer section comprises the p-well 102 located between the photodiode and the diffused region 107, an insulating film formed on the p-well 102 and on the diffused region 107, and a control electrode (gate region 103) formed on the insulating film. The n-layer 104 is so formed as to be arranged between the end of the charge-transfer-section side of the p-layer 105 and the p-well 102 of the charge-transfer section at the surface of the p-well 102 and of the p-layer 105, and is formed to be extended to the underneath of the control electrode (gate region 103). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法等に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.

固体撮像装置の代表的なものには、ホトダイオードおよびCCDシフトレジスタからなるCCDセンサと、ホトダイオードおよびMOSトランジスタからなるAPS(Active Pixel Sensor)等のCMOSセンサと呼ばれるものがある。   Typical solid-state imaging devices include a CCD sensor composed of a photodiode and a CCD shift register, and a CMOS sensor such as an APS (Active Pixel Sensor) composed of a photodiode and a MOS transistor.

APSは、1画素毎にホトダイオード、MOSスイッチ、ホトダイオードからの信号を増幅するための増幅回路などを含み、「XYアドレッシング」や「センサと信号処理回路の1チップ化」などが可能といった多くのメリットを有している。特に近年は、MOSトランジスタの微細化技術の向上と「センサと信号処理回路の1チップ化」や「低消費電力化」などの要求の高まりから、APSも注目を集めている。しかし、その一方で1画素内の素子数が多いことから、画素開口率の小さいことや、光学系の大きさを決定するチップサイズの縮小化が困難であり、市場の大部分をCCDが占めている。   APS includes photodiodes, MOS switches, and amplification circuits for amplifying signals from the photodiodes for each pixel, and offers many advantages such as "XY addressing" and "single-chip sensor and signal processing circuit". have. In particular, in recent years, APS has also attracted attention due to the improvement in the miniaturization technology of MOS transistors and the increasing demands for “single-chip sensor and signal processing circuit” and “low power consumption”. However, on the other hand, since the number of elements in one pixel is large, it is difficult to reduce the pixel aperture ratio and to reduce the chip size that determines the size of the optical system, and the CCD occupies most of the market. ing.

特に、このようなセンサが一列に配列されてなるラインセンサーはプリンタやスキャナーを初めさまざまな用途に使用されており、その市場規模は大きい。   In particular, a line sensor in which such sensors are arranged in a row is used for various applications including printers and scanners, and the market size is large.

ここで、一般的なCCDラインセンサーの画素部およびそれを用いた固体撮像装置について説明する。   Here, a pixel portion of a general CCD line sensor and a solid-state imaging device using the pixel portion will be described.

一般的なCCDラインセンサーでは、光電変換部は、埋め込み型のホトダイオードからなる。埋め込み型のホトダイオードは、表面に濃いp層を設けることで、SiO2面で発生する暗電流を抑制し、また、蓄積部のn層と表面のp層との間にも接合容量を設けることができ、ホトダイオードの飽和電荷量を増やすことができる。 In a general CCD line sensor, the photoelectric conversion unit is composed of an embedded photodiode. The buried photodiode suppresses dark current generated on the SiO 2 surface by providing a thick p layer on the surface, and also provides a junction capacitance between the n layer of the storage portion and the p layer on the surface. And the saturation charge amount of the photodiode can be increased.

光電変換部で蓄積した光信号電荷Qsigは、MOS構造からなる転送部を介して、電荷転送レジスタ部に読み出される。電荷転送レジスタ部は、基板表面側に形成されたn+型不純物からなる信号電荷転送領域と、その上方にシリコン酸化膜SiO2からなる絶縁層を介して形成された転送電極とによって構成されている。ホトダイオードと転送レジスタとの間にはP+型不純物領域が形成され、このP+型不純物領域は読出しゲートによって電位制御される。この読出しゲート22のゲート電極としては、電荷転送レジスタ部の例えば第1相目(φV1)及び第3相目(φV3)の転送電極が兼用されている。最終段では、例えばソースフォロワ回路を通して信号が読み出される。 The optical signal charge Q sig accumulated in the photoelectric conversion unit is read out to the charge transfer register unit via the transfer unit having the MOS structure. The charge transfer register section is composed of a signal charge transfer region made of n + type impurities formed on the substrate surface side, and a transfer electrode formed thereabove via an insulating layer made of a silicon oxide film SiO 2 . . A P + type impurity region is formed between the photodiode and the transfer register, and the potential of the P + type impurity region is controlled by a read gate. As the gate electrode of the read gate 22, for example, the first phase (φV1) and third phase (φV3) transfer electrodes of the charge transfer register section are also used. In the final stage, for example, a signal is read through a source follower circuit.

しかしながら、従来技術においては、電荷蓄積部であるn層が表面から離れた部分にあるため、ここから電荷を転送レジスタ領域に読み出すためには、転送部に用いている転送MOSトランジスタの制御電極には、通常のMOSトランジスタに比べ高い電圧を印加する必要があった。   However, in the prior art, since the n layer which is the charge storage part is in a part away from the surface, in order to read the charge from here to the transfer register region, the control electrode of the transfer MOS transistor used in the transfer part is used. Therefore, it was necessary to apply a voltage higher than that of a normal MOS transistor.

図11は、通常のMOSトランジスタと転送MOSトランジスタのチャネル部のポテンシャルを表した図である。図によれば、図上左側から光線が入射され、図示左側から、透明なSiO2,SiN等の透明絶縁膜と、ホトダイオードの濃いp層と、n層とが順次積層されている。そのとき、閾値電圧印加時のポテンシャルで示すレベル変化曲線を表している。 FIG. 11 is a diagram showing the potential of the channel portion of a normal MOS transistor and a transfer MOS transistor. According to the figure, light is incident from the left side of the figure, and from the left side of the figure, a transparent insulating film such as transparent SiO 2 , SiN, etc., a dark p layer of a photodiode, and an n layer are sequentially laminated. At this time, a level change curve indicated by the potential when the threshold voltage is applied is shown.

すなわち、上述のように転送MOSトランジスタの制御電極に通常のMOSトランジスタに比べ高い電圧を印加する必要があるのは、図11のポテンシャル図に示す通り、n層が表面から離れた部分にあるため、ポテンシャルのレベル変化曲線をより大きく曲げる必要があるためである。   That is, as described above, it is necessary to apply a higher voltage to the control electrode of the transfer MOS transistor than the normal MOS transistor because the n layer is located away from the surface as shown in the potential diagram of FIG. This is because the potential level change curve needs to be bent more greatly.

従来技術では、閾値電圧の上昇に伴い、ホトダイオードから殆ど全部の電荷を読み出すことはできない。この結果、ホトダイオードに電荷の読み残しが生じ、残像やノイズとなって画像が著しく劣化させるという問題があった。   In the prior art, almost all charges cannot be read from the photodiode as the threshold voltage increases. As a result, there is a problem in that unread reading of charges occurs in the photodiode, resulting in an afterimage or noise, and the image is significantly deteriorated.

この問題点を解決するため、ホトダイオードと転送MOSトランジスタの間の領域に電荷蓄積層と同じ導電型のバイパス領域を設けた構成の固体撮像装置が知られている。バイパス領域という概念は、既に実施されており、図12に示すように、非特許文献1等により報告されている。   In order to solve this problem, a solid-state imaging device having a configuration in which a bypass region having the same conductivity type as the charge storage layer is provided in a region between the photodiode and the transfer MOS transistor is known. The concept of the bypass region has already been implemented and is reported by Non-Patent Document 1 and the like as shown in FIG.

このような固体撮像装置は、ホトダイオードがp型ウェル502中に設けられたn型の電荷蓄積部(n層)504と電荷蓄積部の表面部の濃いp型表面層505とからなり、そのホトダイオード部にバイパス領域508となるn型の不純物領域が設けられている。バイパス領域508はマスクにより表面の濃いp層505をずらして作製されることが、図12(a)に示すようにレジスト507を設けて表面の濃いp層505を形成することで説明されている。   Such a solid-state imaging device includes an n-type charge accumulation portion (n layer) 504 provided in a p-type well 502 and a dark p-type surface layer 505 on the surface of the charge accumulation portion. An n-type impurity region to be a bypass region 508 is provided in the part. The fact that the bypass region 508 is formed by shifting the dark surface p layer 505 by using a mask is explained by providing a resist 507 to form the dark surface p layer 505 as shown in FIG. .

バイパス領域を設けた構成の固体撮像装置では、電荷蓄積部の電子はポテンシャルの低いバイパス領域508を介して転送電極503の表面を通って転送レジスタに達するため、その転送電圧がより小さくなる。
テレビジョン学会技術報告、1989年、Vol.13,No.11、p.73
In the solid-state imaging device having the configuration in which the bypass region is provided, the electrons in the charge storage portion reach the transfer register through the surface of the transfer electrode 503 through the bypass region 508 having a low potential, so that the transfer voltage becomes smaller.
Television Society Technical Report, 1989, Vol. 13, no. 11, p. 73

しかしながら、固体撮像装置をさらに低電圧で駆動することに関する要求はなおも高い。   However, the demand for driving the solid-state imaging device at a lower voltage is still high.

ここで、上述したバイパス領域は次のような条件を満たさなければならない。
(A)バイパス領域として機能させるため、ある程度以上の濃度および幅が必要
(B)空乏転送するため、全ての読み出し条件に対し、バイパス領域は空乏化する
すなわち、バイパス領域の濃度と幅は、条件(A)により下限が決まり、条件(B)により上限が決定する。画素の縮小化に伴い基板濃度が上昇するとバイパス領域の濃度と幅の許容範囲は狭まってしまう。
Here, the above-described bypass region must satisfy the following conditions.
(A) A certain concentration and width are required to function as a bypass region. (B) Since depletion transfer is performed, the bypass region is depleted for all readout conditions. That is, the concentration and width of the bypass region are the same as the conditions. The lower limit is determined by (A), and the upper limit is determined by condition (B). As the substrate density increases as the pixels are reduced, the allowable range of the density and width of the bypass region is reduced.

そこで本発明は、バイパス領域の濃度と幅の許容範囲を広げ、低電圧で駆動することができる固体撮像装置およびその製造方法等を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can be driven at a low voltage by expanding the allowable range of the concentration and width of the bypass region, a manufacturing method thereof, and the like.

上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、第1導電型の第1の半導体領域内にある第2導電型の第2の半導体領域と、該第2の半導体領域内に設けられた第1導電型の第3の半導体領域とを有する光電変換部と、前記第1の半導体領域内にある第2導電型の第4の半導体領域と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を前記第4の半導体領域に転送するための、前記光電変換部と前記第4の半導体領域との間の前記第1の半導体領域と、該第1の半導体領域上及び前記第4の半導体領域上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた制御電極とを有する電荷転送部と、を少なくとも有する固体撮像装置において、前記第2の半導体領域は、前記第1及び第3の半導体領域の表面で前記第3の半導体領域の前記電荷転送部側の端部と前記電荷転送部の前記第1の半導体領域との間に配されるように設けられており、かつ、前記制御電極の下まで延在して設けられていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention is provided in a second semiconductor region of a second conductivity type in the first semiconductor region of the first conductivity type, and in the second semiconductor region. A photoelectric conversion unit having a third semiconductor region of the first conductivity type, a fourth semiconductor region of the second conductivity type in the first semiconductor region, and a signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit. The first semiconductor region between the photoelectric conversion unit and the fourth semiconductor region, the first semiconductor region and the fourth semiconductor region for transferring the first semiconductor region to the fourth semiconductor region In the solid-state imaging device having at least a charge transfer unit including an insulating film formed thereon and a control electrode provided on the insulating film, the second semiconductor region includes the first and third semiconductor regions. The end of the third semiconductor region on the charge transfer portion side at the surface of the semiconductor region And it provided to be disposed between the first semiconductor region of said charge transfer section, and characterized in that it is provided to extend to the bottom of the control electrode.

本発明の固体撮像装置によれば、光電変換部に蓄積された光電荷を転送する電荷転送部の閾値を小さくして、ダイナミックレンジを広くできる。特に、光電変換部と電荷転送部の制御電極との間に電子又は正孔の蓄積電荷を効果的に転送できるバイパス領域を設けているので、読み出し時の電圧を適正にすることで、バイパス領域近傍のポテンシャル障壁を適度に押し下げ、光電荷を読み出しやすくすることが可能になる。そのため、電荷蓄積層からの電子の引き抜きを助ける効果が得られ、バイパス領域の濃度と幅の許容範囲を広げることができ、固体撮像装置を低電圧で駆動することが可能になる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the dynamic range can be widened by reducing the threshold value of the charge transfer unit that transfers the photocharge accumulated in the photoelectric conversion unit. In particular, since a bypass region that can effectively transfer the accumulated charge of electrons or holes is provided between the photoelectric conversion unit and the control electrode of the charge transfer unit, the bypass region can be obtained by making the voltage during reading appropriate. It becomes possible to push down the nearby potential barrier appropriately and to easily read out the photocharge. Therefore, an effect of assisting extraction of electrons from the charge storage layer can be obtained, the allowable range of the concentration and width of the bypass region can be increased, and the solid-state imaging device can be driven at a low voltage.

さらに、前記第2の半導体領域には砒素イオンがドープされている構成としてもよい。   Further, the second semiconductor region may be doped with arsenic ions.

また、少なくともnMOSトランジスタを含む周辺回路を備えている構成としてもよく、さらに、前記周辺回路はnMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタを含んでいる構成としてもよい。   The peripheral circuit including at least an nMOS transistor may be provided, and the peripheral circuit may include an nMOS transistor and a pMOS transistor.

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、前記第2の半導体領域を形成する工程は、前記電荷転送部の前記制御電極をマスク材として用いて、前記第2導電型を有する不純物をイオン注入法で導入する工程を少なくとも含んでいることを特徴とする。   The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention is the above-described manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention, wherein the step of forming the second semiconductor region includes masking the control electrode of the charge transfer unit. And at least a step of introducing an impurity having the second conductivity type by an ion implantation method.

本発明の他の固体撮像装置の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、前記第2の半導体領域を形成する工程は、前記制御電極をマスク材として用いてイオン注入を少なくとも2回以上行うことを含んでいることを特徴とする。   Another method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, wherein the step of forming the second semiconductor region includes ion implantation using the control electrode as a mask material. Is performed at least twice.

本発明のさらに他の固体撮像装置の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、前記第2の半導体領域を形成するために少なくとも前記制御電極をマスク材として用いてイオン注入を行った後に、前記第3の半導体領域を形成するために少なくとも前記制御電極をマスク材として用いてイオン注入を行うことを特徴とする。   Still another solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention is the above-described solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention, wherein at least the control electrode is used as a mask material to form the second semiconductor region. After the implantation, ion implantation is performed using at least the control electrode as a mask material in order to form the third semiconductor region.

本発明のさらに他の固体撮像装置の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、前記第2の半導体領域は、前記制御電極の下にイオンが注入されるように斜めイオン注入で形成されることを特徴とする。   Still another solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention is the above-described solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention, wherein the second semiconductor region is inclined so that ions are implanted under the control electrode. It is formed by ion implantation.

この場合、前記斜めイオン注入は複数回行われ、前記第2の半導体領域の比較的浅い部分へのイオン注入角度を、前記第2の半導体領域の比較的深い部分へのイオン注入角度よりも大きくする構成としてもよい。   In this case, the oblique ion implantation is performed a plurality of times, and the ion implantation angle to the relatively shallow portion of the second semiconductor region is larger than the ion implantation angle to the relatively deep portion of the second semiconductor region. It is good also as composition to do.

本発明のさらに他の固体撮像装置の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、前記第3の半導体領域は、前記制御電極から離れてイオンが注入されるように斜めイオン注入で形成されることを特徴とする。   Still another solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention is the above-described solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention, wherein the third semiconductor region is inclined so that ions are implanted away from the control electrode. It is formed by ion implantation.

本発明のさらに他の固体撮像装置の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、前記固体撮像装置はLDD構造を有する周辺回路を備えており、該LDD構造の作成時に前記光電変換部をエッチングから保護するために前記光電変換部をマスキングすることを特徴とする。   Still another solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention is the above-described solid-state imaging device manufacturing method, wherein the solid-state imaging device includes a peripheral circuit having an LDD structure. In order to protect the photoelectric conversion unit from etching, the photoelectric conversion unit is masked.

また、本発明のラインセンサは、上記本発明の固体撮像装置を複数有するラインセンサであって、少なくともnMOSトランジスタを含む出力回路を出力段に有していることを特徴とする。   A line sensor of the present invention is a line sensor having a plurality of the solid-state imaging devices of the present invention, and has an output circuit including at least an nMOS transistor in an output stage.

本発明の他のラインセンサは、上記本発明の固体撮像装置を複数有するラインセンサであって、少なくともnMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタを含む出力回路を出力段に有していることを特徴とする。   Another line sensor of the present invention is a line sensor having a plurality of the solid-state imaging devices of the present invention, and has an output circuit including at least an nMOS transistor and a pMOS transistor in an output stage.

また、本発明の固体撮像ユニットは、上記本発明の固体撮像装置を複数有する。   Moreover, the solid-state imaging unit of the present invention has a plurality of the solid-state imaging devices of the present invention.

この固体撮像ユニットは、前記各固体撮像装置同士のタイミングまたは前記各固体撮像装置からの出力値を制御する制御回路を有している構成としてもよい。   The solid-state imaging unit may include a control circuit that controls timings between the solid-state imaging devices or output values from the solid-state imaging devices.

以上説明したように、本発明に係る固体撮像装置は、第2の半導体領域が、第1及び第3の半導体領域の表面で第3の半導体領域の電荷転送部側の端部と電荷転送部の第1の半導体領域との間に配されるように設けられており、かつ、制御電極の下まで延在して設けられている。したがって、本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と電荷転送部の制御電極との間に電子又は正孔の蓄積電荷を効果的に転送できるバイパス領域が設けられた構成を有しているので、読み出し時の電圧を適正にすることで、バイパス領域近傍のポテンシャル障壁を適度に押し下げ、光電荷を読み出しやすくすることができる。そのため、電荷蓄積層からの電子の引き抜きを助ける効果が得られ、バイパス領域の濃度と幅の許容範囲を広げることができ、固体撮像装置を低電圧で駆動することが可能になる。   As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, the second semiconductor region has the charge transfer unit and the end of the third semiconductor region on the charge transfer unit side on the surfaces of the first and third semiconductor regions. The first semiconductor region is disposed so as to extend under the control electrode. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention has a configuration in which a bypass region that can effectively transfer the accumulated charge of electrons or holes is provided between the photoelectric conversion unit and the control electrode of the charge transfer unit. Therefore, by making the voltage at the time of reading appropriate, the potential barrier in the vicinity of the bypass region can be pushed down moderately and the photocharge can be easily read. Therefore, an effect of assisting extraction of electrons from the charge storage layer can be obtained, the allowable range of the concentration and width of the bypass region can be increased, and the solid-state imaging device can be driven at a low voltage.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態の特徴を最も良く表した断面構造図である。   FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram that best represents the features of an embodiment of the present invention.

図1に示す固体撮像素子は、n型基板101上に形成された、第1導電型の第1の半導体領域であるp型ウェル102と、その上面側に形成された、第2導電型の第2の半導体領域であるホトダイオードのn層104と、さらにその上面側に表面を濃くして形成された、第1導電型の第3の半導体領域であるホトダイオードのp層105とを有している。これらのn層104とp層105とによって、光電変換部であるホトダイオードが構成されている。   The solid-state imaging device shown in FIG. 1 includes a p-type well 102 that is a first conductivity type first semiconductor region formed on an n-type substrate 101, and a second conductivity type formed on the upper surface side thereof. A photodiode n layer 104 which is a second semiconductor region, and a photodiode p layer 105 which is a third semiconductor region of the first conductivity type and which is formed with a deep surface on the upper surface side thereof. Yes. The n layer 104 and the p layer 105 constitute a photodiode which is a photoelectric conversion unit.

さらに、転送MOSトランジスタの制御電極からなるゲート領域103が絶縁層を介してホトダイオードの側面側に形成されており、転送MOSトランジスタのゲート領域103とホトダイオードの側面との間には、ホトダイオードのn層104から連続してゲート領域103(制御電極)の下まで延在するバイパス領域106が形成されている。さらに、光電変換部であるホトダイオードに蓄積された信号電荷を第2導電型の第4の半導体領域である拡散領域107に転送するための、ホトダイオードと拡散領域107との間のp型ウェル102と、それらの上に形成された絶縁膜と、その絶縁膜上に設けられたゲート領域103(制御電極)とで電荷転送部が構成されている。バイパス領域106を通った電子は第2導電型の第4の半導体領域である拡散領域107に達し、そこから垂直転送される。   Further, a gate region 103 formed of a control electrode of the transfer MOS transistor is formed on the side surface side of the photodiode via an insulating layer, and between the gate region 103 of the transfer MOS transistor and the side surface of the photodiode, an n layer of the photodiode is formed. A bypass region 106 that extends continuously from 104 to below the gate region 103 (control electrode) is formed. Further, a p-type well 102 between the photodiode and the diffusion region 107 for transferring the signal charge accumulated in the photodiode which is the photoelectric conversion unit to the diffusion region 107 which is the second conductivity type fourth semiconductor region, The charge transfer portion is constituted by the insulating film formed on the insulating film and the gate region 103 (control electrode) provided on the insulating film. The electrons that have passed through the bypass region 106 reach the diffusion region 107 that is the fourth semiconductor region of the second conductivity type, and are vertically transferred therefrom.

垂直転送レジスタは、基板表面側に形成されたN+型不純物からなる信号電荷転送領域と、その上方にシリコン酸化膜(SiO2)からなる絶縁層を介して形成された転送電極とによって構成され、垂直転送レジスタの例えば第1相目(φV1)及び第3相目(φV3)の転送電極と読み出しゲートとは兼用されている。 The vertical transfer register is composed of a signal charge transfer region made of N + type impurities formed on the substrate surface side, and a transfer electrode formed thereon via an insulating layer made of a silicon oxide film (SiO 2 ), For example, the first phase (φV1) and third phase (φV3) transfer electrodes and the read gate of the vertical transfer register are also used.

図2は、垂直転送レジスタを4相駆動するための垂直転送クロックφV1〜φV4のタイミングチャートである。   FIG. 2 is a timing chart of vertical transfer clocks φV1 to φV4 for driving the vertical transfer register in four phases.

上述したように第1相目と第3相目の転送電極が読出しゲートのゲート電極を兼ねていることから、4相の垂直転送クロックφV1〜φV4のうち、垂直転送クロックφV1,φV3はVL,VH,VTの3値の電圧レベルをとり、電圧VL,VHは垂直転送のための転送パルスとなり、一番高い電圧VTはフォトセンサから垂直転送レジスタへ信号電荷を読み出すための読出しパルスとなる。   As described above, since the first-phase and third-phase transfer electrodes also serve as the gate electrodes of the readout gates, among the four-phase vertical transfer clocks φV1 to φV4, the vertical transfer clocks φV1 and φV3 are VL, The three voltage levels VH and VT are taken. The voltages VL and VH are transfer pulses for vertical transfer, and the highest voltage VT is a read pulse for reading signal charges from the photosensor to the vertical transfer register.

垂直転送レジスタの最終段にはソースフォロア回路が接続され、これに増幅用MOSトランジスタの負荷となる電流源が接続されてソースフォロワ増幅回路が構成されている。   A source follower circuit is connected to the final stage of the vertical transfer register, and a current source serving as a load of the amplifying MOS transistor is connected to the source follower circuit to constitute a source follower amplifier circuit.

次に、読み出し動作を説明しながら、本発明の特徴を詳しく説明する。   Next, features of the present invention will be described in detail while explaining a read operation.

光電変換部に光が入射すると、光電変換により生成された電子がホトダイオードのn層に蓄積する。この時、転送MOSトランジスタはオフ状態にある。所定の蓄積時間が経過したのち、転送MOSトランジスタの制御電極(ゲート領域)103に正の電圧を印加し、転送MOSトランジスタをオン状態にし、ホトダイオードのn層の蓄積電荷を拡散領域に転送する。転送MOSトランジスタをオン状態にする前に、予め、拡散領域の蓄積電荷を全て掃き出しておく。蓄積電荷は、拡散領域に転送された後、垂直転送レジスタで転送される。   When light enters the photoelectric conversion unit, electrons generated by photoelectric conversion accumulate in the n layer of the photodiode. At this time, the transfer MOS transistor is in an off state. After a predetermined accumulation time has elapsed, a positive voltage is applied to the control electrode (gate region) 103 of the transfer MOS transistor to turn on the transfer MOS transistor, and the accumulated charge in the n layer of the photodiode is transferred to the diffusion region. Before the transfer MOS transistor is turned on, all the accumulated charges in the diffusion region are swept out in advance. The accumulated charge is transferred to the diffusion region and then transferred by the vertical transfer register.

ノイズの除去率をより高めるためには、ホトダイオードと転送MOSトランジスタが以下に述べる条件を満たすことが要求され、ホトダイオードのn層に蓄積された信号電荷をより高い割合で読み出すことが重要である。   In order to further increase the noise removal rate, it is required that the photodiode and the transfer MOS transistor satisfy the conditions described below, and it is important to read out the signal charge accumulated in the n layer of the photodiode at a higher rate.

詳しく説明すると、転送MOSトランジスタが充分なオン状態(すなわちポテンシャル差を大きくしてある)であるならば、ホトダイオードのn層には、p型のウェルと表面の濃いp層のGND電位に対し、逆バイアスが印加される。この時、n層には、p型のウェルと表面の濃いp層から空乏層が延び、ホトダイオードのn層全体を空乏化させることで、ホトダイオードに信号電荷を殆ど残さずに拡散領域に信号電荷を読み出すことができる。拡散領域に信号電荷を読み出した後、垂直転送レジスタによる完全転送で信号電荷を読み出す。   More specifically, if the transfer MOS transistor is sufficiently on (that is, having a large potential difference), the n-type layer of the photodiode has a p-type well and a GND layer with a deep p-layer with respect to the GND potential. A reverse bias is applied. At this time, in the n layer, a depletion layer extends from the p-type well and the deep p layer on the surface, and the entire n layer of the photodiode is depleted, so that the signal charge in the diffusion region is hardly left in the photodiode. Can be read out. After reading the signal charge to the diffusion region, the signal charge is read by complete transfer by the vertical transfer register.

理想的には、読み出し後にホトダイオードのn層に残る電子数は0個であるが、どの程度完全に読み出すかは設計事項となる。実質的には、読み出し系のノイズに比べて充分に小さければよい。   Ideally, the number of electrons remaining in the n-layer of the photodiode after reading is zero, but how completely read out is a matter of design. In practice, it is sufficient if it is sufficiently smaller than the noise of the readout system.

ここで重要なのは、以上の様な動作を実現するためには、転送MOSトランジスタを充分なオン状態、すなわちバリア層のない滑らかなポテンシャル状態にする必要があり、本発明はそのための技術として、埋め込み型のホトダイオードと転送MOSトランジスタの間にバイパス領域106を設けた。このバイパス領域は、必ずしも半導体表面と接している必要はない。なぜならば、バイパス領域はホトダイオードのn層と転送MOSトランジスタのチャネルとの間に介在するものであり、埋め込みチャネルであるならば、当然、バイパス領域は表面に達する必要はない。また、表面にチャネルがある場合でも、バイパス領域が表面のチャネルに達することが最良ではあるが、達しなくとも、従来技術と比べて充分に低い転送電圧を有する転送MOSトランジスタを得ることができる。   What is important here is that the transfer MOS transistor needs to be in a sufficiently on state, that is, a smooth potential state without a barrier layer, in order to realize the above-described operation. A bypass region 106 was provided between the type photodiode and the transfer MOS transistor. This bypass region is not necessarily in contact with the semiconductor surface. This is because the bypass region is interposed between the n-layer of the photodiode and the channel of the transfer MOS transistor, and of course, if it is a buried channel, the bypass region does not need to reach the surface. Also, even when there is a channel on the surface, it is best that the bypass region reaches the channel on the surface, but even if it does not, a transfer MOS transistor having a transfer voltage sufficiently lower than that of the prior art can be obtained.

更に、このバイパス領域が転送MOSトランジスタのゲート下に存在することも効果を上げるポイントであり、ゲート電圧が印加されると、ゲート下のポテンシャルが押し上げられるが、バイパスにもこの効果が加わり、ポテンシャルをより低くすることが可能となる。   Furthermore, the fact that this bypass region exists under the gate of the transfer MOS transistor is also an effective point. When a gate voltage is applied, the potential under the gate is pushed up, but this effect is also added to the bypass and the potential is increased. Can be made lower.

このように転送MOSトランジスタを拡散領域と接続すると、以下のような効果があることが知られている。
(1)拡散浮遊領域の不純物濃度を高く設定でき、印加されたバイアスにより、ウェルと拡散浮遊領域間に生じる空乏層をp型ウェル側に有効に広げることができる。このことは、読み出し時の電圧を任意かつ直接的に入力できるためである。
(2)CCDのように、不純物プロファイルのビルトインポテンシャルで決定できる程度の小さいダイナミックレンジに対し、外部電圧で制御可能な広いダイナミックレンジを確保できる。
(3)読み出し時の電圧を適正にすることで、バイパス領域近傍のポテンシャル障壁を適度に押し下げ読み出しやすくする。
It is known that connecting the transfer MOS transistor to the diffusion region in this way has the following effects.
(1) The impurity concentration of the diffusion floating region can be set high, and the depletion layer generated between the well and the diffusion floating region can be effectively spread to the p-type well side by the applied bias. This is because the voltage at the time of reading can be input arbitrarily and directly.
(2) A wide dynamic range that can be controlled by an external voltage can be ensured with respect to a small dynamic range that can be determined by the built-in potential of the impurity profile as in a CCD.
(3) By making the voltage at the time of reading appropriate, the potential barrier in the vicinity of the bypass region is moderately pushed down to facilitate reading.

画素の縮小化を行うためにはトランジスタ自身の微細化を行わなければならず、必然的にホトダイオードや転送MOSトランジスタのウェル濃度が上昇する。また、トランジスタの微細化に伴い、電源電圧の低電圧化を図る必要がある。ホトダイオードの取り扱い電荷量を維持したまま低電圧化するためには、空乏化ホトダイオードの蓄積層(図1においてはn層104)の不純物濃度を高くかつ薄層化する必要があり、バイパス領域もホトダイオードのn層と同様に空乏化する必要があるため、バイパス領域の幅も狭くする必要がある。   In order to reduce the size of the pixel, the transistor itself must be miniaturized, and the well concentration of the photodiode and the transfer MOS transistor inevitably increases. In addition, with the miniaturization of transistors, it is necessary to reduce the power supply voltage. In order to reduce the voltage while maintaining the amount of charge handled by the photodiode, it is necessary to increase the impurity concentration of the accumulation layer (n layer 104 in FIG. 1) of the depleted photodiode and make it thinner, and the bypass region is also a photodiode. Since it is necessary to deplete like the n layer, the width of the bypass region needs to be narrowed.

さらに、ホトダイオードのn層およびバイパス領域の幅の加工寸法精度が厳しくなる一方、ウェル濃度が上昇し、そうすると加工にばらつきが生じる要因が増え、より一層の加工寸法精度が要求され、歩留まりの低下につながる。特に、バイパス領域の幅はシリコン基板の面方向の精度で決まり、一般的に深さ方向よりも加工精度が低く、歩留まりの低下の大きな要因になる。本発明においては、前述の(3)の効果により、バイパス領域の幅の許容範囲が広がり、歩留まりが向上する。   Furthermore, while the processing dimensional accuracy of the width of the n-layer and bypass region of the photodiode becomes severe, the well concentration increases, thereby increasing the factors causing variations in processing, and further processing dimensional accuracy is required, resulting in a decrease in yield. Connected. In particular, the width of the bypass region is determined by the accuracy in the surface direction of the silicon substrate, and generally the processing accuracy is lower than that in the depth direction, which is a major factor in yield reduction. In the present invention, due to the effect (3) described above, the allowable range of the width of the bypass region is widened, and the yield is improved.

また、本発明においては、加工方法を以下のようにすることで、バイパス領域の幅の加工精度を向上させ、歩留まりを向上させる。   In the present invention, the processing method is as follows, thereby improving the processing accuracy of the width of the bypass region and improving the yield.

従来技術であるCCDのバイパス領域は、転送MOSトランジスタの制御電極形成前のホトダイオードのn層のイオンインプラと、転送MOSトランジスタの制御電極をマスク材にした表面の濃いp層のイオンインプラにより形成されるため、バイパス領域の幅は、露光装置の位置合わせ精度によって大きくばらつきが生じる。   The bypass region of the CCD, which is the prior art, is formed by the ion implantation of the n layer of the photodiode before the formation of the control electrode of the transfer MOS transistor and the ion implantation of the deep p layer of the surface using the control electrode of the transfer MOS transistor as a mask material. Therefore, the width of the bypass region varies greatly depending on the alignment accuracy of the exposure apparatus.

これに対し本発明は、例えば、実施例4で示すように、ホトダイオードのn層を転送MOSトランジスタの制御電極(例えば多結晶シリコン)をマスク材にし、斜めにイオン注入することでバイパス領域を形成することで、その幅を制御電極からイオンインプラの投影飛程で決定することができる。イオンインプラの投影飛程を利用するため、加工精度は高くなる。その他、後述の実施例で幾つか例を示すが、本質的には、バイパス領域を、転送MOSトランジスタの制御電極をマスク材とし、イオンインプラを用いて形成することにより、その加工精度を向上させるものである。さらに、ホトダイオードの第2の半導体領域(ここではn型)を複数のイオン注入により形成し、ある程度深い領域で信号電荷をかせぎ、バイパス領域を利用して転送するとさらに効果的であり、この場合は、実施例5に示すように、比較的浅い部分へのイオン注入角度を比較的深い部分へのイオン注入角度よりも大きくすることで、大きな効果が得られる。   On the other hand, in the present invention, for example, as shown in the fourth embodiment, the bypass layer is formed by implanting ions obliquely using the n layer of the photodiode as a mask material for the control electrode (for example, polycrystalline silicon) of the transfer MOS transistor. By doing so, the width can be determined by the projection range of the ion implantation from the control electrode. Since the projection range of the ion implantation is used, the processing accuracy is increased. In addition, some examples will be shown in the embodiments described later. Essentially, the bypass region is formed by using the ion implantation using the control electrode of the transfer MOS transistor as a mask material, thereby improving the processing accuracy. Is. Furthermore, it is more effective to form the second semiconductor region (here, n-type) of the photodiode by a plurality of ion implantations, earn signal charges in a certain deep region, and transfer using the bypass region. As shown in the fifth embodiment, a great effect can be obtained by making the ion implantation angle into the relatively shallow portion larger than the ion implantation angle into the relatively deep portion.

前述に示したものは、電子を蓄積した場合を例に挙げて説明しているが、本発明は、正孔を蓄積する場合や、蓄積電荷および転送MOSトランジスタのタイプに限定されるものではない。   In the above description, the case where electrons are accumulated is described as an example. However, the present invention is not limited to the case where holes are accumulated or the type of accumulated charges and transfer MOS transistors. .

なお、低電圧駆動を目的とした場合、ホトダイオードの第2の半導体領域には薄層化が容易な砒素イオンをドープすることが最も好ましい。砒素イオンをドープする場合にはマスクによる制御性がよく、精度を向上させることができるので、歩留まりが高くなる。さらに、暗電流特性上も砒素イオンをドープすることが好ましい。   For the purpose of driving at a low voltage, it is most preferable to dope the second semiconductor region of the photodiode with arsenic ions that can be easily thinned. In the case of doping with arsenic ions, the controllability by the mask is good and the accuracy can be improved, so that the yield is increased. Furthermore, it is preferable to dope arsenic ions in terms of dark current characteristics.

このような固体撮像装置を複数用いてラインセンサを作成することもできる。このとき、その周辺回路も低電圧駆動のCMOS回路で構成することが好ましい。これにより、ラインセンサーの全てを低電圧系で構成することができるため、ラインセンサーの低消費電力化が可能となる。さらに、タイミングジェネレータをCMOS回路内に内蔵し、かつ各出力値及びタイミングを制御することで、低コストで均一な画像が得られるラインセンサユニット(固体撮像ユニット)を作成することが可能である。   A line sensor can also be created using a plurality of such solid-state imaging devices. At this time, it is preferable that the peripheral circuit is also composed of a low voltage drive CMOS circuit. Thereby, since all the line sensors can be configured with a low voltage system, the power consumption of the line sensors can be reduced. Furthermore, it is possible to create a line sensor unit (solid-state imaging unit) capable of obtaining a uniform image at low cost by incorporating a timing generator in a CMOS circuit and controlling each output value and timing.

[実施例1]
図3を用いて本発明の実施例1について説明する。本実施例に係るホトダイオードとその周辺構成は以下の手順で形成される。
[Example 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The photodiode according to the present embodiment and its peripheral configuration are formed by the following procedure.

n型基板901に対し、イオンインプラによりボロンを導入し、熱処理を行い、表面濃度が約2×1016cm-3のp型ウェル902を形成し、その上にホトレジスト908を形成して、ホトダイオードのn層904を形成した(図3(a))。その後、ホトレジスト908は除去した。 Boron is introduced into the n-type substrate 901 by ion implantation, heat treatment is performed, a p-type well 902 having a surface concentration of about 2 × 10 16 cm −3 is formed, a photoresist 908 is formed thereon, and a photodiode is formed. N layer 904 was formed (FIG. 3A). Thereafter, the photoresist 908 was removed.

通常の半導体製造工程に従い、砒素からなる拡散領域907を形成するとともに通常のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を形成し、さらに、熱酸化法により基板表面全般にゲート酸化膜910を30nmの厚さに形成した後、転送MOSトランジスタ及び電荷転送部の制御電極903を形成した(図3(b))。   In accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a diffusion region 907 made of arsenic is formed, a source / drain region of a normal MOS transistor is formed, and a gate oxide film 910 is formed to a thickness of 30 nm on the entire substrate surface by thermal oxidation. After the formation, the transfer MOS transistor and the control electrode 903 of the charge transfer portion were formed (FIG. 3B).

つぎに、窒素雰囲気中で950℃/20分の熱処理を施した後、基板表面のホトダイオード上と制御電極の一部の領域にホトレジスト(不図示)を形成し、制御電極903をマスクとして用いて表面の濃いp層905を形成した(図3(c))。   Next, after heat treatment at 950 ° C./20 minutes in a nitrogen atmosphere, a photoresist (not shown) is formed on the photodiode on the substrate surface and in a part of the control electrode, and the control electrode 903 is used as a mask. A p-layer 905 having a deep surface was formed (FIG. 3C).

この後、通常の半導体製造工程に従い、第1の層間絶縁膜、コンタクト、第1金属配線、第2の層間絶縁膜、第1金属配線と第2金属配線とを接続するビア、第2金属配線、パッシベーション膜を順次形成した。   Thereafter, in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a first interlayer insulating film, a contact, a first metal wiring, a second interlayer insulating film, a via connecting the first metal wiring and the second metal wiring, and a second metal wiring Then, a passivation film was sequentially formed.

上記の工程により、ホトダイオードに約100nmのバイパス領域906が形成された。ソースが埋め込まれたn層からなる転送MOSトランジスタのバイパス領域のない場合と、ある場合(本実施例)の転送電圧をそれぞれ評価したところ、順に12ボルト、7ボルトであった。この結果、バイパス領域により、転送電圧が大きく低下していることが確認された。   By the above process, a bypass region 906 of about 100 nm was formed in the photodiode. When the transfer voltage of the transfer MOS transistor composed of the n layer in which the source is buried is not present and when it is present (in this embodiment), the transfer voltage is evaluated to be 12 volts and 7 volts, respectively. As a result, it was confirmed that the transfer voltage was greatly reduced by the bypass region.

[実施例2]
図4を用いて本発明の実施例2を説明する。本実施例に係るホトダイオードとその周辺構成は以下の手順で形成される。
[Example 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The photodiode according to the present embodiment and its peripheral configuration are formed by the following procedure.

n型基板601に対し、イオンインプラによりボロンを導入し、熱処理を行い、表面濃度が約4×1016cm-3のp型ウェル602を形成した。通常の半導体製造工程に従い、砒素からなる拡散領域607を形成した後、熱酸化法によりゲート酸化膜610を15nmの厚さに形成し、さらにその上に多結晶シリコンを400nmの厚さに堆積させて、転送MOSトランジスタ及び電荷転送部の制御電極603を形成した(図4(a))。 Boron was introduced into the n-type substrate 601 by ion implantation and heat treatment was performed to form a p-type well 602 having a surface concentration of about 4 × 10 16 cm −3 . After forming a diffusion region 607 made of arsenic according to a normal semiconductor manufacturing process, a gate oxide film 610 is formed to a thickness of 15 nm by a thermal oxidation method, and polycrystalline silicon is deposited thereon to a thickness of 400 nm. Thus, the transfer MOS transistor and the control electrode 603 of the charge transfer part were formed (FIG. 4A).

その後、ホトレジスト(不図示)と制御電極603をマスク材として用い、燐イオンを100KeVで注入してホトダイオードのn層604を形成した(図4(b))。この時、多結晶シリコン(制御電極603)の膜厚400nmに対し、燐イオンの投影飛程と標準偏差はそれぞれ120nm、45nmであり、多結晶シリコンはマスク材として十分に機能した。   Thereafter, a photoresist (not shown) and a control electrode 603 were used as a mask material, and phosphorus ions were implanted at 100 KeV to form a photodiode n layer 604 (FIG. 4B). At this time, the projected range and standard deviation of phosphorus ions were 120 nm and 45 nm, respectively, with respect to the film thickness of 400 nm of polycrystalline silicon (control electrode 603), and the polycrystalline silicon sufficiently functioned as a mask material.

つぎに、そのホトレジストを除去し、窒素雰囲気において950℃/20分の熱処理を行い、燐イオンを若干拡散させた後に、ホトレジスト609を形成し、ホトレジスト609と制御電極603をマスク材として用いて、BF2イオンを35KeVで注入した(図4(c))。その後、ホトレジスト609を除去した。   Next, the photoresist is removed, heat treatment is performed at 950 ° C./20 minutes in a nitrogen atmosphere, phosphorus ions are slightly diffused, a photoresist 609 is formed, and the photoresist 609 and the control electrode 603 are used as a mask material. BF2 ions were implanted at 35 KeV (FIG. 4 (c)). Thereafter, the photoresist 609 was removed.

その後、周辺回路を構成しているnMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を形成した。   Thereafter, the source / drain regions of the nMOS transistor constituting the peripheral circuit were formed.

この後、通常の半導体製造工程に従い、第1の層間絶縁膜、コンタクト、第1金属配線、第2の層間絶縁膜、第1金属配線と第2金属配線とを接続するビア、第2金属配線、パッシベーション膜を順次形成した。   Thereafter, in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a first interlayer insulating film, a contact, a first metal wiring, a second interlayer insulating film, a via connecting the first metal wiring and the second metal wiring, and a second metal wiring Then, a passivation film was sequentially formed.

以上の工程により、約100nmのバイパス領域606が形成された。ソースが埋め込まれたn層からなる転送MOSトランジスタのバイパス領域のない場合の転送電圧と、ある場合(本発明)の閾値電圧とをそれぞれ評価したところ、順に12ボルト、7ボルトであった。この結果、バイパス領域により、転送電圧が大きく低下していることが確認された。   Through the above steps, a bypass region 606 of about 100 nm was formed. When the transfer voltage of the transfer MOS transistor composed of the n layer in which the source is buried without the bypass region and the threshold voltage in the case of the present invention (invention) were evaluated, respectively, they were 12 volts and 7 volts, respectively. As a result, it was confirmed that the transfer voltage was greatly reduced by the bypass region.

さらに周辺回路も低電圧駆動のnMOS回路で構成したため、同じプロセスで形成でき、低電圧低消費電力化が可能となった。さらにpMOSも加えたCMOSプロセスを用いると、プロセスは増加するが、回路的に高性能で低消費電力の固体撮像素子が形成できた。   Further, since the peripheral circuit is also composed of a low-voltage driven nMOS circuit, it can be formed by the same process, and low voltage and power consumption can be reduced. Furthermore, when a CMOS process including pMOS is used, the number of processes increases, but a solid-state imaging device with high performance and low power consumption can be formed.

[実施例3]
再び図4を用いて本発明の実施例3を説明する。本実施例に係るホトダイオードとその周辺構成は以下の手順で形成される。
[Example 3]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 again. The photodiode according to the present embodiment and its peripheral configuration are formed by the following procedure.

n型基板601に対し、イオンインプラによりボロンを導入し、熱処理を行い、表面濃度が約4×1016cm-3のp型ウェル602を形成した。通常の半導体製造工程に従い、砒素からなる拡散領域607を形成した後に、熱酸化法によりゲート酸化膜610を15nmの厚さに形成し、さらにその上に多結晶シリコンを400nmの厚さに堆積させて、転送MOSトランジスタ及び電荷転送部の制御電極603を形成した(図4(a))。 Boron was introduced into the n-type substrate 601 by ion implantation and heat treatment was performed to form a p-type well 602 having a surface concentration of about 4 × 10 16 cm −3 . After forming a diffusion region 607 made of arsenic in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a gate oxide film 610 is formed to a thickness of 15 nm by a thermal oxidation method, and polycrystalline silicon is further deposited thereon to a thickness of 400 nm. Thus, the transfer MOS transistor and the control electrode 603 of the charge transfer part were formed (FIG. 4A).

その後、ホトレジスト(不図示)と制御電極603をマスク材として用い、砒素イオンを300KeVで注入してホトダイオードのn層604を形成した(図4(b))。この時、多結晶シリコン(制御電極603)の膜厚400nmに対し、砒素イオンの投影飛程と標準偏差はそれぞれ160nm、53nmであり、多結晶シリコンはマスク材として十分に機能した。   Thereafter, using a photoresist (not shown) and the control electrode 603 as a mask material, arsenic ions were implanted at 300 KeV to form an n-layer 604 of the photodiode (FIG. 4B). At this time, the projection range and standard deviation of arsenic ions were 160 nm and 53 nm, respectively, with respect to the film thickness of polycrystalline silicon (control electrode 603) of 400 nm, and the polycrystalline silicon sufficiently functioned as a mask material.

つぎに、そのホトレジストを除去し、窒素雰囲気において950℃/20分の熱処理を行い、砒素イオンを若干拡散させた後に、ホトレジスト609を形成し、ホトレジスト609と制御電極603をマスク材として用いて、BF2イオンを35KeVで注入した(図4(c))。その後、ホトレジスト609を除去した。   Next, the photoresist is removed, heat treatment is performed at 950 ° C./20 minutes in a nitrogen atmosphere, arsenic ions are slightly diffused, a photoresist 609 is formed, and the photoresist 609 and the control electrode 603 are used as a mask material. BF2 ions were implanted at 35 KeV (FIG. 4 (c)). Thereafter, the photoresist 609 was removed.

さらに、周辺回路の通常のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を形成した。   Further, source / drain regions of normal MOS transistors in the peripheral circuit were formed.

この後、通常の半導体製造工程に従い、第1の層間絶縁膜、コンタクト、第1金属配線、第2の層間絶縁膜、第1金属配線と第2金属配線を接続するビア、第2金属配線、パッシベーション膜を順次形成した。   Thereafter, in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a first interlayer insulating film, a contact, a first metal wiring, a second interlayer insulating film, a via connecting the first metal wiring and the second metal wiring, a second metal wiring, A passivation film was sequentially formed.

以上の工程により、約100nmのバイパス領域606が形成された。ソースが埋め込まれたn層からなる転送MOSトランジスタのバイパス領域のない場合の転送電圧と、ある場合(本発明)の閾値電圧とをそれぞれ評価したところ、順に12ボルト、6ボルトであった。この結果、バイパス領域により、転送電圧が大きく低下していることが確認された。さらに、本実施例の構成では、同じ電圧でも実施例2の構成より電荷を多く溜めることができた。   Through the above steps, a bypass region 606 of about 100 nm was formed. When the transfer voltage of the transfer MOS transistor composed of the n layer in which the source is buried without the bypass region and the threshold voltage in the case of the present invention (invention) were evaluated, they were 12 volts and 6 volts, respectively. As a result, it was confirmed that the transfer voltage was greatly reduced by the bypass region. Furthermore, in the configuration of this example, more charges could be accumulated than in the configuration of Example 2 even at the same voltage.

[実施例4]
図4および図5を用いて本発明の実施例4を説明する。本実施例に係るホトダイオードとその周辺構成は以下の手順で形成される。
[Example 4]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The photodiode according to the present embodiment and its peripheral configuration are formed by the following procedure.

まず、n型基板601に対し、イオンインプラによりボロンを導入し、熱処理を行い、表面濃度が約4×1016cm-3のp型ウェル602を形成した。通常の半導体製造工程に従い、拡散領域607を形成した後に、熱酸化法によりゲート酸化膜610を15nmの厚さに形成し、さらにその上に多結晶シリコンを400nmの厚さに堆積させて、転送MOSトランジスタ及び電荷転送部の制御電極603を形成した(図4(a))。 First, boron was introduced into the n-type substrate 601 by ion implantation and heat treatment was performed to form a p-type well 602 having a surface concentration of about 4 × 10 16 cm −3 . In accordance with a normal semiconductor manufacturing process, after forming the diffusion region 607, a gate oxide film 610 is formed to a thickness of 15 nm by a thermal oxidation method, and polycrystalline silicon is further deposited thereon to a thickness of 400 nm for transfer. A control electrode 603 of the MOS transistor and the charge transfer unit was formed (FIG. 4A).

その後、ホトレジスト1008と制御電極603をマスク材として用い、砒素イオンを300KeVで斜めから注入してホトダイオードのn層604を形成した(図5)。この時のイオン注入角度θは20°とした。このように斜めにイオンインプラを行うため、イオンインプラ直後でも砒素イオンは制御電極603の下にまで及ぶ。この時、多結晶シリコン(制御電極603)の膜厚400nmに対し、砒素イオンの投影飛程と標準偏差はそれぞれ160nm、53nmであり、多結晶シリコンはマスク材として十分に機能した。   Thereafter, using the photoresist 1008 and the control electrode 603 as a mask material, arsenic ions were implanted obliquely at 300 KeV to form an n-layer 604 of the photodiode (FIG. 5). The ion implantation angle θ at this time was 20 °. Since ion implantation is performed obliquely in this manner, arsenic ions extend under the control electrode 603 even immediately after ion implantation. At this time, the projection range and standard deviation of arsenic ions were 160 nm and 53 nm, respectively, with respect to the film thickness of polycrystalline silicon (control electrode 603) of 400 nm, and the polycrystalline silicon sufficiently functioned as a mask material.

つぎに、他のホトレジスト609を形成し、ホトレジスト609と制御電極603をマスク材として用いて、BF2イオンを35KeVで注入した(図4(c))。この時のイオン注入角度θは、チャネリング抑制のため7°とした。その後、ホトレジスト609を除去した。   Next, another photoresist 609 was formed, and BF 2 ions were implanted at 35 KeV using the photoresist 609 and the control electrode 603 as a mask material (FIG. 4C). At this time, the ion implantation angle θ is set to 7 ° to suppress channeling. Thereafter, the photoresist 609 was removed.

さらに、周辺回路の通常のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を形成した。   Further, source / drain regions of normal MOS transistors in the peripheral circuit were formed.

この後、通常の半導体製造工程に従い、第1の層間絶縁膜、コンタクト、第1金属配線、第2の層間絶縁膜、第1金属配線と第2金属配線とを接続するビア、第2金属配線、パッシベーション膜を順次形成した。   Thereafter, in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a first interlayer insulating film, a contact, a first metal wiring, a second interlayer insulating film, a via connecting the first metal wiring and the second metal wiring, and a second metal wiring Then, a passivation film was sequentially formed.

以上の工程により、約100nmのバイパス領域606が形成された。ソースが埋め込まれたn層からなる転送MOSトランジスタのバイパス領域のない場合の転送電圧と、ある場合(本発明)の閾値電圧とをそれぞれ評価したところ、順に12ボルト、6ボルトであった。この結果、バイパス領域により、転送電圧が大きく低下していることが確認された。   Through the above steps, a bypass region 606 of about 100 nm was formed. When the transfer voltage of the transfer MOS transistor composed of the n layer in which the source is buried without the bypass region and the threshold voltage in the case of the present invention (invention) were evaluated, they were 12 volts and 6 volts, respectively. As a result, it was confirmed that the transfer voltage was greatly reduced by the bypass region.

本実施例では砒素を斜めにイオンインプラしてバイパス領域606を形成するため、実施例3において砒素を拡散させるために行った窒素雰囲気での950℃/20分の熱処理を省略することができる。そのため、半導体プロセスの熱処理時間を短くすることができ、信号処理などに用いられる周辺のMOSトランジスタのより一層の微細化が可能となった。   In this embodiment, arsenic is ion-implanted obliquely to form the bypass region 606, so that the heat treatment at 950 ° C./20 minutes in the nitrogen atmosphere performed for diffusing arsenic in Embodiment 3 can be omitted. Therefore, the heat treatment time of the semiconductor process can be shortened, and the peripheral MOS transistors used for signal processing and the like can be further miniaturized.

[実施例5]
本発明の実施例5として、上述した実施例4における形成過程において、砒素のイオンインプラを、バイパス領域を設けるための第1のイオンインプラと、ホトダイオードのn層を設けるための第2のイオンインプラとの2回に分けて行った。
[Example 5]
As Embodiment 5 of the present invention, in the formation process in Embodiment 4 described above, arsenic ion implantation is performed using a first ion implantation for providing a bypass region and a second ion implantation for providing an n layer of a photodiode. It was divided into two times.

第1のイオンインプラは、イオン注入角度θを45°、300KeVで行った。イオン注入角度θは、表面近くにピーク値を配置するとともにバイパス領域を確保するため、20°より大きくした。   The first ion implantation was performed at an ion implantation angle θ of 45 ° and 300 KeV. The ion implantation angle θ is set to be greater than 20 ° in order to place a peak value near the surface and secure a bypass region.

第2のイオンインプラは、ホトダイオードのn層の飽和量を制御するために、イオン注入角度θを7°、400KeVで行った。   The second ion implantation was performed at an ion implantation angle θ of 7 ° and 400 KeV in order to control the saturation amount of the n layer of the photodiode.

本実施例により、バイパス領域のイオンインプラと、ホトダイオードのn層のイオンインプラとを分けることで、イオン注入角度、イオン注入エネルギー、イオン注入ドーズ量をそれぞれの特性に合わせて最適化することができた。   According to this embodiment, the ion implantation angle in the bypass region and the ion implantation in the n layer of the photodiode are separated, so that the ion implantation angle, ion implantation energy, and ion implantation dose can be optimized according to the respective characteristics. It was.

[実施例6]
図6を用いて本発明の実施例6を説明する。本実施例に係るホトダイオードとその周辺構成は以下の手順で形成される。
[Example 6]
Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. The photodiode according to the present embodiment and its peripheral configuration are formed by the following procedure.

n型基板1101に対し、イオンインプラによりボロンを導入し、熱処理を行い、表面濃度が約2×1016cm-3のp型ウェル1102を形成した。通常の半導体製造工程に従い、砒素からなる垂直転送領域1107を形成した後に熱酸化法によりゲート酸化膜1110を30nmの厚さに形成し、さらに転送MOSトランジスタ及び電荷転送部の制御電極1103を形成した。その後、ホトレジスト(不図示)と制御電極1103をマスク材として用い、砒素イオンを300KeVで注入してホトダイオードのn層1104を形成した(図6(a))。なお、垂直転送領域1107を形成する工程等において、通常のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を形成した。 Boron was introduced into the n-type substrate 1101 by ion implantation and heat treatment was performed to form a p-type well 1102 having a surface concentration of about 2 × 10 16 cm −3 . In accordance with a normal semiconductor manufacturing process, after forming a vertical transfer region 1107 made of arsenic, a gate oxide film 1110 is formed to a thickness of 30 nm by thermal oxidation, and a transfer MOS transistor and a control electrode 1103 of a charge transfer unit are formed. . Thereafter, using a photoresist (not shown) and the control electrode 1103 as a mask material, arsenic ions were implanted at 300 KeV to form an n-layer 1104 of the photodiode (FIG. 6A). In the step of forming the vertical transfer region 1107 and the like, the source / drain regions of a normal MOS transistor were formed.

つぎに、ホトレジスト(不図示)を除去し、窒素雰囲気において950℃/20分の熱処理を行い、砒素イオンを若干拡散させた後に周辺のCMOSトランジスタにLDD(Lightly-Doped Drain)構造用の低濃度n層及びp層を設けた後、マスク手段としてのサイドスペーサ1111を制御電極1103の側面に幅150nmに形成した(図6(b))。サイドスペーサ1111はSiOまたはSiN等からなり、基板上の全面にこれを塗布した後に所定の部分だけを残してエッチングすることにより、上記のように形成される。   Next, the photoresist (not shown) is removed, heat treatment is performed at 950 ° C./20 minutes in a nitrogen atmosphere, and after arsenic ions are diffused slightly, the peripheral CMOS transistor is subjected to a low concentration for an LDD (Lightly-Doped Drain) structure. After providing the n layer and the p layer, a side spacer 1111 as a mask means was formed on the side surface of the control electrode 1103 with a width of 150 nm (FIG. 6B). The side spacers 1111 are made of SiO, SiN, or the like, and are formed as described above by etching after leaving a predetermined portion after coating the entire surface of the substrate.

続いて、ホトレジスト1109を形成し、ホトレジスト1109と制御電極1103とサイドスペーサ1111とをマスク材として用い、BF2イオンを35KeVで注入した(図6(c))。この時のイオン注入角度θは、チャネリング抑制のため7°とした。   Subsequently, a photoresist 1109 was formed, and BF2 ions were implanted at 35 KeV using the photoresist 1109, the control electrode 1103, and the side spacer 1111 as a mask material (FIG. 6C). At this time, the ion implantation angle θ is set to 7 ° to suppress channeling.

この後、通常の半導体製造工程に従い、第1の層間絶縁膜、コンタクト、第1金属配線、第2の層間絶縁膜、第1金属配線と第2金属配線とを接続するビア、第2金属配線、パッシベーション膜を順次形成した。   Thereafter, in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a first interlayer insulating film, a contact, a first metal wiring, a second interlayer insulating film, a via connecting the first metal wiring and the second metal wiring, and a second metal wiring Then, a passivation film was sequentially formed.

この結果、約150nmのバイパス領域1106が形成された。ソースが埋め込まれたn層からなる転送MOSトランジスタのバイパス領域のない場合の転送電圧と、ある場合(本発明)の転送電圧とをそれぞれ評価したところ、順に12ボルト、6ボルトであった。これにより、バイパス領域1106によって、転送電圧が大きく低下していることが確認された。   As a result, a bypass region 1106 of about 150 nm was formed. When the transfer voltage of the transfer MOS transistor composed of the n layer in which the source is buried without the bypass region and the transfer voltage in the case of the present invention (invention) were evaluated, respectively, they were 12 volts and 6 volts, respectively. As a result, it was confirmed that the transfer voltage was greatly reduced by the bypass region 1106.

なお、サイドスペーサ1111の作成時に、このサイドスペーサ1111とホトレジスト(不図示)等でホトダイオード部をマスキングして保護した状態でエッチングを行うと、ホトダイオード部が生じる暗電流を抑制することができる(図7)。   Note that when the side spacer 1111 is formed and etching is performed in a state where the photodiode portion is masked and protected by the side spacer 1111 and a photoresist (not shown) or the like, dark current generated in the photodiode portion can be suppressed (FIG. 7).

[実施例7]
図4、図5、および図8を用いて本発明の実施例7を説明する。本実施例に係るホトダイオードとその周辺構成は以下の手順で形成される。
[Example 7]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 8. The photodiode according to the present embodiment and its peripheral configuration are formed by the following procedure.

n型基板601に対し、イオンインプラによりボロンを導入し、熱処理を行い、表面濃度が約4×1016cm-3のp型ウェル602を形成した。通常の半導体製造工程に従い、砒素からなる垂直転送領域607を形成し、かつ通常のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を形成した後に、熱酸化法によりゲート酸化膜を15nm形成し、多結晶シリコンを400nmを堆積させて、転送MOSトランジスタ及び電荷転送部の制御電極603を形成した(図4(a))。 Boron was introduced into the n-type substrate 601 by ion implantation and heat treatment was performed to form a p-type well 602 having a surface concentration of about 4 × 10 16 cm −3 . In accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a vertical transfer region 607 made of arsenic is formed, and after forming a source / drain region of a normal MOS transistor, a gate oxide film is formed to 15 nm by thermal oxidation, and polycrystalline silicon is formed to 400 nm. To form a transfer MOS transistor and a control electrode 603 of the charge transfer portion (FIG. 4A).

その後、ホトレジスト609と制御電極603をマスク材として用い、砒素イオンを斜めから300KeVで注入してホトダイオードのn層604を形成した(図5)。この時のイオン注入角度θは10°とした。この斜めのイオンインプラを行うため、イオンインプラ直後でも砒素イオンは制御電極603の下にまで及ぶ。この時、多結晶シリコン(制御電極603)の膜厚400nmに対し、砒素イオンの投影飛程と標準偏差はそれぞれ160nm、53nmであり、多結晶シリコンはマスク材として十分機能した。   Thereafter, using the photoresist 609 and the control electrode 603 as a mask material, arsenic ions were implanted obliquely at 300 KeV to form a photodiode n layer 604 (FIG. 5). The ion implantation angle θ at this time was 10 °. In order to perform this oblique ion implantation, arsenic ions extend under the control electrode 603 even immediately after the ion implantation. At this time, the projected range and standard deviation of arsenic ions were 160 nm and 53 nm, respectively, with respect to the film thickness of 400 nm of the polycrystalline silicon (control electrode 603), and the polycrystalline silicon sufficiently functioned as a mask material.

次に、他のホトレジスト1203を形成し、ホトレジスト1203と制御電極603をマスク材としてBF2イオンを35KeVで注入した(図8)。この時のイオン注入角度θは−15°とした。   Next, another photoresist 1203 was formed, and BF 2 ions were implanted at 35 KeV using the photoresist 1203 and the control electrode 603 as a mask material (FIG. 8). The ion implantation angle θ at this time was −15 °.

制御電極603が陰を形成するため、表面の濃いp層605を、制御電極603から400×sin(15°)=100nmだけ離して設けることができた。   Since the control electrode 603 forms a shade, the p-layer 605 having a thick surface can be provided by being separated from the control electrode 603 by 400 × sin (15 °) = 100 nm.

この後、通常の半導体製造工程に従い、第1の層間絶縁膜、コンタクト、第1金属配線、第2の層間絶縁膜、第1金属配線と第2金属配線とを接続するビア、第2金属配線、パッシベーション膜を順次形成した。   Thereafter, in accordance with a normal semiconductor manufacturing process, a first interlayer insulating film, a contact, a first metal wiring, a second interlayer insulating film, a via connecting the first metal wiring and the second metal wiring, and a second metal wiring Then, a passivation film was sequentially formed.

この結果、約150nmのバイパス領域606が形成された。本実施例では砒素イオンを斜めに注入してバイパス領域が形成されるため、実施例2等において行った燐イオンを拡散させるための窒素雰囲気における950℃/20分の熱処理を省略することができる。そのため、半導体プロセスの熱処理時間を短くすることができ、信号処理などに用いられる周辺のMOSトランジスタのより一層の微細化が可能となった。   As a result, a bypass region 606 of about 150 nm was formed. In this embodiment, arsenic ions are implanted obliquely to form a bypass region, so that the heat treatment at 950 ° C./20 minutes in the nitrogen atmosphere for diffusing the phosphorus ions performed in Embodiment 2 can be omitted. . Therefore, the heat treatment time of the semiconductor process can be shortened, and the peripheral MOS transistors used for signal processing and the like can be further miniaturized.

また、各実施例におけるS/N比のばらつきを評価した結果、そのばらつきの大きさは、(実施例4、実施例5)<(実施例3、実施例6、実施例7)<(実施例2)<<(実施例1)の関係を有しており、その結果から、砒素を用いて低温でかつ制御電極による自己整合的に形成することが、S/N比のばらつきに関しても有効であることが分かる。   In addition, as a result of evaluating the variation of the S / N ratio in each example, the magnitude of the variation is (Example 4, Example 5) <(Example 3, Example 6, Example 7) <(Implementation) Example 2) There is a relationship of << (Example 1). From the result, it is effective to form arsenic at a low temperature and in a self-aligned manner by the control electrode in terms of variation in S / N ratio. It turns out that it is.

[実施例8]
実施例8として、実施例1から実施例7に説明したような構成のホトダイオード、転送MOSトランジスタQ1、および電荷転送部を用い、図9に示す読み出し回路を備えたラインセンサを作製した。
[Example 8]
As Example 8, a line sensor including the readout circuit shown in FIG. 9 was manufactured using the photodiode having the configuration described in Examples 1 to 7, the transfer MOS transistor Q1, and the charge transfer unit.

本実施例のラインセンサは、光電変換を行う複数のフォトセンサとその光電変換された電荷を転送する垂直転送レジスタとを有しており、その電荷は垂直転送レジスタから電荷検出部に転送される。電荷検出部は、例えばフローティングディフュージョンアンプによって構成されており、垂直転送レジスタから転送された電荷を信号電圧に変換して出力する。   The line sensor of this embodiment includes a plurality of photosensors that perform photoelectric conversion and a vertical transfer register that transfers the photoelectrically converted charge, and the charge is transferred from the vertical transfer register to the charge detection unit. . The charge detection unit is configured by, for example, a floating diffusion amplifier, and converts the charge transferred from the vertical transfer register into a signal voltage and outputs the signal voltage.

垂直転送レジスタは、基板の表面側に形成されたN+型不純物からなる信号電荷転送領域5と、その上方にシリコン酸化膜SiO2からなる絶縁層を介して形成された転送電極6とで構成されている。読出しゲートのゲート電極としては、垂直転送レジスタの例えば第1相目(φV1)及び第3相目(φV3)の転送電極6が兼用されている。 The vertical transfer register includes a signal charge transfer region 5 made of N + type impurities formed on the surface side of the substrate, and a transfer electrode 6 formed thereon via an insulating layer made of a silicon oxide film SiO 2. ing. As the gate electrode of the readout gate, for example, the transfer electrode 6 of the first phase (φV1) and the third phase (φV3) of the vertical transfer register is also used.

図9に示すラインセンサでは、転送MOSトランジスタQ1は出力スイッチを備えており、拡散層に電荷を転送する。この拡散層はソース側の負荷として接続される定電流源からなるソースフォロワ増幅回路の入力MOSトランジスタのゲートに接続され、フローティングディフュージョンアンプ(FDA)を構成している。拡散層は出力ゲートがオンになる前にリセット電位に充電される。FDAからの出力はアンプで増幅され、キャパシタで直流成分をカットされた信号電荷は、ある時間t1が経過してスイッチS1がオンになったときの容量結合による電圧変動成分がVclにクランプされる。その後、時間t2が経過してスイッチS2がオンになると、ノイズ成分が除去された信号を取り出すことができる。このような周辺回路をnMOSトランジスタで構成することにより、画素部と同じプロセスで形成でき、低電圧の低消費電力化が可能となった。さらにこのような周辺回路にpMOSも加えたCMOSプロセスを用いると、プロセスは増加するが、回路的に高性能で低消費電力のラインセンサが形成でき、さらにダイナミックレンジが大きく、低ノイズ低電圧動作が可能なラインセンサを得ることができる。 In the line sensor shown in FIG. 9, the transfer MOS transistor Q1 includes an output switch and transfers charges to the diffusion layer. This diffusion layer is connected to the gate of the input MOS transistor of the source follower amplifier circuit composed of a constant current source connected as a load on the source side, and constitutes a floating diffusion amplifier (FDA). The diffusion layer is charged to the reset potential before the output gate is turned on. The output from the FDA is amplified by the amplifier, the signal charges cut a DC component in capacitors, the clamp voltage fluctuation component due to the capacitive coupling when the switch S1 has passed a certain time t 1 has is turned on is the V cl Is done. Thereafter, when the time t 2 has elapsed and the switch S2 is turned on, a signal from which the noise component has been removed can be extracted. By configuring such a peripheral circuit with nMOS transistors, it can be formed by the same process as the pixel portion, and low voltage and low power consumption can be achieved. Furthermore, using a CMOS process with pMOS added to such a peripheral circuit increases the process, but a line sensor with high circuit performance and low power consumption can be formed, and the dynamic range is large and low noise and low voltage operation is possible. Can be obtained.

このようにリセットノイズおよび固定パターンノイズを除去して光信号成分を取り出すことで、S/N比が高い画像信号を得ることができた。   Thus, an image signal having a high S / N ratio could be obtained by removing the reset noise and the fixed pattern noise and extracting the optical signal component.

本実施例では、上述した複数のラインセンサを接続してマルチチップのラインセンサユニットを構成した。図10にその構成図を示す。   In this embodiment, a multi-chip line sensor unit is configured by connecting the plurality of line sensors described above. FIG. 10 shows a configuration diagram thereof.

垂直転送部のシフトレジスタ201は外部の基板に接続されており、隣接するラインセンサに信号を伝える。さらに、タイミングジェネレータ200等も同一チップ内に構成し、互いのタイミングを制御する。さらに、各ラインセンサがある一定の光を受けると同じ出力を生成するように、ラインセンサユニットはフィードバック制御回路を備えていてもよい。   The shift register 201 of the vertical transfer unit is connected to an external substrate and transmits a signal to an adjacent line sensor. Furthermore, the timing generator 200 and the like are also configured in the same chip, and control each other's timing. Further, the line sensor unit may include a feedback control circuit so that each line sensor generates the same output when receiving a certain amount of light.

本実施例によれば、低電圧駆動が可能で、均一性も高く、高性能で低コストなマルチチップのラインセンサユニット(固体撮像ユニット)を構成することができた。   According to the present embodiment, a multi-chip line sensor unit (solid-state imaging unit) that can be driven at a low voltage, has high uniformity, has high performance, and is low in cost can be configured.

本発明の一実施形態の特徴を最も良く表した断面構造図である。1 is a cross-sectional structure diagram that best represents the features of an embodiment of the present invention. 垂直転送レジスタを4相駆動するための垂直転送クロックφV1〜φV4のタイミングチャートである。5 is a timing chart of vertical transfer clocks φV1 to φV4 for driving a vertical transfer register in four phases. 本発明の実施例1に係るホトダイオードとその周辺構成を示す図である。It is a figure which shows the photodiode which concerns on Example 1 of this invention, and its periphery structure. 本発明の実施例2,3,4,7に係るホトダイオードとその周辺構成を示す図である。It is a figure which shows the photodiode which concerns on Example 2, 3, 4, 7 of this invention, and its periphery structure. 本発明の実施例5,7に係るホトダイオードとその周辺構成を示す図である。It is a figure which shows the photodiode which concerns on Example 5, 7 of this invention, and its periphery structure. 本発明の実施例6に係るホトダイオードとその周辺構成を示す図である。It is a figure which shows the photodiode which concerns on Example 6 of this invention, and its periphery structure. 本発明の実施例6に係るホトダイオードとその周辺構成を示す図である。It is a figure which shows the photodiode which concerns on Example 6 of this invention, and its periphery structure. 本発明の実施例7に係るホトダイオードとその周辺構成を示す図である。It is a figure which shows the photodiode which concerns on Example 7 of this invention, and its periphery structure. 本発明の実施例9に係るラインセンサを示す図である。It is a figure which shows the line sensor which concerns on Example 9 of this invention. 本発明の実施例9に係るマルチチップのラインセンサユニットを示す図である。It is a figure which shows the multi-chip line sensor unit which concerns on Example 9 of this invention. 通常のMOSトランジスタと転送MOSトランジスタのチャネル部のポテンシャルを表した図である。It is a figure showing the potential of the channel part of a normal MOS transistor and a transfer MOS transistor. ホトダイオードと転送MOSトランジスタの間の領域に電荷蓄積層と同じ導電型のバイパス領域を設けた構成の従来の固体撮像装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional solid-state imaging device of the structure which provided the bypass area | region of the same conductivity type as a charge storage layer in the area | region between a photodiode and a transfer MOS transistor.

符号の説明Explanation of symbols

5 信号電荷転送領域
6 転送電極
101,601,901,1101 n型基板
102,602,902,1102 p型ウェル
103 ゲート領域
104,604,904,1104 ホトダイオードのn層
105,605,905,1105 ホトダイオードのp層
106,606,906,1106 バイパス領域
107,607,907 拡散領域
200 タイミングジェネレータ
201 シフトレジスタ
603,903,1103 制御電極
609,908,1008,1109,1203 ホトレジスト
610,910,1110 ゲート酸化膜
1107 垂直転送領域
1111 サイドスペーサ
5 signal charge transfer region 6 transfer electrode 101, 601, 901, 1101 n-type substrate 102, 602, 902, 1102 p-type well 103 gate region 104, 604, 904, 1104 photodiode n-layer 105, 605, 905, 1105 photodiode P layer 106,606,906,1106 bypass region 107,607,907 diffusion region 200 timing generator 201 shift register 603,903,1103 control electrode 609,908,1008,1109,1203 photoresist 610,910,1110 gate oxide film 1107 Vertical transfer area 1111 Side spacer

Claims (15)

第1導電型の第1の半導体領域内にある第2導電型の第2の半導体領域と、該第2の半導体領域内に設けられた第1導電型の第3の半導体領域とを有する光電変換部と、
前記第1の半導体領域内にある第2導電型の第4の半導体領域と、
前記光電変換部に蓄積された信号電荷を前記第4の半導体領域に転送するための、前記光電変換部と前記第4の半導体領域との間の前記第1の半導体領域と、該第1の半導体領域上及び前記第4の半導体領域上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた制御電極とを有する電荷転送部と、
を少なくとも有する固体撮像装置において、
前記第2の半導体領域は、前記第1及び第3の半導体領域の表面で前記第3の半導体領域の前記電荷転送部側の端部と前記電荷転送部の前記第1の半導体領域との間に配されるように設けられており、かつ、前記制御電極の下まで延在して設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
A photoelectric device having a second semiconductor region of a second conductivity type in the first semiconductor region of the first conductivity type and a third semiconductor region of the first conductivity type provided in the second semiconductor region. A conversion unit;
A fourth semiconductor region of the second conductivity type in the first semiconductor region;
The first semiconductor region between the photoelectric conversion unit and the fourth semiconductor region for transferring the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the fourth semiconductor region; and A charge transfer section having an insulating film formed on the semiconductor region and the fourth semiconductor region, and a control electrode provided on the insulating film;
In a solid-state imaging device having at least
The second semiconductor region is between the end of the third semiconductor region on the charge transfer portion side and the first semiconductor region of the charge transfer portion on the surface of the first and third semiconductor regions. A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device is provided so as to be disposed under the control electrode and extends below the control electrode.
前記第2の半導体領域には砒素イオンがドープされている、請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor region is doped with arsenic ions. 少なくともnMOSトランジスタを含む周辺回路を備えている、請求項1または2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a peripheral circuit including at least an nMOS transistor. 前記周辺回路はnMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタを含んでいる、請求項3に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the peripheral circuit includes an nMOS transistor and a pMOS transistor. 請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記第2の半導体領域を形成する工程は、前記電荷転送部の前記制御電極をマスク材として用いて、前記第2導電型を有する不純物をイオン注入法で導入する工程を少なくとも含んでいることを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The step of forming the second semiconductor region includes at least a step of introducing an impurity having the second conductivity type by an ion implantation method using the control electrode of the charge transfer portion as a mask material. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記第2の半導体領域を形成する工程は、前記制御電極をマスク材として用いてイオン注入を少なくとも2回以上行うことを含んでいることを特徴とする、固体撮像装置の形成方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The step of forming the second semiconductor region includes performing ion implantation at least twice using the control electrode as a mask material.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記第2の半導体領域を形成するために少なくとも前記制御電極をマスク材として用いてイオン注入を行った後に、前記第3の半導体領域を形成するために少なくとも前記制御電極をマスク材として用いてイオン注入を行うことを特徴とする、固体撮像装置の形成方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
After performing ion implantation using at least the control electrode as a mask material to form the second semiconductor region, ions are formed using at least the control electrode as a mask material to form the third semiconductor region. A method for forming a solid-state imaging device, wherein injection is performed.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記第2の半導体領域は、前記制御電極の下にイオンが注入されるように斜めイオン注入で形成されることを特徴とする、固体撮像装置の形成方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The method for forming a solid-state imaging device, wherein the second semiconductor region is formed by oblique ion implantation so that ions are implanted under the control electrode.
前記斜めイオン注入は複数回行われ、
前記第2の半導体領域の比較的浅い部分へのイオン注入角度を、前記第2の半導体領域の比較的深い部分へのイオン注入角度よりも大きくする、請求項8に記載の固体撮像装置の形成方法。
The oblique ion implantation is performed a plurality of times,
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein an ion implantation angle into a relatively shallow portion of the second semiconductor region is larger than an ion implantation angle into a relatively deep portion of the second semiconductor region. Method.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記第3の半導体領域は、前記制御電極から離れてイオンが注入されるように斜めイオン注入で形成されることを特徴とする、固体撮像装置の形成方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The method for forming a solid-state imaging device, wherein the third semiconductor region is formed by oblique ion implantation so that ions are implanted away from the control electrode.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記固体撮像装置はLDD構造を有する周辺回路を備えており、該LDD構造の作成時に前記光電変換部をエッチングから保護するために前記光電変換部をマスキングすることを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The solid-state imaging device includes a peripheral circuit having an LDD structure, and masks the photoelectric conversion unit to protect the photoelectric conversion unit from etching when the LDD structure is created. Production method.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置を複数有するラインセンサであって、
少なくともnMOSトランジスタを含む出力回路を出力段に有していることを特徴とするラインセンサ。
A line sensor having a plurality of solid-state imaging devices according to claim 1,
A line sensor comprising an output circuit including at least an nMOS transistor in an output stage.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置を複数有するラインセンサであって、
少なくともnMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタを含む出力回路を出力段に有していることを特徴とするラインセンサ。
A line sensor having a plurality of solid-state imaging devices according to claim 1,
A line sensor comprising an output circuit including at least an nMOS transistor and a pMOS transistor in an output stage.
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置を複数有する固体撮像ユニット。   5. A solid-state imaging unit including a plurality of solid-state imaging devices according to claim 1. 前記各固体撮像装置同士のタイミングまたは前記各固体撮像装置からの出力値を制御する制御回路を有している、請求項14に記載の固体撮像ユニット。   The solid-state imaging unit according to claim 14, further comprising a control circuit that controls a timing between the solid-state imaging devices or an output value from the solid-state imaging devices.
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