JP2007115872A - Solid-state imaging apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法、特に、受光部におけるノイズの低減化を図った固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof for reducing noise in a light receiving unit.
以下、従来の固体撮像装置について説明する。 Hereinafter, a conventional solid-state imaging device will be described.
図8は、従来のCCD固体撮像装置の断面構造を示している。図8において、11はn型半導体基板、12はn型半導体基板11の表面部に形成された第1のp型ウェル領域、13はn型拡散層、14はノイズ低減用p型拡散層、15は第2のp型ウェル領域、16はn型ウェル領域、17は分離用p型拡散層、18はゲート酸化膜、19はゲート電極、20は遮光膜、21はアルミ遮光部、22は保護膜である。
FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a conventional CCD solid-state imaging device. In FIG. 8, 11 is an n-type semiconductor substrate, 12 is a first p-type well region formed on the surface of the n-
ここで、第1のp型ウェル領域12およびn型拡散層13によって、光電変換を行い信号電荷を生成するフォトダイオード部が構成され、第2のp型ウェル領域15およびn型ウェル領域16によって、信号電荷を転送する電荷転送部が構成されている。
Here, the first p-
以下、上記のように構成されたCCD固体撮像装置の動作を説明する。ノイズ低減用p型拡散層14の上方から光が入射すると、ノイズ低減用p型拡散層14、n型拡散層13および第1のp型ウェル領域12において光電変換が行われ、電子・ホール対が発生する。発生した電子は、フォトダイオード部のn型拡散層13に集まり、信号電荷として蓄積される。次に、ゲート電極19にパルス信号が印加されると、信号電荷は、電荷転送部のn型ウェル領域16に読み出された後、外部取り出し段まで転送され、外部に取り出される。これにより、各CCD固体撮像素子に入射した光の強度を判定することができる。
The operation of the CCD solid-state imaging device configured as described above will be described below. When light enters from above the noise-reducing p-
ここで、ノイズ低減用p型拡散層14は、CCD固体撮像装置製造の際に基板表面付近に形成された欠陥によるノイズを低減するためのものであり、n型拡散層13の上にp型拡散層を形成することによって、n型拡散層13の上部が空乏化することを防いでいる。ノイズ低減用p型拡散層14は、ゲート電極19をマスクとしてイオン注入を行うことにより形成される。
Here, the noise reducing p-
ノイズ低減用p型拡散層14の形成において留意すべき点は2つある。1つは、不純物濃度をあまり高くしてはいけないということである。ノイズ低減用p型拡散層14の不純物濃度が高いときには、ホール濃度も高くなり、このため、ホールと光電変換により発生した電子とが再結合する確率が増大するので、信号電荷の消滅が起こりやすくなる。これによって、CCD固体撮像装置の光感度が低下する。特に短波長領域においては、吸収係数が大きいので、ほとんどすべての光子が、n型拡散層13まで達することなくノイズ低減用p型拡散層14内において光電変換される。したがって、ノイズ低減用p型拡散層14の不純物濃度が高いと、大部分の信号電荷が消滅してしまうことになり、短波長領域における光感度が著しく低下する。もう1つは、ノイズ低減用p型拡散層14は基板表面に形成される欠陥の分布位置よりも十分深く形成されていなければならないということである。もし、ノイズ低減用p型拡散層14が十分深く形成されていなければ、欠陥の存在する領域は空乏化し、ノイズが低減できない。
There are two points to be noted in the formation of the noise reducing p-
また、スミアの発生を低減するために、ノイズ低減用p型拡散層14を、不純物濃度が相対的に高い受光面側の領域14bと不純物濃度が相対的に低いフォトダイオード部側の領域14cとから構成することにより、ノイズ低減用p型拡散層14内における不純物濃度分布が正のピークをもたないようにし、受光面近傍において受光時の電位分布が負の勾配をもたないような構成になっている。
Further, in order to reduce the occurrence of smear, the noise reducing p-
以上説明したように、ノイズ低減用p型拡散層14が低濃度でかつ深い構造を有していることが、高感度かつ低ノイズのCCD固体撮像装置を実現するための条件となる。また、受光面近傍において受光時の電位分布が負の勾配をもたないようにすることがスミアの発生を低減するための条件となる。
As described above, the low-density and deep structure of the noise reducing p-
イオン注入法では、ドーズ量と注入エネルギーによって、形成する不純物拡散層の不純物濃度と深さとを調整することができる。したがって、低濃度でかつ深い構造を有する不純物拡散層を形成し、受光面近傍において受光時の電位分布が負の勾配をもたないようにするためには、低ドーズかつ高注入エネルギーのイオン注入を行えばよい。従来の技術においては、ドーズ量1E13/cm2程度、注入エネルギー100keV程度の条件でボロンを注入し、さらに、ドーズ量6E13/cm2程度、注入エネルギー40keV程度の条件でボロンを注入することにより、低濃度でかつ深い構造を有するノイズ低減用p型拡散層14を形成するという方法がとられている。
図9は、図8のA−B−C線における不純物濃度分布を示している。図9において31はノイズ低減用p型拡散層14の高濃度領域14aに、32はノイズ低減用p型拡散層14の低濃度領域14bに、33はn型拡散層13に、34は第1のp型ウェル領域12に、それぞれ対応している。
FIG. 9 shows an impurity concentration distribution along the line ABC in FIG. In FIG. 9, 31 is the
また、図10は、図8のA―B線における、不純物濃度、ホール濃度および受光時の電位の分布を示している。図9および図10において、aはゲート酸化膜19とノイズ低減用p型拡散層14との境界すなわち受光面を示し、bはノイズ低減用p型拡散層14とn型拡散層13との境界を示している。
FIG. 10 shows the impurity concentration, hole concentration, and potential distribution during light reception in the line AB in FIG. 9 and 10, a represents a boundary, that is, a light receiving surface, between the
図10の電位分布をみると、界面がピークとなっており、受光面近傍において光電変換や界面順位で発生した電子は、基板深さ方向に移動しようとし、n型拡散層13に向かって移動する。これはスミアの発生を低減するために、ノイズ低減用p型拡散層14が、受光面近傍において受光時の電位分布が負の勾配をもたないような構成になっているからである。ほとんどの電子は、ノイズ低減用p型拡散層中の再結合により消滅するが、一部の電子は、n型拡散層13に到達してしまう。この電子は、いわゆるノイズ信号の原因となるものであり、ノイズ低減用p型拡散層中で再結合できない電子は全てノイズになってしまう。
Looking at the potential distribution in FIG. 10, the interface has a peak, and electrons generated by photoelectric conversion or interface order near the light receiving surface try to move in the substrate depth direction and move toward the n-
以上説明したように、従来の技術では、さらに光感度を向上させようとすると、ノイズとなる電子の信号まで大きくなってしまい、さらなる光感度向上が実現できないことになる。 As described above, in the conventional technique, if an attempt is made to further improve the photosensitivity, even an electronic signal that becomes noise increases, and further improvement in photosensitivity cannot be realized.
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、スミアの増大を引き起こすことなく、ノイズの低減を実現できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a solid-state imaging device capable of realizing noise reduction without causing an increase in smear and a method for manufacturing the same.
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1記載の固体撮像装置は、第1導電型不純物拡散層を有し、光電変換により信号電荷を生成するフォトダイオード部と、前記第1導電型不純物拡散層上に形成された第2導電型不純物拡散層とを備えた固体撮像装置であって、前記第2導電型拡散層は、前記フォトダイオード部側から受光面側に向かって、順に低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域からなり、前記中濃度領域は前記受光面側を除く周囲を前記高濃度領域によって囲まれている。 In order to solve the above-described problem, a solid-state imaging device according to claim 1 of the present invention includes a photodiode unit that has a first conductivity type impurity diffusion layer and generates a signal charge by photoelectric conversion, and the first conductivity. A solid-state imaging device including a second conductivity type impurity diffusion layer formed on the type impurity diffusion layer, wherein the second conductivity type diffusion layer is sequentially from the photodiode portion side toward the light receiving surface side. It consists of a low concentration region, a high concentration region, and a medium concentration region, and the medium concentration region is surrounded by the high concentration region except for the light receiving surface side.
請求項2記載の固体撮像装置は、請求項1記載の固体撮像装置において、前記フォトダイオード部は、前記第1導電型不純物拡散層に接続される第2導電型ウェル領域を有し、前記信号電荷を転送する電荷転送部が前記第2導電型ウェル領域に接続して形成される。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein in the solid-state imaging device according to claim 1, the photodiode unit includes a second conductive type well region connected to the first conductive type impurity diffusion layer, and the signal A charge transfer part for transferring charges is formed connected to the second conductivity type well region.
請求項3記載の固体撮像装置は、請求項1または2記載の固体撮像装置において、前記第2導電型不純物拡散層は前記フォトダイオード部におけるノイズを低減する機能を有する。 The solid-state imaging device according to claim 3 is the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the second conductivity type impurity diffusion layer has a function of reducing noise in the photodiode portion.
請求項4記載の固体撮像装置は、請求項1,2または3記載の固体撮像装置において、前記第1導電型不純物拡散層はn型であり、前記第2導電型不純物拡散層はp型である。 The solid-state imaging device according to claim 4 is the solid-state imaging device according to claim 1, 2, or 3, wherein the first conductivity type impurity diffusion layer is n-type and the second conductivity type impurity diffusion layer is p-type. is there.
請求項5記載の固体撮像装置の製造方法は、基板中に第1導電型不純物拡散層を有するフォトダイオード部を形成する第1工程と、前記基板中における前記第1導電型不純物拡散層上に、前記フォトダイオード部側から受光面側に向かって、順に低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域からなる第2導電型不純物拡散層を形成する第2工程とを含み、前記第2工程では、前記中濃度領域における前記受光面側を除く周囲を前記高濃度領域で囲むように形成する。 6. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein a first step of forming a photodiode portion having a first conductivity type impurity diffusion layer in the substrate, and on the first conductivity type impurity diffusion layer in the substrate. A second step of forming a second conductivity type impurity diffusion layer composed of a low concentration region, a high concentration region, and a medium concentration region in order from the photodiode part side toward the light receiving surface side. In the second step, The medium concentration region is formed so as to surround the periphery of the medium concentration region except the light receiving surface side with the high concentration region.
請求項6記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項5記載の固体撮像装置の製造方法において、前記フォトダイオード部は前記第1導電型不純物拡散層に接続される第2導電型ウェル領域を有し、前記フォトダイオード部の信号電荷を転送する電荷転送部を前記第2導電型ウェル領域に接続して形成する工程を含む。 The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 6 is the solid-state imaging device manufacturing method according to claim 5, wherein the photodiode portion includes a second conductivity type well region connected to the first conductivity type impurity diffusion layer. And a step of forming a charge transfer portion for transferring a signal charge of the photodiode portion connected to the second conductivity type well region.
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項5または6記載の固体撮像装置の製造方法において、前記第2の工程では、前記高濃度領域の上層部に第1導電型不純物を導入して、前記高濃度領域よりも不純物濃度が低い前記中濃度領域を形成する。 The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 7 is the solid-state imaging device manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein in the second step, a first conductivity type impurity is introduced into an upper layer portion of the high concentration region. Then, the intermediate concentration region having an impurity concentration lower than that of the high concentration region is formed.
請求項8記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項5,6または7記載の固体撮像装置の製造方法において、前記第2導電型不純物拡散層は前記フォトダイオード部におけるノイズを低減する機能を有する。 The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 8 is the solid-state imaging device manufacturing method according to claim 5, 6 or 7, wherein the second conductivity type impurity diffusion layer has a function of reducing noise in the photodiode portion. Have.
請求項9記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項5,6または7記載の固体撮像装置の製造方法において、前記第1導電型不純物拡散層はn型であり、前記第2導電型不純物拡散層はp型である。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9 is the method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, 6 or 7, wherein the first conductivity type impurity diffusion layer is n-type and the second conductivity type impurity. The diffusion layer is p-type.
請求項10記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項9記載の固体撮像装置の製造方法において、前記低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域は、前記基板中にドーズ量が1E12/cm2〜2E13/cm2で注入エネルギーが80keV〜140keVのボロンイオンを用いた第1のイオン注入、ドーズ量が3E13/cm2〜1E14/cm2で注入エネルギーが30keV〜50keVのボロンイオンを用いた第2のイオン注入、およびドーズ量が1E11/cm2〜2E13/cm2で注入エネルギーが10keV〜40keVの砒素イオンを用いた第3のイオン注入を行なうことで形成する。 The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 10 is the solid-state imaging device manufacturing method according to claim 9, wherein the low concentration region, the high concentration region, and the medium concentration region have a dose amount of 1E12 / cm in the substrate. First ion implantation using boron ions of 2 to 2E13 / cm 2 and implantation energy of 80 keV to 140 keV, Boron ions having a dose of 3E13 / cm 2 to 1E14 / cm 2 and implantation energy of 30 keV to 50 keV were used. It is formed by performing second ion implantation and third ion implantation using arsenic ions having a dose amount of 1E11 / cm 2 to 2E13 / cm 2 and an implantation energy of 10 keV to 40 keV.
本発明の請求項1記載の固体撮像装置によれば、第2導電型不純物拡散層は、フォトダイオード部側から受光面側に向かって、順に低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域からなるので、第2導電型不純物拡散層内の電位分布を表面近傍部に強制的に負の勾配を持たせることで電位障壁を形成し、界面順位で発生したノイズの原因となる電子がフォトダイオード部まで到達しなくなり、ノイズを低減することができる。また、中濃度領域は受光面側を除く周囲を高濃度領域によって囲まれているので、横方向に対しても電位障壁が形成され、電子の拡散を防止することができ、スミアの発生も防止することが可能となる。 According to the solid-state imaging device of the first aspect of the present invention, the second conductivity type impurity diffusion layer is composed of a low concentration region, a high concentration region, and a medium concentration region in order from the photodiode portion side to the light receiving surface side. Therefore, a potential barrier is formed by forcibly giving a negative gradient in the vicinity of the surface of the potential distribution in the second conductivity type impurity diffusion layer, and electrons that cause noise generated in the interface order are generated in the photodiode portion. Noise can be reduced. In addition, since the medium concentration region is surrounded by the high concentration region except for the light receiving surface side, a potential barrier is formed in the lateral direction, preventing electron diffusion and preventing smearing. It becomes possible to do.
請求項2では、フォトダイオード部は、第1導電型不純物拡散層に接続される第2導電型ウェル領域を有し、信号電荷を転送する電荷転送部が第2導電型ウェル領域に接続して形成されるので、第2導電型不純物拡散層の上方から光が入射することにより、第1導電型不純物拡散層に蓄積された信号電荷を電荷転送部により読み出すことができる。 According to a second aspect of the present invention, the photodiode unit has a second conductivity type well region connected to the first conductivity type impurity diffusion layer, and the charge transfer unit for transferring signal charges is connected to the second conductivity type well region. Thus, the signal charge accumulated in the first conductivity type impurity diffusion layer can be read out by the charge transfer unit when light enters from above the second conductivity type impurity diffusion layer.
請求項3では、第2導電型不純物拡散層はフォトダイオード部におけるノイズを低減する機能を有するので、固体撮像装置製造の際に基板表面付近に形成された欠陥によるノイズを低減することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the second conductivity type impurity diffusion layer has a function of reducing noise in the photodiode portion, it is possible to reduce noise due to defects formed in the vicinity of the substrate surface when the solid-state imaging device is manufactured.
請求項4では、第1導電型不純物拡散層はn型であり、第2導電型不純物拡散層はp型であることが好ましい。 Preferably, the first conductivity type impurity diffusion layer is n-type and the second conductivity type impurity diffusion layer is p-type.
本発明の請求項5記載の固体撮像装置の製造方法によれば、基板中における第1導電型不純物拡散層上に、フォトダイオード部側から受光面側に向かって、順に低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域からなる第2導電型不純物拡散層を形成する工程を含むので、第2導電型不純物拡散層内の電位分布を表面近傍部に強制的に負の勾配を持たせることで電位障壁を形成し、界面順位で発生したノイズの原因となる電子がフォトダイオード部まで到達しなくなり、ノイズを低減することができる。また、第2工程では、中濃度領域における受光面側を除く周囲を高濃度領域で囲むように形成するので、横方向に対しても電位障壁が形成され、電子の拡散を防止することができ、スミアの発生も防止することが可能となる。 According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5 of the present invention, the low concentration region and the high concentration are sequentially formed on the first conductivity type impurity diffusion layer in the substrate from the photodiode portion side toward the light receiving surface side. A step of forming a second conductivity type impurity diffusion layer composed of a region and a medium concentration region, so that the potential distribution in the second conductivity type impurity diffusion layer is forced to have a negative gradient in the vicinity of the surface. A barrier is formed, and electrons that cause noise generated in the interface order do not reach the photodiode portion, and noise can be reduced. In the second step, since the periphery of the medium concentration region except the light receiving surface side is formed so as to be surrounded by the high concentration region, a potential barrier is also formed in the lateral direction, and diffusion of electrons can be prevented. Further, it is possible to prevent the occurrence of smear.
請求項6では、フォトダイオード部は第1導電型不純物拡散層に接続される第2導電型ウェル領域を有し、フォトダイオード部の信号電荷を転送する電荷転送部を第2導電型ウェル領域に接続して形成する工程を含むので、第2導電型不純物拡散層の上方から光が入射することにより、第1導電型不純物拡散層に蓄積された信号電荷を電荷転送部により読み出すことができる。 According to another aspect of the present invention, the photodiode portion has a second conductivity type well region connected to the first conductivity type impurity diffusion layer, and the charge transfer portion for transferring the signal charge of the photodiode portion is used as the second conductivity type well region. Since the step of connecting and forming is included, when the light enters from above the second conductivity type impurity diffusion layer, the signal charge accumulated in the first conductivity type impurity diffusion layer can be read out by the charge transfer unit.
請求項7では、第2の工程では、高濃度領域の上層部に第1導電型不純物を導入して、高濃度領域よりも不純物濃度が低い中濃度領域を形成するので、高濃度領域と比較して中濃度領域の不純物濃度を相対的に低減させることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, in the second step, the first conductivity type impurity is introduced into the upper layer portion of the high concentration region to form an intermediate concentration region having an impurity concentration lower than that of the high concentration region. Thus, the impurity concentration in the medium concentration region can be relatively reduced.
請求項8では、第2導電型不純物拡散層はフォトダイオード部におけるノイズを低減する機能を有するので、固体撮像装置製造の際に基板表面付近に形成された欠陥によるノイズを低減することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, since the second conductivity type impurity diffusion layer has a function of reducing noise in the photodiode portion, it is possible to reduce noise due to defects formed in the vicinity of the substrate surface when the solid-state imaging device is manufactured.
請求項9では、第1導電型不純物拡散層はn型であり、第2導電型不純物拡散層はp型であることが好ましい。 Preferably, the first conductivity type impurity diffusion layer is n-type, and the second conductivity type impurity diffusion layer is p-type.
請求項10では、低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域は、基板中にドーズ量が1E12/cm2〜2E13/cm2で注入エネルギーが80keV〜140keVのボロンイオンを用いた第1のイオン注入、ドーズ量が3E13/cm2〜1E14/cm2で注入エネルギーが30keV〜50keVのボロンイオンを用いた第2のイオン注入、およびドーズ量が1E11/cm2〜2E13/cm2で注入エネルギーが10keV〜40keVの砒素イオンを用いた第3のイオン注入を行なうことで形成するので、固体撮像装置のノイズ低減用p型拡散層を、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域と、不純物濃度が相対的に高い受光面側の領域と、不純物濃度が相対的に低いフォトダイオード部側の領域とから構成することができる。 The low-concentration region, the high-concentration region, and the medium-concentration region may include first ions using boron ions having a dose amount of 1E12 / cm 2 to 2E13 / cm 2 and an implantation energy of 80 keV to 140 keV in the substrate. infusion, a second ion implantation dose is injected energy 3E13 / cm 2 ~1E14 / cm 2 using boron ions 30KeV~50keV, and dose amount is injected energy 1E11 / cm 2 ~2E13 / cm 2 Since the p-type diffusion layer for noise reduction of the solid-state imaging device is formed by performing third ion implantation using arsenic ions of 10 keV to 40 keV, the light receiving surface portion in which the hole concentration is relatively reduced with n-type impurities Regions on the light-receiving surface side where the impurity concentration is relatively high, and regions on the photodiode side where the impurity concentration is relatively low It can be constructed from a.
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について、図1〜図7に基づいて説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態に係るCCD固体撮像装置の断面構造を示している。図1において、11はn型半導体基板、12はn型半導体基板11の表面部に形成された第1のp型ウェル領域、13はn型拡散層(第1導電型不純物拡散層)、14はノイズ低減用p型拡散層(第2導電型不純物拡散層)、15は第2のp型ウェル領域、16はn型ウェル領域、17は分離用p型拡散層、18はゲート酸化膜、19はゲート電極、20は層間絶縁膜、21は遮光膜、22は保護膜、23はマイクロレンズ、24はサイドウォールの絶縁膜である。第1のp型ウェル領域12およびn型拡散層13によって、光電変換を行い信号電荷を生成するフォトダイオード部が構成され、第2のp型ウェル領域15およびn型ウェル領域16によって、信号電荷を転送する電荷転送部が構成されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a CCD solid-state imaging device according to this embodiment. In FIG. 1, 11 is an n-type semiconductor substrate, 12 is a first p-type well region formed on the surface of the n-
ノイズ低減用p型拡散層14は、n型拡散層13上に形成され、固体撮像装置の製造時に基板表面付近に形成される欠陥によるノイズを低減するためのものである。本実施形態の特徴として、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域(中濃度領域)14aと、不純物濃度が相対的に高い高濃度領域14bと、n型拡散層13側に位置する不純物濃度が相対的に低い低濃度領域14cとから構成されている。また、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aは不純物濃度が相対的に高い高濃度領域14bに囲まれている構造を持つ。
The p-
図2は、図1のA―B―C線における不純物濃度分布を示している。図2において、30はn型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aのn型不純物に、31はノイズ低減用p型拡散層14の高濃度領域14bに、32はノイズ低減用p型拡散層14の低濃度領域14cに、33はn型拡散層13に、34は第1のp型ウェル領域12に、それぞれ対応している。
FIG. 2 shows the impurity concentration distribution along the line ABC in FIG. In FIG. 2, 30 is an n-type impurity in the
また、図3は、図1のA―B線における、不純物濃度、ホール濃度および受光時の電位の分布を示している。図2および図3において、aはゲート酸化膜19とノイズ低減用p型拡散層14との境界すなわち受光面を示し、bはノイズ低減用p型拡散層14とn型拡散層13との境界を示している。
FIG. 3 shows the impurity concentration, hole concentration, and potential distribution during light reception in the line AB in FIG. 2 and 3, a indicates the boundary, that is, the light receiving surface, between the
本実施形態において、ノイズ低減用p型拡散層14における基板深さ方向の不純物濃度は、図2および図3に示すように、受光面付近においてn型不純物でp型不純物を打ち消す(受光面付近のp型不純物濃度を低下させる)構成になっている。
In the present embodiment, the impurity concentration in the substrate depth direction in the noise reducing p-
このため、ホール濃度は受光表面部から内部に向かって、一度正の勾配を持ち、その後内部に向かうにしたがって次第に低くなる。この結果、電位は、受光表面部から内部に向かって、一度負の勾配を持ち、その後内部に向かうにしたがって次第に高くなることになる。 For this reason, the hole concentration once has a positive gradient from the light receiving surface to the inside, and then gradually decreases toward the inside. As a result, the potential once has a negative gradient from the light receiving surface portion toward the inside, and then gradually increases toward the inside.
したがって、受光面近傍で界面順位により発生したノイズの要因となる電子が、フォトダイオード部に移動するためには、負の勾配を持つ電位障壁を乗り越えなければならず、n型拡散層13に到達しにくくなり、ノイズの低減が可能となる。
Therefore, in order for electrons that cause noise generated in the vicinity of the light receiving surface due to the interface order to move to the photodiode portion, the electrons must overcome the potential barrier having a negative gradient and reach the n-
一方、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aに残った電子は、ノイズ低減用p型拡散層14の多数キャリアであるホールと再結合して消滅する。
On the other hand, the electrons remaining in the
また、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aは不純物濃度が相対的に高い高濃度領域14bに囲まれている構造を持つことにより、横方向に対しても電位障壁が形成されており、n型ウェル領域16への電子の拡散を防止することができ、スミアの発生も防止することが可能となる。したがって、本実施形態により、スミアの増大をひきおこすことなく、ノイズを低減させることが可能になる。
In addition, the light receiving
以下、上記の構造を備えた固体撮像装置の製造方法に関し、特にノイズ低減用p型拡散層14の形成工程について説明する。
Hereinafter, the process for forming the p-
図4は、ノイズ低減用p型拡散層14を形成するためボロン注入を行う直前の固体撮像装置の断面構造を示している。図4に示すように、n型半導体基板11の上に、第1のp型ウェル領域12、n型拡散層13、第2のp型ウェル領域15、n型ウェル領域16、分離用p型拡散層17、ゲート酸化膜18およびゲート電極19が、すでに形成されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the solid-state imaging device immediately before boron implantation for forming the noise reducing p-
次に、図5に示すように、ノイズ低減用p型拡散層14は、ゲート電極19をマスクとしてボロンを用いたイオン注入を2回行った後、850℃〜1100℃の熱処理を行うことにより形成する。これにより、受光面側に高濃度領域14bが、フォトダイオード部側に低濃度領域14cが形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the p-
ここで、2回のイオン注入は、ドーズ量:1E12/cm2〜2E13/cm2、注入エネルギー:80keV〜140keVの条件による第1のイオン注入と、ドーズ量:3E13/cm2〜1E14/cm2、注入エネルギー:30keV〜50keVの条件による第2のイオン注入とからなる。 Here, the two ion implantations are the first ion implantation under the conditions of dose amount: 1E12 / cm 2 to 2E13 / cm 2 and implantation energy: 80 keV to 140 keV, and dose amount: 3E13 / cm 2 to 1E14 / cm. 2 and implantation energy: second ion implantation under a condition of 30 keV to 50 keV.
なお、このイオン注入の条件範囲は、ゲート酸化膜18の膜厚が30nm〜100nmの範囲内の場合、ノイズ低減用p型拡散層14の高濃度領域14bが基板表面から内部側へ0.1μm〜0.3μm程度の深さまで到達し、ノイズ低減用p型拡散層14の低濃度領域14cが基板表面から内部側へ0.4μm〜0.7μm程度の深さまで到達する。
This ion implantation condition range is such that when the
次に、図6に示すように、ノイズ低減用p型拡散層14の高濃度領域14bと低濃度領域14cを形成した後、絶縁膜を成膜して全面エッチングすることにより、サイドウォール24を形成し、表面のホール濃度を低減するための砒素を用いたイオン注入を1回行い850℃〜1100℃の熱処理を行うことで、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aを形成する。
Next, as shown in FIG. 6, after the
ここで、3回目のイオン注入は、ドーズ量:1E11/cm2〜2E13/cm2、注入エネルギー:10keV〜40keVであり、高濃度領域14bの表面部分に注入し、ホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aが形成される。
Here, the third ion implantation has a dose amount of 1E11 / cm 2 to 2E13 / cm 2 and an implantation energy of 10 keV to 40 keV, and is implanted into the surface portion of the
なお、受光面側に高濃度領域14bと低濃度領域14cを形成したときの熱処理については、上記ホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aを形成する際の熱処理で兼用できるため、省略可能である。
The heat treatment when the
次に、図7に示すように、半導体基板上方に層間絶縁膜20、遮光膜21、保護膜22、マイクロレンズ23を形成し、固体撮像装置として完成する。
Next, as shown in FIG. 7, an
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、固体撮像装置のノイズ低減用p型拡散層を、n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域と不純物濃度が相対的に高い受光面側の領域と不純物濃度が相対的に低いフォトダイオード部側の領域とから構成することにより、ノイズ低減用p型拡散層内の電位分布を表面近傍部に強制的に負の勾配を持たせることで電位障壁を形成し、界面順位で発生したノイズの原因となる電子がフォトダイオードまで到達しなくなり、ノイズを低減することができる。 As described above, according to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the p-type diffusion layer for noise reduction of the solid-state imaging device has the light receiving surface portion in which the hole concentration is relatively reduced with the n-type impurity. The potential distribution in the p-type diffusion layer for noise reduction is made near the surface by comprising a region, a region on the light receiving surface side with a relatively high impurity concentration, and a region on the photodiode portion side with a relatively low impurity concentration. By forcing a negative gradient into the potential barrier, a potential barrier is formed, and electrons that cause noise generated at the interface order do not reach the photodiode, thereby reducing noise.
なお、本実施形態においては、p型ウェル領域およびn型拡散層によってフォトダイオード部が構成され、p型拡散層によってノイズ低減拡散層を構成する場合を一例として説明したが、n型ウェル領域およびp型拡散層によってフォトダイオード部が構成され、n型拡散層によってノイズ低減拡散層を構成する場合についても同様に成立するものである。 In the present embodiment, the case where the photodiode portion is configured by the p-type well region and the n-type diffusion layer and the noise reduction diffusion layer is configured by the p-type diffusion layer has been described as an example. The same applies to the case where the photodiode portion is constituted by the p-type diffusion layer and the noise reduction diffusion layer is constituted by the n-type diffusion layer.
本発明の固体撮像装置は、スミアの増大を引き起こすことなく、ノイズの低減を実現できる固体撮像装置及びその製造方法を提供するものであり、特に、受光部におけるノイズの低減化を図った固体撮像装置およびその製造方法等に有用である。 The solid-state imaging device of the present invention provides a solid-state imaging device capable of reducing noise without causing an increase in smear, and a method for manufacturing the solid-state imaging device. It is useful for an apparatus and a manufacturing method thereof.
11 n型半導体基板
12 第1のp型ウェル領域
13 n型拡散層
14 ノイズ低減用p型拡散層
14a n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域
14b 高濃度領域
14c 低濃度領域
15 第2のp型ウェル領域
16 n型ウェル領域
17 分離用p型拡散層
18 ゲート酸化膜
19 ゲート電極
20 遮光膜
21 アルミ遮光部
22 保護膜
23 マイクロレンズ
24 サイドウォール
30 n型不純物でホール濃度を相対的に低減させた受光面部の領域14aの基板深さ方向のn型不純物濃度分布
31 ノイズ低減用p型拡散層14の高濃度領域14aの基板深さ方向の不純物濃度分布
32 ノイズ低減用p型拡散層14の低濃度領域14bの基板深さ方向の不純物濃度分布
33 n型拡散層13の基板深さ方向の不純物濃度分布
34 第1のp型ウェル領域12の基板深さ方向の不純物濃度分布
11 n-
Claims (10)
前記第1導電型不純物拡散層上に形成された第2導電型不純物拡散層とを備えた固体撮像装置であって、
前記第2導電型拡散層は、前記フォトダイオード部側から受光面側に向かって、順に低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域からなり、
前記中濃度領域は前記受光面側を除く周囲を前記高濃度領域によって囲まれていることを特徴とする固体撮像装置。 A photodiode portion having a first conductivity type impurity diffusion layer and generating a signal charge by photoelectric conversion;
A solid-state imaging device comprising a second conductivity type impurity diffusion layer formed on the first conductivity type impurity diffusion layer,
The second conductivity type diffusion layer is composed of a low concentration region, a high concentration region, and a medium concentration region in order from the photodiode portion side to the light receiving surface side,
The solid-state imaging device, wherein the medium concentration region is surrounded by the high concentration region except for the light receiving surface side.
前記基板中における前記第1導電型不純物拡散層上に、前記フォトダイオード部側から受光面側に向かって、順に低濃度領域、高濃度領域および中濃度領域からなる第2導電型不純物拡散層を形成する第2工程とを含み、
前記第2工程では、前記中濃度領域における前記受光面側を除く周囲を前記高濃度領域で囲むように形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A first step of forming a photodiode portion having a first conductivity type impurity diffusion layer in a substrate;
On the first conductivity type impurity diffusion layer in the substrate, a second conductivity type impurity diffusion layer comprising a low concentration region, a high concentration region, and a medium concentration region in order from the photodiode portion side to the light receiving surface side. A second step of forming,
In the second step, a solid-state imaging device manufacturing method is characterized in that the medium concentration region is formed so as to surround the periphery of the light-receiving surface side with the high concentration region.
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