JP2005167185A - Solid-state image pickup device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポテンシャル勾配を適正にして信号電荷を確実に転送させるようにした固体撮像装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device in which a signal charge is reliably transferred with an appropriate potential gradient and a method for manufacturing the same.
携帯電話などに搭載される固体撮像装置として、CCD(電荷結合素子)型のイメージセンサと、CMOS型のイメージセンサと、がある。CCD型のイメージセンサは画質に優れ、CMOS型のイメージセンサは消費電力が少なく、プロセスコストが低い。近年、高画質と低消費電力とを共に兼ね備えた閾値電圧変調方式のMOS型固体撮像装置が提案されている。 As a solid-state imaging device mounted on a cellular phone or the like, there are a CCD (charge coupled device) type image sensor and a CMOS type image sensor. A CCD type image sensor has excellent image quality, and a CMOS type image sensor has low power consumption and low process cost. In recent years, a MOS type solid-state imaging device of a threshold voltage modulation method that has both high image quality and low power consumption has been proposed.
一般的に、イメージセンサは、センサセルをマトリクス状に配列し、初期化、蓄積、読み出しの3つの状態を繰り返すことで、画像出力を得ている。特許文献1によって開示されたイメージセンサは、各単位セルが、蓄積を行うためのフォトダイオード、読出し電極及びフォトダイオードからの信号電荷を読出し電極に転送するためのポリシリコン電極105を備えている。
In general, an image sensor obtains an image output by arranging sensor cells in a matrix and repeating three states of initialization, accumulation, and readout. In the image sensor disclosed in
図6は特許文献1に開示されているイメージセンサのポリシリコン電極近傍を示す模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the vicinity of the polysilicon electrode of the image sensor disclosed in
図6のイメージセンサは、基板100のP型ウェル101内に、フォトダイオードのN型領域102及び電荷を転送するためのN型領域103が形成されている。フォトダイオードのN型領域102上には基板表面に浅いP型層104が形成されている。基板100表面には絶縁層を介してポリシリコン電極105が形成されている。
In the image sensor of FIG. 6, an N-
N型領域102,103相互間は、基板100表面近傍において、ポリシリコン電極105に印加する電圧に応じて、チャネルが形成される。これにより、フォトダイオードのN型領域102からの信号電荷が、チャネルを介してN型領域103に転送されるようになっている。
特許文献1の装置は、フォトダイオード表面の浅いP型層104によってN型領域102の幅が狭くなり、ポリシリコン電極105のバルク部で電位障壁が生じやすくなることを防止するものである。特許文献1の装置は、ポリシリコン電極105の突出部分の長さを制御することによって電位障壁の発生を抑制している。
The device of
即ち、特許文献1の装置は、N型領域102の幅xに対して、N型領域102上に突き出したポリシリコン電極105の突出部分の長さyを長くするように構成している。この場合でも、フォトダイオードのN型領域102の幅xが比較的短ければ、突出部分による問題は生じない。
That is, the apparatus of
しかしながら、フォトダイオードのN型領域102の幅xが短い場合には信号電荷の収集効率が悪化してしまう。そこで、通常、フォトダイオードによって生じる信号電荷の収集効率を向上させるために、N型領域102の幅xとしてはある程度以上の長さにしている。ところが、そうすると、特許文献1の装置では、ポリシリコン電極105の突出部分の長さyが必要以上に長くなり、図6の領域aにポテンシャルポケットが生じてしまうという問題点があった。
However, when the width x of the N-
また、突出部分yが必要以上に長いことから、ポリシリコン電極105の端部近傍においては、ソース,ドレインの印加電圧による影響が小さくなって、チャネル内のポテンシャル勾配の変化が極めて小さいか又は逆向きになる部分が生じることもあるという問題点もあった。
Further, since the protruding portion y is longer than necessary, the influence of the applied voltage of the source and drain is reduced in the vicinity of the end of the
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、光発生電荷の転送経路において適正なポテンシャル勾配を得ることができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining an appropriate potential gradient in the transfer path of photogenerated charges and a method for manufacturing the same.
本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板上に形成される他方導電型の第1の不純物拡散領域と、前記基板の表面に形成される他方導電型の第2の不純物拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成されたゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出した突出部を有するゲート電極とを具備したことを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a first impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the one conductivity type substrate, and a second impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the surface of the substrate. A transfer source diffusion region formed between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region by diffusing one conductivity type impurity, and the transfer source by diffusing one conductivity type impurity. A transfer destination diffusion region formed on the substrate surface at a predetermined distance from the diffusion region, and an insulating film formed on the substrate surface between the transfer source diffusion region and the transfer destination diffusion region A gate electrode, wherein an end on the transfer source diffusion region side protrudes from the transfer source diffusion region side toward the transfer source diffusion region side in the horizontal direction by the thickness of the transfer source diffusion region And a gate electrode having .
このような構成によれば、第1及び第2の不純物拡散領域相互間に形成される転送元拡散領域は、端部がゲート電極の下方に延びて形成される。ゲート電極の端部から転送元拡散領域の端部までの距離(突出部の長さ)は、転送元拡散領域の厚みに一致する。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、ゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。 According to such a configuration, the transfer source diffusion region formed between the first and second impurity diffusion regions is formed with an end portion extending below the gate electrode. The distance from the end of the gate electrode to the end of the transfer source diffusion region (the length of the protruding portion) matches the thickness of the transfer source diffusion region. As a result, potential pockets can be prevented from occurring in the transfer source diffusion region, and the potential gradient of the channel below the gate electrode can be made appropriate, so that signal charges can be reliably transferred from the transfer source diffusion region. can do.
また、本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板上に形成される他方導電型の第1の不純物拡散領域と、前記基板の表面に形成される他方導電型の第2の不純物拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成され側面にサイドウォールを有するゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の前記サイドウォールの端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出して構成されたゲート電極とを具備したことを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a first impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the one conductivity type substrate, and a second impurity diffusion of the other conductivity type formed on the surface of the substrate. A region, a source diffusion region formed between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region by diffusing one conductivity type impurity, and diffusing the one conductivity type impurity A transfer destination diffusion region formed on the substrate surface at a predetermined distance from the transfer source diffusion region, and an insulating film formed on the substrate surface between the transfer source diffusion region and the transfer destination diffusion region A gate electrode having a sidewall on a side surface, wherein the end of the side wall on the transfer source diffusion region side is horizontally equal to the thickness of the transfer source diffusion region from the end of the transfer source diffusion region. Projecting toward the source diffusion area Characterized by comprising a structured gate electrode.
このような構成によれば、第1及び第2の不純物拡散領域相互間に形成される転送元拡散領域は、端部がゲート電極及びサイドウォールの下方に延びて形成される。サイドウォール端部から転送元拡散領域の端部までの距離(突出部の長さ)は、転送元拡散領域の厚みに一致する。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、サイドウォールを含むゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。 According to such a configuration, the transfer source diffusion region formed between the first and second impurity diffusion regions is formed with an end portion extending below the gate electrode and the sidewall. The distance from the end of the sidewall to the end of the transfer source diffusion region (the length of the protruding portion) matches the thickness of the transfer source diffusion region. As a result, potential pockets can be prevented from being generated in the transfer source diffusion region, and the potential gradient of the channel below the gate electrode including the side wall can be made appropriate. Signal charge can be transferred.
また、基板上に形成され入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、前記転送元拡散領域は、前記基板上の光電変換素子形成領域に形成されて、前記光電変換素子によって発生する光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする。 In addition, a photoelectric conversion element that is formed on the substrate and generates a photo-generated charge according to incident light, holds the photo-generated charge from the photoelectric conversion element, and the threshold voltage of the channel is determined by the held photo-generated charge. And a modulation transistor that outputs a pixel signal based on the photogenerated charge, and the transfer source diffusion region is formed in the photoelectric conversion element formation region on the substrate and is generated by the photoelectric conversion element It is characterized in that it constitutes a transfer path for photogenerated charges.
このような構成によれば、光電変換素子によって発生した光発生電荷は転送元拡散領域に蓄積される。転送元拡散領域に蓄積された光発生電荷は、ゲート電極に印加する電圧に応じて、転送元拡散領域から転送先拡散領域に転送される。この場合には、突出部の長さが転送先拡散領域の厚みに一致していることから、転送転送元拡散領域から転送先拡散領域までの間のポテンシャル勾配を適正なもの、例えば一様で且つ充分な大きさにすることができる。これにより、転送元拡散領域からの光発生電荷の確実な転送を可能にする。 According to such a configuration, the photo-generated charges generated by the photoelectric conversion element are accumulated in the transfer source diffusion region. The photo-generated charges accumulated in the transfer source diffusion region are transferred from the transfer source diffusion region to the transfer destination diffusion region in accordance with the voltage applied to the gate electrode. In this case, since the length of the protrusion matches the thickness of the transfer destination diffusion region, the potential gradient between the transfer transfer source diffusion region and the transfer destination diffusion region is appropriate, for example, uniform. And it can be made into a sufficient size. This enables reliable transfer of photogenerated charges from the transfer source diffusion region.
また、基板上に形成され入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、前記転送元拡散領域は、前記基板上の変調トランジスタ形成領域に形成されて、前記光発生電荷を保持すると共に前記光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする。 In addition, a photoelectric conversion element that is formed on the substrate and generates a photo-generated charge according to incident light, holds the photo-generated charge from the photoelectric conversion element, and the threshold voltage of the channel is determined by the held photo-generated charge. And a modulation transistor that outputs a pixel signal based on the photogenerated charge, and the transfer source diffusion region is formed in the modulation transistor forming region on the substrate to hold the photogenerated charge And a transfer path for the photogenerated charges.
このような構成によれば、光電変換素子によって発生した光発生電荷は変調トランジスタ形成領域に形成された転送元拡散領域に保持される。変調トランジスタは、転送元拡散領域に保持された光発生電荷に応じた出力を出力する。クリア時等においては、転送元拡散領域から光発生電荷を排出する。この場合には、突出部の長さが転送先拡散領域の厚みに一致していることから、転送転送元拡散領域からポテンシャル勾配を適正なもの、例えば一様で且つ充分な大きさにすることができ、転送元拡散領域からの光発生電荷の確実な排出を可能にする。 According to such a configuration, the photo-generated charges generated by the photoelectric conversion element are held in the transfer source diffusion region formed in the modulation transistor formation region. The modulation transistor outputs an output corresponding to the photo-generated charge held in the transfer source diffusion region. At the time of clearing or the like, photogenerated charges are discharged from the transfer source diffusion region. In this case, since the length of the projecting portion matches the thickness of the transfer destination diffusion region, the potential gradient from the transfer transfer source diffusion region is made appropriate, for example, uniform and sufficient. Therefore, it is possible to reliably discharge the photogenerated charges from the transfer source diffusion region.
また、前記転送元拡散領域は、前記第1の不純物拡散領域との界面と前記第2の不純物拡散領域との界面との間の距離が一定であることを特徴とする。 The transfer source diffusion region is characterized in that a distance between the interface with the first impurity diffusion region and the interface with the second impurity diffusion region is constant.
このような構成によれば、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを一層確実に防止することができ、また、サイドウォールを含むゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を一層適正なものとすることができる。 According to such a configuration, it is possible to more reliably prevent a potential pocket from being generated in the transfer source diffusion region, and to make the potential gradient of the channel below the gate electrode including the sidewall more appropriate. Can do.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する第1の拡散工程と、前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する工程であって、前記ゲート電極の前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させる第2の拡散工程とを具備したことを特徴とする。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a first diffusion step of forming an impurity diffusion region of the other conductivity type on the one conductivity type substrate, and a gate electrode is formed on the substrate surface via an insulating film. And a step of diffusing impurities of one conductivity type in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask to form a transfer source diffusion region on the impurity diffusion region of the other conductivity type, wherein the transfer of the gate electrode The one conductivity type impurity is diffused in such a manner that an end portion on the source diffusion region side projects in the horizontal direction from the end portion of the transfer source diffusion region to the transfer source diffusion region side by the thickness of the transfer source diffusion region. And a second diffusion step to be performed.
このような構成によれば、第1の拡散工程によって一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する。次いで、基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する。
次に、第2の拡散工程において、ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させることにより、他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する。この場合には、ゲート電極の転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、転送元拡散領域の端部から転送元拡散領域の厚み分だけ転送元拡散領域側に突出するように一方導電型の不純物を拡散させる。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、ゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。
According to such a configuration, the impurity diffusion region of the other conductivity type is formed on the substrate of one conductivity type by the first diffusion process. Next, a gate electrode is formed on the substrate surface via an insulating film.
Next, in the second diffusion step, a transfer diffusion region is formed on the other conductivity type impurity diffusion region by diffusing one conductivity type impurity in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask. In this case, the one end of the gate electrode on the side of the transfer source diffusion region protrudes in the horizontal direction from the end of the transfer source diffusion region to the transfer source diffusion region side by the thickness of the transfer source diffusion region. Diffuse mold impurities. As a result, potential pockets can be prevented from occurring in the transfer source diffusion region, and the potential gradient of the channel below the gate electrode can be made appropriate, so that signal charges can be reliably transferred from the transfer source diffusion region. can do.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する第1の拡散工程と、前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する第2の拡散工程と、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程とを具備し、前記第2の拡散工程は、前記サイドウォールの前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させることを特徴とする。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a first diffusion step of forming an impurity diffusion region of the other conductivity type on a substrate of one conductivity type, and a gate electrode via an insulating film on the substrate surface. A step of forming, a second diffusion step of diffusing impurities of one conductivity type in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask to form a transfer source diffusion region on the impurity diffusion region of the other conductivity type, and the gate Forming a sidewall on the side surface of the electrode, wherein the second diffusion step is such that the end of the sidewall on the side of the transfer source diffusion region is in the horizontal direction and the end of the transfer source diffusion region The one conductivity type impurity is diffused so as to protrude toward the transfer source diffusion region by the thickness of the transfer source diffusion region.
このような構成によれば、第2の拡散工程では、サイドウォールを含むゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させることにより、他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する。この場合には、サイドウォールを含むゲート電極の転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、転送元拡散領域の端部から転送元拡散領域の厚み分だけ転送元拡散領域側に突出するように一方導電型の不純物を拡散させる。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、ゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。 According to such a configuration, in the second diffusion step, the one conductivity type impurity is diffused in a self-aligning manner using the gate electrode including the sidewall as a mask, so that the transfer source is transferred onto the other conductivity type impurity diffusion region. A diffusion region is formed. In this case, the end of the gate electrode including the side wall on the side of the transfer source diffusion region protrudes in the horizontal direction from the end of the transfer source diffusion region to the transfer source diffusion region by the thickness of the transfer source diffusion region. As such, impurities of one conductivity type are diffused. As a result, potential pockets can be prevented from occurring in the transfer source diffusion region, and the potential gradient of the channel below the gate electrode can be made appropriate, so that signal charges can be reliably transferred from the transfer source diffusion region. can do.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を模式的に示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional shape of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態における固体撮像装置は、一方導電型の基板111上に他方導電型のウェル112を有する。ウェル112には、フォトダイオードを構成する一方導電型の不純物拡散領域(以下、転送元拡散領域という)113が形成されている。転送元拡散領域113は、フォトダイオードの光電変換作用によって発生した光発生電荷を、保持すると共に、転送するためのものである。
The solid-state imaging device according to the present embodiment has the other conductivity type well 112 on the one conductivity type substrate 111. The well 112 is formed with an impurity diffusion region (hereinafter referred to as a transfer source diffusion region) 113 of one conductivity type that constitutes a photodiode. The transfer
基板111表面のフォトダイオード形成領域には、不純物拡散領域113上に、他方導電型の不純物拡散領域115が形成されている。不純物拡散領域115は、ピニング層として機能する。この不純物拡散領域115は、低エネルギーのイオン注入によって、浅く且つ濃い濃度で形成される。
In the photodiode formation region on the surface of the substrate 111, an
不純物拡散領域113と所定距離離間した基板111の表面近傍には、フォトダイオードに発生した光発生電荷の転送先である不純物拡散領域(以下、転送先拡散領域という)114が形成されている。拡散領域113,114の対向する端部相互間の基板111表面上には、絶縁膜118を介してゲート電極116が形成されている。ゲート電極116の側面にはサイドウォール117が形成されている。
An impurity diffusion region (hereinafter referred to as a transfer destination diffusion region) 114 that is a transfer destination of photogenerated charges generated in the photodiode is formed in the vicinity of the surface of the substrate 111 that is separated from the
ゲート電極116に適宜の電圧を印加することによって、基板111表面近傍の不純物拡散領域113,114相互間にはチャネル119が形成される。フォトダイオードに発生した光発生電荷は、不純物拡散領域113からゲート電極116下方のチャネル119を介して不純物拡散領域114に転送されるようになっている。
By applying an appropriate voltage to the
本実施の形態においては、転送元拡散領域113の基板深さ方向の厚さをdとすると、サイドウォール117を含むゲート電極116下方において形成された転送元拡散領域113の水平寸法、即ち、ゲート電極116下方の転送元拡散領域113の端部からサイドウォール117の縁辺部下方までの長さも略dに設定するようになっている。換言すると、サイドウォール117を含むゲート電極116は、転送元拡散領域113上において、水平方向に長さがdだけ重なった部分(突出部)を有する。
In this embodiment, if the thickness of the transfer
このように構成された実施の形態においては、転送元拡散領域113の深さ方向の厚さdとして充分な厚さに設定した場合でも、転送元拡散領域113上におけるサイドウォール117を含むゲート電極116の突出部の長さが必要以上に長くなることはない。これにより、転送元拡散領域113においてポテンシャルポケットが生じることを防止することができる。また、転送元拡散領域113上におけるサイドウォール117を含むゲート電極116の突出部の長さが比較的小さいことから、ゲート電極116端部の下方のチャネル119において、ポテンシャル勾配を適正なもの、例えば略一様で且つ充分な傾きに設定することができる。
In the embodiment configured as described above, the gate electrode including the
なお、図1においては、サイドウォール117を含むゲート電極116下方の転送元拡散領域113の幅を、拡散領域115との接合界面とウェル112との接合界面との間の距離が常に等しくなるように形成している。この場合には、転送元拡散領域113から転送先拡散領域114までのポテンシャル勾配を一層適正なものにすることができる。
In FIG. 1, the width of the transfer
転送元拡散領域113及び拡散領域115は、ゲート電極116を用いて自己整合的に形成することができる。これにより、マスクずれ等を考慮することなく、所望の領域への不純物拡散が可能である。また、転送元拡散領域113をゲート電極116の下方まで拡散させるためには、転送元拡散領域113の形成時において斜め方向からのイオン注入を実施する。
The transfer
このように本実施の形態においては、ポテンシャルポケットが生じることを防止すると共に、転送元拡散領域113から転送先拡散領域114に向けて、適正なポテンシャル勾配、例えば略一様で且つ充分な傾きのポテンシャル勾配を設定することができ、信号電荷をスムーズに転送することが可能である。
As described above, in the present embodiment, a potential pocket is prevented from being generated, and an appropriate potential gradient, for example, a substantially uniform and sufficient gradient, is provided from the transfer
なお、本実施の形態は、電荷読み出し用トランジスタ、電荷排出用トランジスタ等の電荷を転送するための装置全般に適用可能であることは明らかである。 It is obvious that this embodiment can be applied to all devices for transferring charges, such as charge reading transistors and charge discharging transistors.
図2は本実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を示す断面図、図3は本実施の形態に係る固体撮像装置の1センサセルの平面形状を示す平面図、図4及び図5は素子の製造方法を説明するための工程図である。本実施の形態は本発明を具体的な固体撮像装置に適用した例を示している。 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of the solid-state imaging device according to the present embodiment, FIG. 3 is a plan view showing a planar shape of one sensor cell of the solid-state imaging device according to the present embodiment, and FIGS. 4 and 5 are elements. It is process drawing for demonstrating this manufacturing method. This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a specific solid-state imaging device.
<センサセルの構造>
本実施の形態における固体撮像装置は、後述するように、単位画素であるセンサセルがマトリクス状に配列されて構成されたセンサセルアレイを有している。各センサセルは、入射光に応じて発生させた光発生電荷を蓄積し、蓄積した光発生電荷に基づくレベルの画素信号を出力する。センサセルをマトリクス状に配列することで1画面の画像信号が得られる。
<Structure of sensor cell>
As will be described later, the solid-state imaging device according to the present embodiment has a sensor cell array in which sensor cells as unit pixels are arranged in a matrix. Each sensor cell accumulates photogenerated charges generated according to incident light and outputs a pixel signal at a level based on the accumulated photogenerated charges. An image signal of one screen can be obtained by arranging the sensor cells in a matrix.
先ず、図3を参照して各センサセルの構造について説明する。図3は1つのセンサセルを示している。なお、1つのセンサセルは図3の破線にて示す範囲である。また、本実施の形態は光発生電荷として正孔を用いる例を示している。光発生電荷として電子を用いる場合でも同様に構成可能である。また、図2は図3のA−A’線で切断したセルの断面構造を示している。 First, the structure of each sensor cell will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows one sensor cell. One sensor cell is a range indicated by a broken line in FIG. This embodiment shows an example in which holes are used as photogenerated charges. Even in the case where electrons are used as the photo-generated charges, the same configuration is possible. FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the cell cut along the line A-A ′ of FIG. 3.
図3の平面図に示すように、単位画素であるセンサセル3内に、フォトダイオードPDと変調トランジスタTMとが隣接して設けられている。変調トランジスタTMとしては、例えば、NチャネルディプレッションMOSトランジスタが用いられる。単位画素はほぼ長方形状を有し、その各辺は、センサセルアレイの列又は行方向に対して斜めに傾斜している。 As shown in the plan view of FIG. 3, a photodiode PD and a modulation transistor TM are provided adjacent to each other in a sensor cell 3 which is a unit pixel. As the modulation transistor TM, for example, an N-channel depletion MOS transistor is used. The unit pixel has a substantially rectangular shape, and each side thereof is inclined obliquely with respect to the column or row direction of the sensor cell array.
光電変換素子形成領域であるフォトダイオードPD形成領域においては、基板1の表面に開口領域2が形成され、基板1表面の比較的浅い位置には開口領域2よりも広い領域のP型のウェルであり、光電変換素子によって発生した光発生電荷を蓄積するウェル(以下、蓄積ウェルという)4が形成されている。蓄積ウェル4は、図1の転送元拡散領域113に相当する。この蓄積ウェル4に所定の距離だけ離間して、変調トランジスタTM形成領域にP型のウェルであり、蓄積ウェル4に蓄積された光発生電荷が転送されて変調トランジスタを制御するためのウェル(以下、変調用ウェルという)5が形成されている。変調用ウェル5は、変調用ウェル4側については図1の転送先拡散領域114に相当し、後述する排出及びODコンタクト領域15,11側については図1の転送元拡散領域113に相当する。
In the photodiode PD formation region which is a photoelectric conversion element formation region, an
変調用ウェル5上には、基板1表面に、一端側がリング状で他端側が線状のゲート(リング転送ゲート)6のリング状部分(以下、リングゲート部という)6aが形成されている。リングゲート部6aの中央の開口部分の基板1表面近傍領域には、高濃度N型領域であるソース領域7が形成されている。リングゲート部6aの周囲にはN型のドレイン領域8が形成されている。ドレイン領域8の所定位置には、基板1表面近傍にN+層のドレインコンタクト領域9が形成される。
On the modulation well 5, a ring-shaped portion (hereinafter referred to as a ring gate portion) 6 a of a gate (ring transfer gate) 6 having a ring shape at one end and a linear shape at the other end is formed on the surface of the
変調用ウェル5は変調トランジスタTMのチャネルの閾値電圧を制御するものである。
変調用ウェル5内には、リングゲート部6aの下方にP型の高濃度領域であるキャリアポケット10が形成されている。変調トランジスタTMは、変調用ウェル5、リングゲート部6a、ソース領域7及びドレイン領域8によって構成されて、変調用ウェル5(キャリアポケット10)に蓄積された電荷に応じてチャネルの閾値電圧が変化するようになっている。
The modulation well 5 controls the threshold voltage of the channel of the modulation transistor TM.
In the modulation well 5, a
フォトダイオードPDの開口領域2下方の基板1上に形成された後述するN型ウェル21とP型の蓄積ウェル4との境界領域には空乏領域(図示せず)が形成され、この空乏領域において、開口領域2を介して入射した光による光発生電荷が生じる。発生した光発生電荷は蓄積ウェル4に蓄積されるようになっている。
A depletion region (not shown) is formed in a boundary region between an N-
蓄積ウェル4に蓄積された電荷は、変調用ウェル5に転送されてキャリアポケット10に保持される。これにより、変調トランジスタTMのソース電位は、変調用ウェル5に転送された電荷の量、即ち、フォトダイオードPDへの入射光に応じたものとなる。
The charges accumulated in the accumulation well 4 are transferred to the modulation well 5 and held in the
蓄積ウェル4近傍の基板1表面には、蓄積ウェル4に蓄積されている光発生電荷のうち蓄積ウェル4からオーバーフローする電荷を含み画像信号に寄与しない不要な電荷(以下、不要電荷という)を排出するためのコンタクト領域(以下、ODコンタクト領域という)11が高濃度P型拡散層によって形成されている。このODコンタクト領域11と蓄積ウェル4領域との間の基板1表面上には、ODコンタクト領域11と蓄積ウェル4領域との間にオーバーフローした電荷を含む不要電荷の経路(以下、不要電荷排出経路という)RLを形成するためのラテラルオーバーフロードレイン(以下、LODという)トランジスタTLのLODゲート12が形成されている。なお、LODゲート12は平面的には一端が蓄積ウェル4の領域上に掛かっている。
On the surface of the
不要電荷排出制御素子としてのLODトランジスタTLを設けることにより、ODコンタクト領域11と蓄積ウェル4との間の電位障壁を制御して、不要電荷をLODトランジスタTLを介してODコンタクト領域11から基板上の配線を介して排出することができる。
By providing the LOD transistor TL as an unnecessary charge discharge control element, the potential barrier between the
また、蓄積ウェル4と変調用ウェル5との間には、転送制御素子としての転送トランジスタTTが形成されている。転送トランジスタTTのゲートは、リング転送ゲート6の直線状部分(以下、転送ゲート部という)6bによって構成される。転送ゲート部6bは、蓄積ウェル4と変調用ウェル5との間の経路(以下、単に転送経路という)RTの基板1表面上に形成される。転送トランジスタTTによって、転送経路RTの電位障壁を制御して、蓄積ウェル4から変調用ウェル5への電荷の転送を制御することができるようになっている。
A transfer transistor TT as a transfer control element is formed between the accumulation well 4 and the
また、本実施の形態においては、変調用ウェル5近傍の基板表面には、変調用ウェルに残留した電荷(以下、残留電荷という)を排出するための残留電荷排出用のコンタクト領域(以下、排出コンタクト領域という)15が高濃度P型拡散層によって形成されている。この排出コンタクト領域15と変調用ウェル5領域との間の基板1表面上には、排出コンタクト領域15と変調用ウェル5領域との間の経路(以下、残留電荷排出経路という)RCの電位障壁を制御するための残留電荷排出制御素子としてのクリアトランジスタTCのクリアゲート14が形成されている。なお、クリアゲート14は平面的には一端が変調用ウェル5の領域上に掛かっている。
Further, in the present embodiment, a contact region for discharging residual charges (hereinafter referred to as discharge) for discharging charges remaining in the modulation well (hereinafter referred to as residual charges) on the substrate surface in the vicinity of the
なお、LODトランジスタTL、転送トランジスタTT及びクリアトランジスタTCはいずれも光発生電荷を基板水平方向(ラテラル方向)に移動させるものである。 Note that each of the LOD transistor TL, the transfer transistor TT, and the clear transistor TC moves the photogenerated charges in the horizontal direction (lateral direction) of the substrate.
<センサセルの断面>
更に、図2を参照して、センサセル3の断面構造を詳細に説明する。なお、図2中、N,Pの添え字の−,+はその数によって不純物濃度のより薄い部分(添え字−−−)からより濃い部分(添え字+++)の状態を示している。
<Sensor cell cross section>
Furthermore, with reference to FIG. 2, the cross-sectional structure of the sensor cell 3 is demonstrated in detail. In FIG. 2, the subscripts-and + of N and P indicate the state from the lighter portion (subscript ---) to the darker portion (subscript +++) depending on the number.
図2は1単位画素(セル)の断面を示している。1セルは、フォトダイオードPD形成領域と変調トランジスタTM形成領域とを有する。セル内及び隣接するセル同士のフォトダイオードPD形成領域と変調トランジスタTM形成領域との間にアイソレーション領域22が設けられている。
FIG. 2 shows a cross section of one unit pixel (cell). One cell has a photodiode PD formation region and a modulation transistor TM formation region. An
基板1の比較的深い位置には、P型基板1aの全域にN-のN型ウェル21が形成されている。このN型ウェル21上にN-層による素子分離用のアイソレーション領域22が形成されている。N型ウェル21上には、アイソレーション領域22を除く素子全体にP--層が形成されている。
At a relatively deep position of the
フォトダイオードPD形成領域におけるP--層が蓄積ウェル4である。変調トランジスタTM形成領域におけるP--層は変調用ウェル5である。この変調用ウェル5内には、P-拡散によるキャリアポケット10が形成されている。
The P − layer in the photodiode PD formation region is the
セル内のフォトダイオードPD形成領域と変調トランジスタTM形成領域との間のアイソレーション領域22には、基板表面側において、転送トランジスタTTが形成される。転送トランジスタTTは、基板表面にチャネルを構成するP---拡散層24が形成され、基板表面にゲート絶縁膜25を介して転送ゲート部6bが形成されて構成される。このP---拡散層24は蓄積ウェル4と変調用ウェル5とに接続されて転送経路RTを構成し、転送ゲート部6bの印加電圧に応じてこの転送経路RTの電位障壁が制御される。
In the
変調トランジスタTM形成領域においては、基板表面にゲート絶縁膜25を介してリングゲート部6aが形成され、リングゲート部6a下の基板表面にはチャネルを構成するN--拡散層27が形成される。リングゲート部6aの中央の基板表面にはN++拡散層が形成されてソース領域7を構成する。また、リングゲート部6aの周囲の基板表面にはN+拡散層が形成されてドレイン領域8を構成する。チャネルを構成するN--拡散層27はソース領域7とドレイン領域8とに接続される。
In the modulation transistor TM formation region, a
隣接するセル同士のフォトダイオードPD形成領域と変調トランジスタTM形成領域との間のアイソレーション領域22には、基板表面側において、排出コンタクト領域15及びODコンタクト領域11が形成されている。本実施の形態においては、これらの排出コンタクト領域15とODコンタクト領域11とを兼用しているが、別体で構成してもよい。排出及びODコンタクト領域15,11は、基板表面にP++拡散層を形成することで得られる。
In the
そして、変調トランジスタTM形成領域と排出及びODコンタクト領域15,11との間の基板表面側において、クリアトランジスタTCが形成されている。クリアトランジスタTCは、変調トランジスタTM形成領域と排出及びODコンタクト領域15,11との間の基板表面に、チャネルを構成するP---拡散層28が形成され、基板表面にゲート絶縁膜25を介してクリアゲート14が形成されて構成される。このP---拡散層28は変調用ウェル5と排出及びODコンタクト領域15,11とに接続されて残留電荷排出経路RCを構成し、クリアゲート14の印加電圧に応じてこの残留電荷排出経路RCの電位障壁が制御される。
A clear transistor TC is formed on the substrate surface side between the modulation transistor TM formation region and the discharge and
フォトダイオードPD形成領域と排出及びODコンタクト領域15,11との間の基板表面側において、LODトランジスタTLが形成されている。LODトランジスタTLは、フォトダイオードPD形成領域と排出及びODコンタクト領域15,11との間の基板表面に、チャネルを構成するP---拡散層30が形成され、基板表面にゲート絶縁膜25を介してLODゲート12が形成されて構成される。このP---拡散層30は蓄積ウェル4と排出及びODコンタクト領域15,11とに接続されて不要電荷排出経路RLを構成し、LODゲート12の印加電圧に応じてこの不要電荷排出経路RLの電位障壁が制御される。
An LOD transistor TL is formed on the substrate surface side between the photodiode PD formation region and the discharge and
なお、フォトダイオードPD形成領域の基板表面側にはピニング層としてのN+拡散層32が形成されている。また、クリアゲート14、LODゲート12、転送ゲート部6b、排出及びODコンタクト領域15,11並びにソース領域7は、基板上に形成した図示しない配線に電気的に接続される。
An N + diffusion layer 32 as a pinning layer is formed on the substrate surface side of the photodiode PD formation region. Further, the
LODゲート12の両端にはサイドウォール12a,12bが形成されている。本実施の形態においては、蓄積ウェル4の基板深さ方向の厚さをd1とすると、蓄積ウェル4側のサイドウォール12a端部は、LODゲート12下方の蓄積ウェル4の端部から水平方向に略d1だけ蓄積ウェル4側に突出して形成されている。
リング転送ゲート6の両端にはサイドウォールが形成されている。本実施の形態においては、転送ゲート部6b側のサイドウォール6cの端部は、転送ゲート部6b下方の蓄積ウェル4の端部から水平方向に略d1だけ蓄積ウェル4側に突出して形成されている。
Side walls are formed at both ends of the
クリアゲート14の両端にはサイドウォール14a,14bが形成されている。変調用ウェル5の基板深さ方向の厚さをd2とすると、本実施の形態においては、変調用ウェル5側のサイドウォール14bの端部は、クリアゲート14下方の変調用ウェル5の端部から水平方向に略d2だけ変調用ウェル5側に突出して形成されている。
Side walls 14 a and 14 b are formed at both ends of the
<作用>
このように構成された実施の形態においては、フォトダイオードPDにおいては、開口領域2を介して入射した光に基づく光発生電荷(ホール)を発生する。フォトダイオードPDに発生した光発生電荷は、転送元拡散領域である蓄積ウェル4に蓄積される。
<Action>
In the embodiment configured as described above, the photodiode PD generates a photo-generated charge (hole) based on the light incident through the
蓄積ウェル4内の光発生電荷は、転送トランジスタTTによって、転送先拡散領域である変調用ウェル5に転送する。蓄積ウェル4は転送ゲート部6bの下方にまで形成され、図1の転送元拡散領域113とサイドウォールを含むゲート電極116との関係と同様に、転送ゲート部6b側のサイドウォール6cの端部は、転送ゲート部6b下方の蓄積ウェル4の端部から水平方向に蓄積ウェル4の厚み分だけ蓄積ウェル4側に突出して形成されている。これにより、蓄積ウェル4から変調用ウェル5への光発生電荷の転送時に、蓄積ウェル4にポテンシャルポケットが形成されることを防止することができる。また、転送ゲート部6b直下のチャネルを構成するP---拡散層24におけるポテンシャル勾配を適正なもの、例えば略一様で且つ充分な勾配にすることができることから、光発生電荷の全てを確実に変調用ウェル5に転送することができる。
The photogenerated charges in the storage well 4 are transferred to the modulation well 5 which is the transfer destination diffusion region by the transfer transistor TT. The
変調用ウェル5に保持された光発生電荷によって変調トランジスタTMの閾値電圧が変化し、光発生電荷に対応した出力が変調トランジスタTMのソース領域7から得られる。
クリア時には、変調用ウェル5に保持されている光発生電荷は、クリアトランジスタTCを介して排出及びODコンタクト領域15,11に転送されて排出される。
The threshold voltage of the modulation transistor TM is changed by the photogenerated charge held in the modulation well 5, and an output corresponding to the photogenerated charge is obtained from the
At the time of clearing, the photo-generated charges held in the modulation well 5 are discharged and transferred to the
この場合においても、変調用ウェル5とサイドウォール14bを含むクリアゲート14との関係が図1の転送元拡散領域113とサイドウォールを含むゲート電極116との関係と同様であることから、変調用ウェル5に保持されている光発生電荷の全てを転送して排出することができる。
Also in this case, the relationship between the modulation well 5 and the
また、フォトダイオードPDの蓄積ウェル4に蓄積されている光発生電荷のうち不要な光発生電荷については、LODトランジスタTLを用いて排出及びODコンタクト領域15,11に排出する。この場合においても、蓄積ウェル4とサイドウォール12aを含むLODゲート12との関係が図1の転送元拡散領域113とサイドウォールを含むゲート電極116との関係と同様であることから、蓄積ウェル4に保持されている光発生電荷の全てを転送して排出することができる。
Further, unnecessary photogenerated charges among the photogenerated charges accumulated in the accumulation well 4 of the photodiode PD are discharged and discharged to the
<プロセス>
次に、素子の製造方法について図4及び図5の工程図を参照して説明する。図4及び図5は図3のA−A’切断線の位置における断面を示している。図4及び図5において、基板上の枠はマスクを示している。
<Process>
Next, a method for manufacturing the element will be described with reference to the process diagrams of FIGS. 4 and 5 show cross sections taken along the line AA ′ in FIG. 4 and 5, the frame on the substrate represents a mask.
先ず、用意したP基板1の表面に犠牲酸化膜(図示省略)を形成する。次に、図4(A)に示すように、燐(P31+)イオンをピーク位置約1.5μm、ピーク不純物濃度8×1016cm-3となるように注入する。これにより、図4(A)に示すように、比較的深い位置にN-のN型ウェル21が形成される。
First, a sacrificial oxide film (not shown) is formed on the surface of the
次に、図4(B)に示すように、素子分離用のアイソレーション領域22(N-層)を形成する。即ち、アイソレーション領域22は、自セル内及び隣接するセル同士の蓄積ウェル4と変調用ウェル5との間の全ての領域に形成される。このアイソレーション領域22は、レジスト22aを介して、例えば、燐(P31+)イオンをピーク位置約0.5μm、ピーク不純物濃度2×1017cm-3となるように注入する。
Next, as shown in FIG. 4B, an isolation region 22 (N − layer) for element isolation is formed. That is, the
次に、図4(C)に示すように、形成したアイソレーション領域22の表面に、変調トランジスタTM、LODトランジスタTL及びクリアトランジスタTCのチャネルドープとなるP---層24,28,30を形成する。このチャネルドープはボロン(B11+)イオンをピーク位置約0.03μm、ピーク不純物濃度4.5×1017cm-3となるよう注入し、この時点では、アイソレーション領域22表面の全域に形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, on the surface of the formed
次に、図4(D)に示すように、リングゲート部6a下方のP--層23(変調用ウェル5)内に相当する位置に、濃いP-拡散層によるキャリアポケット10を形成する。このキャリアポケット10は、レジスト10aを用いて、例えば、ボロン(B11+)イオンをピーク位置約0.1μm、ピーク不純物濃度1.5×1017cm-3となるよう注入することで形成される。更に、キャリアポケット10上の基板表面近傍に、変調トランジスタTMのチャネルを得るためのN--層27を形成する。このN--層27は、例えば、ヒ素(As75+)イオンをピーク位置約0.05μm、ピーク不純物濃度2×1017cm-3となるようなイオン打ち込みによって形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, a
次に、基板表面の犠牲酸化膜を除去した後、図4(E)に示すように、基板表面に厚さが約30nmのゲート絶縁膜25を熱酸化によって形成する。次に、250nmの膜厚で各トランジスタのゲート電極となるポリシリコン層を基板1の全面に堆積させる。
Next, after removing the sacrificial oxide film on the substrate surface, as shown in FIG. 4E, a
次に、ゲート絶縁膜25上のポリシリコン層を、変調トランジスタTM形成領域、転送トランジスタTT形成領域、LODトランジスタTL形成領域及びクリアトランジスタTC形成領域に応じてパターニングし、リングゲート部6a、転送ゲート部6b、LODゲート12及びクリアゲート14を形成する。
Next, the polysilicon layer on the
次に、図5(A)に示すように、N型ウェル21上のフォトダイオード形成領域PDにP--層である蓄積ウェル4を形成する。レジスト4aを介して、例えば、ボロン(B11+)イオンをピーク位置約0.2μm、ピーク不純物濃度1×1017cm-3となるよう注入することで、蓄積ウェル4が形成される。また、同様に、N型ウェル21上のフォトダイオード形成領域PDにP--層である変調ウェル5を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a storage well 4 that is a P − layer is formed in the photodiode formation region PD on the N-
本実施の形態においては、蓄積ウェル4及び変調用ウェル5形成のためのイオン注入は、各ゲート6,12,14を利用して自己整合的に実施される。更に、図5(A)の矢印に示すように、斜め方向からのイオン注入を実施する。
In the present embodiment, ion implantation for forming the
これにより、蓄積ウェル4の両端部を夫々リング転送ゲート6の下方及びLODゲート12の下方に潜り込むように形成することができる。また、変調用ウェル5については、クリアゲート14側の端部をクリアゲート14の下方に潜り込むように形成することができる。なお、この場合には、各ゲート下への拡散を最低限に抑えることで、転送路(転送元からチャンネルに繋がる部分)を広げることができる。
As a result, both end portions of the storage well 4 can be formed so as to sink under the
次に、図5(B)に示すように、リングゲート部6a上、LODゲート12上及びクリアゲート14上の酸化膜を覆うように、各ゲートに夫々サイドウォール6c,12a,12b,14a,14bを形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, the
本実施の形態においては、転送ゲート部6b側のサイドウォール6cの端部が、転送ゲート部6b下方の蓄積ウェル4の端部から水平方向に蓄積ウェル4の厚み分だけ蓄積ウェル4側に突出して形成されるようになっている。また、LODゲート12のサイドウォール12aの端部が、LODゲート12下方の蓄積ウェル4の端部から水平方向に蓄積ウェル4の厚み分だけ蓄積ウェル4側に突出して形成されるようになっている。また、クリアゲート14のサイドウォール14bの端部が、クリアゲート14下方の変調用ウェル5の端部から水平方向に変調用ウェル5の厚み分だけ変調用ウェル5に突出して形成されるようになっている。
In the present embodiment, the end portion of the side wall 6c on the
次に、図5(C)に示すように、基板表面にドレイン領域8を形成すると共に、レジスト32aを用いて、フォトダイオードPD形成領域の基板表面側にピニング層としてのN+拡散層32を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図5(D)に示すように、クリアゲート14に隣接した位置に、クリアトランジスタTCのチャネル領域に接続される排出コンタクト領域15及びODコンタクト領域11を形成するために、基板表面に濃いP++層を形成する。このP++層は、レジスト11aを用いて、例えば、ボロン(B11+)イオンをピーク位置約0.1μm、ピーク不純物濃度1×1018cm-3となるよう注入することで形成される。
Next, as shown in FIG. 5D, in order to form the
次に、図5(E)に示すように、レジスト7aを介してソース領域7に相当する位置にN++の不純物注入を行って、ソース領域7を形成する。
Next, as shown in FIG. 5E, N ++ impurity implantation is performed at a position corresponding to the
なお、本実施の形態においては、排出コンタクト領域15とODコンタクト領域11とは兼用されているが、排出コンタクト領域15とODコンタクト領域11とを、別個に設けてもよい。
In the present embodiment, the
<実施の形態の効果>
このように本実施の形態においては、転送元拡散領域からゲート下のチャンネルに繋がる部分の転送路が広くなるので、ポテンシャルバリアが形成されることを防止することができる。また、サイドウォールを含むゲートの突出部の長さと略同一厚みの転送元拡散領域を形成しているので、ポテンシャルポケットも形成されることはない。これにより、転送元拡散領域から転送先拡散領域までの転送経路を略理想的なポテンシャル勾配に設定することができ、光発生電荷の確実な転送を可能にすることができる。結果として、本実施の形態によるイメージセンサは、優れた残像防止効果を発揮することができる。
<Effect of Embodiment>
As described above, in the present embodiment, the transfer path in the portion connecting from the transfer source diffusion region to the channel under the gate is widened, so that a potential barrier can be prevented from being formed. Further, since the transfer source diffusion region having the same thickness as the length of the protruding portion of the gate including the sidewall is formed, no potential pocket is formed. As a result, the transfer path from the transfer source diffusion region to the transfer destination diffusion region can be set to a substantially ideal potential gradient, and the photo-generated charges can be reliably transferred. As a result, the image sensor according to the present embodiment can exhibit an excellent afterimage prevention effect.
なお、上記各実施の形態においてはゲート電極にサイドウォールが形成されている例について説明したが、サイドウォールが形成されていない場合に同様にも適用可能であり、この場合には、ゲート電極の端部を、ゲート電極下方の転送元拡散領域の端部から水平方向に転送元拡散領域の厚み分だけ転送元拡散領域側に突出して形成すればよい。 In each of the above embodiments, the example in which the side wall is formed on the gate electrode has been described. However, the present invention can be applied to the case where the side wall is not formed. The end portion may be formed so as to protrude in the horizontal direction from the end portion of the transfer source diffusion region below the gate electrode to the transfer source diffusion region side by the thickness of the transfer source diffusion region.
111…基板、112…ウェル、113,114…一方導電型の不純物拡散領域、115…他方導電型の不純物拡散領域、116…ゲート電極、117…サイドウォール、119…チャネル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 111 ... Substrate, 112 ... Well, 113, 114 ... One conductivity type impurity diffusion region, 115 ... The other conductivity type impurity diffusion region, 116 ... Gate electrode, 117 ... Side wall, 119 ... Channel.
Claims (7)
前記基板の表面に形成される他方導電型の第2の不純物拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、
前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成されたゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出した突出部を有するゲート電極とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。 A first impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the one conductivity type substrate;
A second impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the surface of the substrate;
On the other hand, a source diffusion region formed between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region by diffusing conductivity-type impurities;
On the other hand, a transfer destination diffusion region formed on the substrate surface at a predetermined distance from the transfer source diffusion region by diffusing conductivity type impurities,
A gate electrode formed on the substrate surface between the transfer source diffusion region and the transfer destination diffusion region via an insulating film, and an end portion on the transfer source diffusion region side in the horizontal direction, the transfer A solid-state imaging device comprising: a gate electrode having a protruding portion protruding from the end of the original diffusion region toward the transfer source diffusion region by the thickness of the transfer source diffusion region.
前記基板の表面に形成される他方導電型の第2の不純物拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、
前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成され側面にサイドウォールを有するゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の前記サイドウォールの端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出して構成されたゲート電極とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。 A first impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the one conductivity type substrate;
A second impurity diffusion region of the other conductivity type formed on the surface of the substrate;
On the other hand, a source diffusion region formed between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region by diffusing conductivity-type impurities;
On the other hand, a transfer destination diffusion region formed on the substrate surface at a predetermined distance from the transfer source diffusion region by diffusing conductivity type impurities,
A gate electrode formed on the substrate surface between the transfer source diffusion region and the transfer destination diffusion region via an insulating film and having a side wall on the side surface; an end of the side wall on the transfer source diffusion region side; A solid-state imaging device comprising: a gate electrode configured to protrude in a horizontal direction from an end portion of the transfer source diffusion region to the transfer source diffusion region side by a thickness of the transfer source diffusion region; apparatus.
前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、
前記転送元拡散領域は、前記基板上の光電変換素子形成領域に形成されて、前記光電変換素子によって発生する光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする請求項1又は2のいずれか一方に記載の固体撮像装置。 A photoelectric conversion element that is formed on the substrate and generates photogenerated charges according to incident light;
A modulation transistor that holds the photogenerated charge from the photoelectric conversion element, controls a threshold voltage of a channel by the held photogenerated charge, and outputs a pixel signal based on the photogenerated charge;
3. The transfer source diffusion region is formed in a photoelectric conversion element formation region on the substrate, and constitutes a transfer path for photogenerated charges generated by the photoelectric conversion element. The solid-state imaging device described in one side.
前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、
前記転送元拡散領域は、前記基板上の変調トランジスタ形成領域に形成されて、前記光発生電荷を保持すると共に前記光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする請求項1又は2のいずれか一方に記載の固体撮像装置。 A photoelectric conversion element that is formed on the substrate and generates photogenerated charges according to incident light;
A modulation transistor that holds the photogenerated charge from the photoelectric conversion element, controls a threshold voltage of a channel by the held photogenerated charge, and outputs a pixel signal based on the photogenerated charge;
The transfer source diffusion region is formed in a modulation transistor formation region on the substrate, and holds the photogenerated charge and constitutes a transfer path of the photogenerated charge. A solid-state imaging device according to any one of the above.
前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する工程であって、前記ゲート電極の前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させる第2の拡散工程とを具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A first diffusion step of forming an impurity diffusion region of the other conductivity type on the one conductivity type substrate;
Forming a gate electrode on the substrate surface via an insulating film;
A step of diffusing impurities of one conductivity type in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask to form a transfer source diffusion region on the impurity diffusion region of the other conductivity type, wherein the transfer source diffusion region of the gate electrode A second impurity that diffuses the one-conductivity type impurity in a horizontal direction so that the end of the transfer source diffusion region protrudes from the end of the transfer source diffusion region by the thickness of the transfer source diffusion region in the horizontal direction. A solid-state imaging device manufacturing method comprising:
前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する第2の拡散工程と、
前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程とを具備し、
前記第2の拡散工程は、前記サイドウォールの前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
A first diffusion step of forming an impurity diffusion region of the other conductivity type on the one conductivity type substrate;
Forming a gate electrode on the substrate surface via an insulating film;
A second diffusion step of diffusing impurities of one conductivity type in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask to form a transfer source diffusion region on the impurity diffusion region of the other conductivity type;
Forming a sidewall on a side surface of the gate electrode,
In the second diffusion step, the end of the sidewall on the side of the transfer source diffusion region is in the horizontal direction from the end of the transfer source diffusion region by the thickness of the transfer source diffusion region. A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the one conductivity type impurity is diffused so as to protrude to the side.
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