JP2008153566A - Solid-state imaging apparatus, and method of manufacturing the same - Google Patents

Solid-state imaging apparatus, and method of manufacturing the same Download PDF

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三佳 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus in which STIs are used for element isolation regions, wherein dark current and occurrence of a white blemish are reduced and achieves storage charge amount increase. <P>SOLUTION: The solid-state imaging apparatus includes an imaging region formed on a substrate composed of silicon and containing a photoelectric conversion part, a trench isolation formed at least a part of a portion that surrounds the photoelectric conversion part on the substrate, and a MOS transistor formed in a region electrically isolated from the photoelectric conversion part by the trench isolation in the imaging region, wherein the side part and the portion surrounding the bottom part of the trench isolation contain indium which is an impurity of a conductivity type different from that of an electric charge storage region of the photoelectric conversion part. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板上に複数の画素を有する撮像領域が設けられた固体撮像装置及びその製造方法、並びにカメラに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device in which an imaging region having a plurality of pixels is provided on a semiconductor substrate, a manufacturing method thereof, and a camera.

MOS(Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置は、各画素を構成するフォトダイオードに蓄積された信号を、MOSトランジスタを含む増幅回路によって読み出すイメージセンサである。このMOS型固体撮像装置は、低電圧で動作すると共に、高速で電荷読み出しが可能であり、さらに、周辺回路とワンチップ化することができるという長所を有している。   A MOS (Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device is an image sensor that reads out a signal accumulated in a photodiode constituting each pixel by an amplifier circuit including a MOS transistor. This MOS type solid-state imaging device has advantages in that it operates at a low voltage, can read out charges at a high speed, and can be integrated into one chip with a peripheral circuit.

さらに、近年、MOS型固体撮像装置は、セルサイズの縮小化及び広ダイナミックレンジ等の撮像素子の基本性能を向上させる技術開発により、市場拡大の可能性を有している。   Furthermore, in recent years, MOS type solid-state imaging devices have the potential to expand the market by reducing the cell size and developing technology that improves the basic performance of imaging devices such as a wide dynamic range.

一般的なMOS型固体撮像装置における撮像領域は、シリコン基板の上に形成されたフォトダイオード、フローティングディフュージョン、MOS型トランジスタ、及びこれらの素子を電気的に分離する素子分離領域によって構成されており、素子分離領域として、一般的に、STI(shallow trench isolation)が形成されている。   The imaging region in a general MOS type solid-state imaging device is composed of a photodiode formed on a silicon substrate, a floating diffusion, a MOS type transistor, and an element isolation region that electrically isolates these elements. In general, STI (shallow trench isolation) is formed as an element isolation region.

STIよりなる素子分離領域の形成は、素子分離特性を満たすために、エッチングによってシリコン基板に凹部を形成し、該凹部に酸化膜を埋め込むことによって行われる。このエッチングの際には、エッチングダメージにより、光が照射されない暗時においても発生する不要電荷が増加して、ノイズが増加する。また、セルサイズの縮小化に際して、STIの側壁部に注入されたB(ボロン)注入領域が熱拡散によって広がることにより、フォトダイオードの横方向の領域が狭くなるため、蓄積電子数が減少する。さらに、STI界面で発生する不要電荷がフォトダイオードに入ることにより、ノイズ特性、つまり白キズ及び暗電流特性が悪化する。   The element isolation region made of STI is formed by forming a recess in the silicon substrate by etching and filling the recess with an oxide film in order to satisfy the element isolation characteristics. In this etching, unnecessary charges generated even in the dark when no light is irradiated increase due to etching damage, and noise increases. Further, when the cell size is reduced, the B (boron) injection region injected into the side wall portion of the STI is expanded by thermal diffusion, so that the lateral region of the photodiode is narrowed, and the number of stored electrons is reduced. Furthermore, noise characteristics, that is, white scratches and dark current characteristics are deteriorated due to unnecessary charges generated at the STI interface entering the photodiode.

以上のようなSTIよりなる素子分離領域を形成した場合の問題点を解決する方法として、以下で説明する第1〜第3の従来例に係る固体撮像装置が提案されている。   As a method for solving the problem when the element isolation region made of STI as described above is formed, solid-state imaging devices according to first to third conventional examples described below have been proposed.

図7は、第1の従来例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部を含む断面構成を示している(例えば特許文献1参照)。   FIG. 7 shows a cross-sectional configuration including a photodiode portion in the solid-state imaging device according to the first conventional example (see, for example, Patent Document 1).

図7に示すように、半導体基板101上のP型半導体ウエル領域102内に形成されたN型の電荷蓄積領域103の表面には、P型の埋め込み領域104が形成されており、半導体基板101に形成された溝内には、絶縁層から成る素子分離層111がフォトダイオードに隣接して形成されている。素子分離層111は、幅の広い上部109と幅の狭い下部110とによって構成されており、幅の狭い下部110の周囲にはP型領域112が形成されている。なお、同図には、さらに、フローティングディフュージョン105、ゲート絶縁膜106、読み出しゲート電極107、リセットゲート電極108、ゲート電極113、ビア配線114、及び金属配線115を示している。   As shown in FIG. 7, a P-type buried region 104 is formed on the surface of an N-type charge storage region 103 formed in a P-type semiconductor well region 102 on the semiconductor substrate 101. An element isolation layer 111 made of an insulating layer is formed adjacent to the photodiode in the groove formed in FIG. The element isolation layer 111 is composed of a wide upper portion 109 and a narrow lower portion 110, and a P-type region 112 is formed around the narrow lower portion 110. In the figure, a floating diffusion 105, a gate insulating film 106, a read gate electrode 107, a reset gate electrode 108, a gate electrode 113, a via wiring 114, and a metal wiring 115 are further shown.

図7に示した固体撮像装置によると、半導体基板101表面において、フォトダイオードは、周辺の他の素子から電気的に分離されると共に、素子分離領域の幅を狭小化できる。したがって、画素サイズが縮小化された場合においても、蓄積電荷量を十分に確保することが可能となる。   According to the solid-state imaging device shown in FIG. 7, the photodiode is electrically isolated from other peripheral elements on the surface of the semiconductor substrate 101, and the width of the element isolation region can be reduced. Therefore, even when the pixel size is reduced, a sufficient amount of accumulated charge can be secured.

また、図8は、第2の従来例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部を含む断面構成を示している(例えば特許文献2参照)。   FIG. 8 shows a cross-sectional configuration including a photodiode portion in the solid-state imaging device according to the second conventional example (see, for example, Patent Document 2).

図8に示すように、半導体基板201上のP型ウエル領域202内には、表面反転層としての第1の不純物領域206とその下部の第2の不純物領域204とからなる埋め込みフォトダイオードである光電変換部215が形成されている。光電変換部215の周囲には、素子分離として機能するP型領域205、N型領域203、及びP型領域207が形成されている。なお、同図には、絶縁膜208、転送ゲート電極209、遮光膜210、層間絶縁膜211、反射防止膜212、及び表面保護膜213を示している。   As shown in FIG. 8, a P-type well region 202 on a semiconductor substrate 201 is a buried photodiode including a first impurity region 206 as a surface inversion layer and a second impurity region 204 therebelow. A photoelectric conversion unit 215 is formed. Around the photoelectric conversion portion 215, a P-type region 205, an N-type region 203, and a P-type region 207 functioning as element isolation are formed. In the figure, an insulating film 208, a transfer gate electrode 209, a light shielding film 210, an interlayer insulating film 211, an antireflection film 212, and a surface protective film 213 are shown.

図8に示した固体撮像装置によると、埋め込みフォトダイオードを構成する第1の不純物領域206は、光電変換部215の表面近傍の結晶欠陥に起因する暗電流や白キズの影響を低減することができる表面反転層であって、該表面反転層に従来のボロンに比べて拡散係数が小さいインジウムを導入することで、イオン注入後の熱処理工程後においても、急峻な不純物分布を保つことができる。このため、フォトダイオード表面から浅く且つ濃く分布した表面反転層を持った埋め込みフォトダイオードが形成されるため、フォトダイオードの飽和電荷量の向上と、暗電流や白キズ発生の抑制とが実現される。   According to the solid-state imaging device illustrated in FIG. 8, the first impurity region 206 constituting the embedded photodiode can reduce the influence of dark current and white scratches caused by crystal defects near the surface of the photoelectric conversion unit 215. By introducing indium having a smaller diffusion coefficient than conventional boron into the surface inversion layer, a steep impurity distribution can be maintained even after the heat treatment step after ion implantation. For this reason, an embedded photodiode having a surface inversion layer that is shallow and densely distributed from the surface of the photodiode is formed, so that it is possible to improve the saturation charge amount of the photodiode and to suppress the occurrence of dark current and white scratches. .

また、図9は、第3の従来例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部を含む断面構成を示している(例えば特許文献3参照)。   FIG. 9 shows a cross-sectional configuration including a photodiode portion in a solid-state imaging device according to a third conventional example (see, for example, Patent Document 3).

図9に示すように、半導体基板301上のP型ディープウエル308の上には、P型化したシリコン層310、P型プラグウエル310、及びP型表面側ウエル311が形成されている。P型化したシリコン層310の上にはN型シリコン層318が形成されており、該N型シリコン層を覆うようにP型チャネルストップ層306及びN型シリコン層319が形成されている。P型チャネルストップ層306の上には酸化シリコン膜305及び素子分離構造(STI)307が形成されている。 As shown in FIG. 9, a P-type silicon layer 310, a P-type plug well 310, and a P-type surface side well 311 are formed on a P-type deep well 308 on the semiconductor substrate 301. An N-type silicon layer 318 is formed on the P-type silicon layer 310, and a P + -type channel stop layer 306 and an N-type silicon layer 319 are formed so as to cover the N-type silicon layer. A silicon oxide film 305 and an element isolation structure (STI) 307 are formed on the P + type channel stop layer 306.

図9に示した固体撮像装置によると、N型シリコン層318及びP型シリコン層319からなる光電変換部320は、素子分離構造307によって電気的に分離されており、素子分離界面近傍にはBFが注入されたP型領域が形成されていることにより、素子分離界面の結晶欠陥に起因する白キズ数を低減できる。
特開2005−191262号公報 特開2006−186262号公報 特開2004−39832号公報
According to the solid-state imaging device shown in FIG. 9, the photoelectric conversion unit 320 composed of the N-type silicon layer 318 and the P + -type silicon layer 319 is electrically separated by the element isolation structure 307, and in the vicinity of the element isolation interface. By forming the P-type region into which BF 2 is implanted, the number of white scratches caused by crystal defects at the element isolation interface can be reduced.
JP 2005-191262 A JP 2006-186262 A JP 2004-39832 A

しかしながら、上記第1〜第3の従来例に係る固体撮像装置では、以下で説明する問題がある。   However, the solid-state imaging devices according to the first to third conventional examples have the problems described below.

まず、図7に示した第1の従来例に係る固体撮像装置では、素子分離層111を構成する下部110の周囲にはP型領域112が形成されているが、P型の埋め込み領域104とは接続されていない。このため、素子分離層111を構成する上部109の底面、つまり、P型埋め込み領域104とP型領域112との境界領域では、素子分離層111の界面からの暗電流が発生して、特性の悪化が起こる。また、素子分離層111を構成する上部109のエッジは、応力が集中しており、P型領域で覆われていないために、更なる暗電流が発生する。そして、素子分離層111を製造する方法として、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて素子分離層111の上部109を形成し、再びリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて素子分離層111を構成する下部110を形成するため、リソグラフィ法でのレジストパターン寸法のばらつき及びマスク合わせずれによる下部110の形成位置のずれが発生し、素子分離層111を構成する下部110の寸法及び位置が画素間及びウエハ間で異なる。その結果、蓄積電子数及び感度の性能ばらつきが発生して、高性能な固体撮像装置が実現されない。さらに、リソグラフィ工程を2度行う必要があるため、TATが長くなって高コストになる。   First, in the solid-state imaging device according to the first conventional example shown in FIG. 7, the P-type region 112 is formed around the lower part 110 constituting the element isolation layer 111. Is not connected. For this reason, dark current from the interface of the element isolation layer 111 is generated at the bottom surface of the upper part 109 constituting the element isolation layer 111, that is, the boundary region between the P-type buried region 104 and the P-type region 112, and the characteristic Deterioration occurs. Further, since stress is concentrated on the edge of the upper portion 109 constituting the element isolation layer 111 and is not covered with the P-type region, further dark current is generated. Then, as a method for manufacturing the element isolation layer 111, the upper portion 109 of the element isolation layer 111 is formed using a lithography method and a dry etching method, and the lower portion constituting the element isolation layer 111 again using a lithography method and a dry etching method. 110, the formation position of the lower portion 110 is shifted due to variations in resist pattern dimensions in lithography and mask misalignment, and the size and position of the lower portion 110 constituting the element isolation layer 111 are between pixels and between wafers. It is different. As a result, performance variations in the number of stored electrons and sensitivity occur, and a high-performance solid-state imaging device cannot be realized. Furthermore, since the lithography process needs to be performed twice, the TAT becomes longer and the cost is increased.

また、図8に示した第2の従来例に係る固体撮像装置では、MOS型固体撮像装置のセルサイズの微細化に伴い、隣接する画素との素子分離領域を狭小化するためには、STI構造が必要となるため、表面反転層にInを導入するだけでは、STI界面で発生する暗電流及び白キズ特性の改善は見込めない。さらに、表面で発生する結晶欠陥に起因する白キズ数の増加を低減するための十分な量のインジウムが、熱処理条件では、シリコンに固溶しない。   Further, in the solid-state imaging device according to the second conventional example shown in FIG. 8, in order to narrow the element isolation region with the adjacent pixels as the cell size of the MOS type solid-state imaging device is reduced, the STI is used. Since a structure is required, the improvement of dark current and white scratch characteristics generated at the STI interface cannot be expected only by introducing In to the surface inversion layer. Furthermore, a sufficient amount of indium for reducing the increase in the number of white scratches caused by crystal defects generated on the surface does not dissolve in silicon under the heat treatment conditions.

さらに、図9に示した第3の従来例に係る固体撮像装置では、P型を形成する際にB原子を用いているため、質量が軽いB原子は熱による拡散距離が長く、ナローチャネル効果によりって蓄積電荷数が減少する。   Further, in the solid-state imaging device according to the third conventional example shown in FIG. 9, since B atoms are used when forming the P-type, B atoms having a light mass have a long diffusion distance due to heat, and the narrow channel effect. As a result, the number of accumulated charges decreases.

前記に鑑み、本発明の目的は、素子分離領域としてSTIを用いた固体撮像装置であって、暗電流及び白キズの発生を低減すると共に、蓄積電荷数の増加を実現す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。   In view of the above, an object of the present invention is a solid-state imaging device using STI as an element isolation region, which reduces the occurrence of dark current and white scratches, and realizes an increase in the number of accumulated charges, and its It is to provide a manufacturing method.

上記の課題を解決するため、本発明の第1の形態に係る固体撮像装置は、シリコンからなる基板の上部に形成され、光電変換部を含む撮像領域と、基板のうち光電変換部を囲む部分の少なくとも一部に形成されたトレンチ素子分離と、撮像領域のうち、トレンチ素子分離によって光電変換部と電気的に分離される領域に形成されたMOS型トランジスタとを備え、トレンチ素子分離の側部及び底部の周囲を囲む部分は、光電変換部の電荷蓄積領域の導電型と異なる導電型の不純物であるインジウムを含む。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention is formed on an upper part of a substrate made of silicon, and includes an imaging region including a photoelectric conversion unit, and a portion surrounding the photoelectric conversion unit in the substrate A trench element isolation formed in at least a part of the MOS transistor, and a MOS transistor formed in a region of the imaging region that is electrically isolated from the photoelectric conversion unit by the trench element isolation. The portion surrounding the periphery of the bottom portion contains indium that is an impurity of a conductivity type different from the conductivity type of the charge storage region of the photoelectric conversion portion.

本発明の第1の形態に係る固体撮像装置によると、MOS型固体撮像装置のセルサイズの微細化のためにSTI構造のトレンチ素子分離を用いた場合に、トレンチ素子分離界面付近の結晶欠陥に起因する白キズ数の増加を抑えることができ、インジウムの拡散係数が低いことにより、ナローチャネル効果での光電変換部への蓄積電荷数の低減を改善することができる。   According to the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, when the trench element isolation of the STI structure is used for the miniaturization of the cell size of the MOS type solid-state imaging device, the crystal defect near the trench element isolation interface is caused. The increase in the number of white scratches caused can be suppressed, and since the indium diffusion coefficient is low, the reduction in the number of charges accumulated in the photoelectric conversion portion due to the narrow channel effect can be improved.

本発明の第1の形態に係る固体撮像装置において、光電変換部の電荷蓄積領域の導電型の不純物であるリン又は砒素のピーク値が、インジウムのピーク値とトレンチ素子分離界面との間に形成されていない構造を有する。   In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, the peak value of phosphorus or arsenic, which is a conductive impurity in the charge storage region of the photoelectric conversion unit, is formed between the peak value of indium and the trench element isolation interface. It has an unstructured structure.

この構造によると、トレンチ素子分離界面付近の結晶欠陥に起因する白キズ数の増加を抑えることができると共に、トレンチ素子分離界面に沿った領域にP型のインジウムとN型のリン又は砒素とで空乏層容量が形成され、光電変換される蓄積電荷量の増加及び感度向上が実現される。   According to this structure, an increase in the number of white scratches caused by crystal defects near the trench element isolation interface can be suppressed, and P-type indium and N-type phosphorus or arsenic are formed in the region along the trench element isolation interface. A depletion layer capacitance is formed, and an increase in the amount of accumulated charge photoelectrically converted and an improvement in sensitivity are realized.

本発明の第1の形態に係る固体撮像装置において、光電変換部の電荷蓄積領域の導電型の不純物であるリン又は砒素のピーク値が、インジウムのピーク値とトレンチ素子分離界面との間に形成されている構造を有する。   In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, the peak value of phosphorus or arsenic, which is a conductive impurity in the charge storage region of the photoelectric conversion unit, is formed between the peak value of indium and the trench element isolation interface. Has a structure.

この構造によると、リン又は砒素が、インジウムに比べて質量数が軽く注入時の分散が広く、また、約900度以下の熱処理では、リン及び砒素の拡散係数はインジウムより大きいため、インジウムによるP型領域に隣接してリン又は砒素によるN型領域との空乏層が形成される。さらに、PN接合の逆バイアス特性での電界強度を減少でき、再結合電流を低減して、白キズ及び暗電流特性を減少できる。   According to this structure, phosphorus or arsenic has a mass number smaller than that of indium and has a wide dispersion during implantation. Further, in a heat treatment of about 900 ° C. or less, the diffusion coefficient of phosphorus and arsenic is larger than that of indium. A depletion layer with an N-type region of phosphorus or arsenic is formed adjacent to the type region. Furthermore, the electric field strength in the reverse bias characteristic of the PN junction can be reduced, the recombination current can be reduced, and the white scratch and dark current characteristics can be reduced.

本発明の第1の形態に係る固体撮像装置において、トレンチ素子分離における底部に位置する部分に含まれるインジウムの濃度は、トレンチ素子分離における側部に位置する部分に含まれるインジウムの濃度よりも高い。   In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, the concentration of indium contained in the portion located at the bottom in the trench element isolation is higher than the concentration of indium contained in the portion located in the side in the trench element isolation. .

この構成により、PN接合により形成される空乏層の広がりがトレンチ素子分離界面まで到達しないため、結晶欠陥に起因する白キズの低減ができる。   With this configuration, since the spread of the depletion layer formed by the PN junction does not reach the trench element isolation interface, white scratches due to crystal defects can be reduced.

本発明の第2の形態に係る固体撮像装置は、シリコンからなる基板の上部に形成され、光電変換部を含む撮像領域と、基板のうち光電変換部を囲む部分の少なくとも一部に形成されたトレンチ素子分離と、撮像領域のうち、トレンチ素子分離によって光電変換部と電気的に分離される領域に形成されたMOS型トランジスタと、光電変換部に蓄積された電荷が転送される浮遊拡散層とを備え、光電変換部と浮遊拡散層との間には、インジウムを含む電気的分離領域をさらに備える。   The solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention is formed on an upper part of a substrate made of silicon, and is formed on at least a part of an imaging region including a photoelectric conversion unit and a portion of the substrate surrounding the photoelectric conversion unit. Trench element isolation, a MOS transistor formed in a region of the imaging region that is electrically isolated from the photoelectric conversion unit by trench element isolation, and a floating diffusion layer to which charges accumulated in the photoelectric conversion unit are transferred An electrical isolation region containing indium is further provided between the photoelectric conversion unit and the floating diffusion layer.

本発明の第2の形態に係る固体撮像装置によると、光電変換部と浮遊拡散層とを分離するP型領域の熱拡散による広がりを低減できるため、蓄積電荷量が増加する。また、インジウムの注入プロファィルの広がりは小さいため、空乏層容量を大きくでき、変換ゲインを改善できる。   According to the solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention, since the spread due to thermal diffusion of the P-type region that separates the photoelectric conversion unit and the floating diffusion layer can be reduced, the amount of accumulated charges increases. Also, since the spread of the indium implantation profile is small, the depletion layer capacitance can be increased and the conversion gain can be improved.

本発明の第1又は第2の形態に係る固体撮像装置において、光電変換部の電荷蓄積領域における上部は、電荷蓄積領域の導電型と異なる導電型の不純物であるインジウムを含む。   In the solid-state imaging device according to the first or second aspect of the present invention, the upper part of the charge storage region of the photoelectric conversion unit contains indium which is an impurity having a conductivity type different from the conductivity type of the charge storage region.

この構成により、光電変換部の電荷蓄積領域のN型領域はインジウムの拡散距離が短いため、電荷蓄積領域の上部のP型領域及びトレンチ素子分離界面層が熱によって広がっても、電荷蓄積領域が十分確保される。つまり、蓄積電荷量は熱処理によって低減しにくい構造が実現される。   With this configuration, the N-type region of the charge storage region of the photoelectric conversion unit has a short indium diffusion distance. Therefore, even if the P-type region above the charge storage region and the trench element isolation interface layer are spread by heat, the charge storage region is Sufficiently secured. That is, a structure in which the accumulated charge amount is difficult to reduce by heat treatment is realized.

本発明の一形態に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコンからなる基板の上にハードマスク膜又はレジスト膜を形成してパターニングを行うことにより、ハードマスク膜又はレジスト膜に開口部を形成する工程(a)と、ハードマスク膜又はレジスト膜をマスクとしてエッチングを行うことにより、基板にトレンチ溝を形成する工程(b)と、工程(b)よりも後に、基板におけるトレンチ溝の側部及び底部に、インジウムのイオン注入を行うと共に、砒素又はリンのイオン注入を行う工程(c)と、工程(c)よりも後に、トレンチ溝にトレンチ素子分離を形成する工程(d)とを備える。   In a method for manufacturing a solid-state imaging device according to one aspect of the present invention, an opening is formed in a hard mask film or a resist film by forming a hard mask film or a resist film on a substrate made of silicon and performing patterning. A step (a), a step (b) of forming a trench groove in the substrate by etching using a hard mask film or a resist film as a mask, and a side of the trench groove in the substrate after the step (b), and A step (c) of performing ion implantation of indium and an ion implantation of arsenic or phosphorus at the bottom, and a step (d) of forming trench element isolation in the trench groove after the step (c) are provided.

これにより、トレンチ素子分離近傍に形成されるPN接合は、リソグラフィ工程を必要とすることなくセルフアラインで形成されるため、光電変換部毎のマスクずれによる蓄積電荷量のバラツキを低減することができる。   As a result, the PN junction formed in the vicinity of the trench element isolation is formed by self-alignment without the need for a lithography process, so that variation in the amount of accumulated charge due to mask displacement for each photoelectric conversion unit can be reduced. .

本発明の一形態に係る固体撮像装置の製造方法において、工程(c)において、インジウムのイオン注入エネルギーは、リン又は砒素のイオン注入エネルギーよりも小さい。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, in the step (c), the ion implantation energy of indium is smaller than the ion implantation energy of phosphorus or arsenic.

これにより、トレンチ素子分離界面近傍まで空乏層が広がることを防止して、トレンチ素子分離界面の結晶欠陥に起因する白キズ数を低減できる。   Thereby, it is possible to prevent the depletion layer from spreading to the vicinity of the trench element isolation interface, and to reduce the number of white defects caused by crystal defects at the trench element isolation interface.

本発明の固体撮像装置及び製造方法によると、STI構造の素子分離領域を用いても、素子分離領域界面付近の結晶欠陥に起因する白キズ数を低減できると共に、蓄積電荷数が増加する構造を有する固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the number of white defects caused by crystal defects near the interface of the element isolation region and increase the number of accumulated charges even when the element isolation region of the STI structure is used. The solid-state imaging device and the manufacturing method thereof can be realized.

まず、本発明の各実施形態に係るMOS型固体撮像装置に共通する基本的な回路構成について説明する。   First, a basic circuit configuration common to the MOS type solid-state imaging device according to each embodiment of the present invention will be described.

図1は、MOS型固体撮像装置の基本的な回路構成を示している。   FIG. 1 shows a basic circuit configuration of a MOS type solid-state imaging device.

図1に示すように、複数の画素16がマトリックス状に配列された撮像領域17と、画素を選択するための垂直シフトレジスタ18及び信号を出力する水平シフトレジスタ19と、垂直シフトレジスタ18及び水平シフトレジスタ20に必要なパルスを供給するタイミング発生回路20とが1つの基板(図示せず)の上に設けられている。   As shown in FIG. 1, an imaging region 17 in which a plurality of pixels 16 are arranged in a matrix, a vertical shift register 18 for selecting pixels, a horizontal shift register 19 for outputting a signal, a vertical shift register 18 and a horizontal A timing generation circuit 20 that supplies necessary pulses to the shift register 20 is provided on one substrate (not shown).

撮像領域17に配置された各画素16は、光電変換を行うフォトダイオード(光電変換部)11とこれに付随するMOS型トランジスタとからなり、フォトダイオード11で光電変換された電荷は転送トランジスタ12によって、浮遊拡散層であるフローティングディフュージョン部(図示せず)に転送される。フローティングディフュージョンは、ドレインが電源23に接続されたリセットトランジスタ13のソースと共有されている。ドレインが電源23に接続された増幅用トランジスタ14のゲートは、フローティングディフュージョンと接続されている。また、増幅トランジスタ14のソースは、選択トランジスタ15のドレインと接続されて、選択トランジスタ15のソースは、出力信号線25と接続されている。   Each pixel 16 arranged in the imaging region 17 includes a photodiode (photoelectric conversion unit) 11 that performs photoelectric conversion and a MOS transistor that accompanies the photodiode 11, and the electric charge photoelectrically converted by the photodiode 11 is transferred by the transfer transistor 12. And transferred to a floating diffusion part (not shown) which is a floating diffusion layer. The floating diffusion is shared with the source of the reset transistor 13 whose drain is connected to the power supply 23. The gate of the amplifying transistor 14 whose drain is connected to the power supply 23 is connected to the floating diffusion. The source of the amplification transistor 14 is connected to the drain of the selection transistor 15, and the source of the selection transistor 15 is connected to the output signal line 25.

転送トランジスタ12のゲート、リセットトランジスタ13のゲート及び選択用トランジスタ15の各ゲートは、それぞれ垂直シフトレジスタ18からの出力パルス線21、出力パルス線22及び出力パルス線24に接続されている。   The gate of the transfer transistor 12, the gate of the reset transistor 13, and the gates of the selection transistor 15 are connected to the output pulse line 21, the output pulse line 22, and the output pulse line 24 from the vertical shift register 18, respectively.

以下に、本発明に係るMOS型固体撮像装置の具体的な特徴について、各実施形態に分けて説明する。   Hereinafter, specific features of the MOS solid-state imaging device according to the present invention will be described separately for each embodiment.

(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード及び活性領域を含む部分の断面構造を示している。なお、半導体基板上に形成される配線及び層間膜は省略している。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a portion including a photodiode and an active region in the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. Note that wirings and interlayer films formed on the semiconductor substrate are omitted.

図1に示すように、光電変換部であるフォトダイオード30は、シリコン基板31の表面からPNP型の構造を有しており、該PNP型の構造は、N型からなるシリコン基板31の最上面に設けられたP型表面層36と(表面暗電流抑制領域)、P型表面層36の下に順に設けられた電荷蓄積領域である、N型シリコン層33及びP型シリコン層34とからなる。 As shown in FIG. 1, the photodiode 30 that is a photoelectric conversion unit has a P + NP type structure from the surface of the silicon substrate 31, and the P + NP type structure is an N type. A P + type surface layer 36 (surface dark current suppression region) provided on the uppermost surface of the silicon substrate 31, an N type silicon layer 33, which is a charge storage region provided in order below the P + type surface layer 36, and And a P type silicon layer 34.

フォトダイオード30に入射した光は、PN接合界面に到達すると光電変換されて正孔と電子とを発生させる。そして、入射光量に応じた信号電荷(電子)が、N型シリコン層33とP型表面層36との間に生じる空乏領域、N型シリコン層33とP型シリコン層32との間に生じる空乏層領域、P型側壁層38(側壁暗電流抑制領域)とN型シリコン層33との間に生じる空乏層領域に主に蓄積される。なお、最上面に設けられたP型表面層36は、フォトダイオード30の表面において結晶欠陥に起因する熱エネルギー等でランダムに発生する電荷が光電変換された蓄積電荷と混合するのを電気的障壁で妨げている。 When the light incident on the photodiode 30 reaches the PN junction interface, it is photoelectrically converted to generate holes and electrons. A signal charge (electrons) corresponding to the amount of incident light is generated between the N-type silicon layer 33 and the P + -type surface layer 36, and between the N-type silicon layer 33 and the P -type silicon layer 32. The accumulated depletion layer region is mainly accumulated in the depletion layer region formed between the P + type side wall layer 38 (side wall dark current suppression region) and the N type silicon layer 33. The P + type surface layer 36 provided on the uppermost surface electrically mixes the charge generated randomly due to thermal energy or the like due to crystal defects on the surface of the photodiode 30 with the accumulated charge obtained by photoelectric conversion. Blocked by barriers.

フォトダイオード30で蓄積された電荷は、各フォトダイオード30と隣接する位置に存在するMOSトランジスタ(例えば図1参照)を用いて読み出される。そして、フォトダイオード30とMOSトランジスタの活性領域37とを電気的に分離するために、STI(shallow trench isolation)からなる素子分離領域(トレンチ素子分離)39が形成されている。素子分離領域39の側部及び底部には、P型側壁層38が設けられており、P型表面層36と同様の効果で、素子分離領域39と接するシリコン基板31の界面からランダムに発生する電荷が光電変換された蓄積電荷と混合するのを電気的障壁で妨げている。したがって、P型側壁層38は、固体撮像装置のノイズ特性を低減するために必要である。また、このP型側壁層38によって、P型表面層36とP型シリコン層34とが電気的に接続されている。 The charges accumulated in the photodiodes 30 are read out using MOS transistors (see, for example, FIG. 1) that exist at positions adjacent to the photodiodes 30. In order to electrically isolate the photodiode 30 and the active region 37 of the MOS transistor, an element isolation region (trench element isolation) 39 made of STI (shallow trench isolation) is formed. P + -type sidewall layers 38 are provided on the side and bottom of the element isolation region 39, and are randomly generated from the interface of the silicon substrate 31 in contact with the element isolation region 39 with the same effect as the P + -type surface layer 36. An electric barrier prevents the generated charges from mixing with the photoelectrically stored charges. Therefore, the P + -type sidewall layer 38 is necessary for reducing the noise characteristics of the solid-state imaging device. Further, the P + type surface layer 36 and the P type silicon layer 34 are electrically connected by the P + type side wall layer 38.

さらに、P型側壁層38にはインジウムが導入されている。インジウムは、従来導入されていたB(ボロン元素)に比べて、質量数が大きく、拡散係数が小さい。例えば、900℃での拡散係数は、ボロンが約2×10−15(cm/s)であり、インジウムが約3×10−16(cm/s)であり、インジウムの方が熱拡散距離が短い。このため、素子分離領域39の側壁にP型側壁層38を形成した後に、熱処理を追加した場合、インジウムが導入されたP領域の広がりは、ボロンを導入した場合に比べて狭くなる。したがって、フォトダイオード30のナローチャネル効果が低減されるため、蓄積電荷量を確保することができる。また、素子分離領域39の界面に隣接した領域にP型ドーパントのインジウムを導入していることにより、界面表面に形成された酸化膜のパイロアップ減少がボロンに比べて低減できるため、必要以上に注入量を増加させることなく、急峻な注入プロファィル設計ができる。このため、原子が酸化膜界面近傍の結晶欠陥に起因するフォトダイオード30の白キズ及び暗電流特性を低減している。また、P型表面反転層36にインジウムを導入すれば、上記と同様の理由により、フォトダイオード30の蓄積電荷量をさらに確保できる。 Further, indium is introduced into the P + type sidewall layer 38. Indium has a larger mass number and a smaller diffusion coefficient than B (boron element) introduced conventionally. For example, the diffusion coefficient at 900 ° C. is about 2 × 10 −15 (cm 2 / s) for boron and about 3 × 10 −16 (cm 2 / s) for indium. The distance is short. For this reason, when heat treatment is added after the P + -type sidewall layer 38 is formed on the sidewall of the element isolation region 39, the spread of the P + region into which indium has been introduced becomes narrower than when boron is introduced. Therefore, since the narrow channel effect of the photodiode 30 is reduced, the amount of accumulated charge can be ensured. In addition, since P-type dopant indium is introduced into a region adjacent to the interface of the element isolation region 39, a decrease in pyroup of the oxide film formed on the interface surface can be reduced as compared with boron. A steep injection profile can be designed without increasing the injection amount. For this reason, white scratches and dark current characteristics of the photodiode 30 due to crystal defects in the vicinity of the oxide film interface are reduced. Further, if indium is introduced into the P + -type surface inversion layer 36, the accumulated charge amount of the photodiode 30 can be further ensured for the same reason as described above.

以下に、図2に示した本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置における特徴部分である素子分離領域39及びP型側壁層38を製造する方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the element isolation region 39 and the P + -type side wall layer 38 which are characteristic portions in the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 2 will be described.

図3(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置における素子分離領域39及びP型側壁層38を製造する工程を主として説明するための工程断面図を示している。 3A to 3D are process cross-sectional views for mainly explaining a process of manufacturing the element isolation region 39 and the P + type sidewall layer 38 in the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. Show.

まず、図3(a)に示すように、シリコン基板31の上に、例えば厚さ1nm〜50nm程度のシリコン酸化膜からなるパッド絶縁膜41を形成する。続いて、パッド絶縁膜41の上に、例えば厚さ50nm〜400nmのシリコン窒化膜等からなる耐酸化性膜42を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, a pad insulating film 41 made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 1 nm to 50 nm is formed on a silicon substrate 31. Subsequently, an oxidation resistant film 42 made of, for example, a silicon nitride film having a thickness of 50 nm to 400 nm is formed on the pad insulating film 41.

次に、図3(b)に示すように、耐酸化性膜42の上に、所定の領域に開口を有するレジストパターン(図示せず)を形成した後に、該レジストパターンをマスクに用いてエッチングすることにより、パッド絶縁膜41と耐酸化性膜42とを選択的に除去して、シリコン基板31上の所定の領域を露出する開口部43を形成する。その後、レジストパターンを除去する。なお、開口部43の幅は、0.10μm〜10.0μm程度で、開発する画素サイズ及びCMOSプロセスルールに依存する。続いて、ドライエッチング法により、シリコン基板31に開口部43に連通するトレンチ溝44を形成する。トレンチ溝44の深さは、隣接する活性領域39(後述)とフォトダイオード30とを電気的に分離するために、150〜500nm程度としている。なお、ここでは、レジストパターンを除去した後に、耐酸化性膜42をハードマスク膜としてトレンチ溝44を形成する場合について説明したが、レジストパターンを除去することなくトレンチ溝44を形成してもよい。また、ハードマスク膜として、ここではシリコン窒化膜を用いたが、シリコン酸化膜を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 3B, after forming a resist pattern (not shown) having an opening in a predetermined region on the oxidation resistant film 42, etching is performed using the resist pattern as a mask. Thus, the pad insulating film 41 and the oxidation resistant film 42 are selectively removed, and an opening 43 exposing a predetermined region on the silicon substrate 31 is formed. Thereafter, the resist pattern is removed. The width of the opening 43 is about 0.10 μm to 10.0 μm and depends on the pixel size to be developed and the CMOS process rule. Subsequently, a trench groove 44 communicating with the opening 43 is formed in the silicon substrate 31 by dry etching. The depth of the trench 44 is about 150 to 500 nm in order to electrically isolate the adjacent active region 39 (described later) and the photodiode 30 from each other. Here, the case where the trench groove 44 is formed using the oxidation resistant film 42 as a hard mask film after removing the resist pattern has been described. However, the trench groove 44 may be formed without removing the resist pattern. . Further, although a silicon nitride film is used here as the hard mask film, a silicon oxide film may be used.

次に、図3(c)に示すように、イオン注入法を用いて、インジウムのイオン注入を行うことにより、トレンチ溝44の底部及び側部にP型側壁層38を形成する。つまり、P型側壁層38は、素子分離領域39(後述)の底部及び側部に位置することになる。この工程では、耐酸化性膜42をマスクとしてリソグラフィ工程を行う必要がないため、マスク合わせずれによる各画素間のバラツキなく、素子分離領域39(後述)の底部及び側部に位置する領域にインジウムを導入することができる。本実施形態では、インジウムの注入は、30keV〜500keV程度の注入エネルギーで、1×1012〜1×1013(個/cm)程度の注入量で行っている。なお、P型側壁層38について、素子分離領域39(後述)の側部に位置する領域に含まれるインジウムの注入量は、同底部に位置する領域に含まれるインジウムの注入量よりも多い、すなわち、注入濃度が高い。これにより、パンチスルーを防止して、隣接する活性領域(図2参照)37との電気的分離特性を確保している。 Next, as shown in FIG. 3C, indium ion implantation is performed using an ion implantation method, thereby forming a P + -type sidewall layer 38 at the bottom and side portions of the trench groove 44. That is, the P + -type side wall layer 38 is located at the bottom and side of the element isolation region 39 (described later). In this process, since it is not necessary to perform a lithography process using the oxidation resistant film 42 as a mask, there is no variation between pixels due to mask misalignment, and indium is formed in regions located at the bottom and sides of an element isolation region 39 (described later). Can be introduced. In the present embodiment, indium is implanted with an implantation energy of about 30 keV to 500 keV and an implantation amount of about 1 × 10 12 to 1 × 10 13 (pieces / cm 3 ). For the P + type sidewall layer 38, the indium injection amount contained in the region located on the side of the element isolation region 39 (described later) is larger than the indium injection amount contained in the region located on the bottom. That is, the implantation concentration is high. This prevents punch-through and secures electrical isolation characteristics from the adjacent active region 37 (see FIG. 2).

次に、図3(d)に示すように、開口部43及びトレンチ溝44にシリコン酸化膜を埋め込んだ後に、CMP(chemical mechanical polishing)法を用いて表面を平坦化する。その後、耐酸化性膜42を除去することにより、底部及び側部にP型側壁層38が位置する素子分離領域39が形成される。以後の工程は、MOS型トランジスタ形成を形成するための各種注入工程、フォトダイオード30を形成するための各種注入工程、ゲート形成工程、及び配線形成工程を公知の方法で行うことにより、固体撮像装置が形成される。 Next, as shown in FIG. 3D, after the silicon oxide film is embedded in the opening 43 and the trench groove 44, the surface is flattened by using a CMP (chemical mechanical polishing) method. Thereafter, by removing the oxidation resistant film 42, an element isolation region 39 in which the P + type side wall layer 38 is located at the bottom and side portions is formed. Subsequent steps include performing various implantation steps for forming the MOS transistor formation, various implantation steps for forming the photodiode 30, a gate formation step, and a wiring formation step by a known method. Is formed.

以上で説明した本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、蓄積電荷量が従来比で1.1倍以上の値が実現され、白キズ数及び平均暗電流も従来比で半減以下の値が実現された。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention described above, the accumulated charge amount is 1.1 times or more than the conventional value, and the number of white scratches and the average dark current are also increased. A value less than half of the conventional value was realized.

(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード及び活性領域を含む部分の断面構造を示している。なお、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置は、上述した本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置と比較して、N型追加不純物領域51をさらに備えている点で異なり、その他の構成は同様であるため、以下ではその異なる点を中心に説明することとする。   FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a portion including a photodiode and an active region in a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. Note that the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention further includes an N-type additional impurity region 51 as compared with the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention described above. Since the other configurations are the same, different points will be mainly described below.

図4に示すように、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置は、インジウムが導入されたP型側壁層38とフォトダイオード30を構成するN型シリコン層33との双方に隣接するように、N型追加不純物領域51が形成されている。これにより、素子分離領域39の界面に発生する結晶欠陥に起因する白キズを低減するP型側壁層38とN型追加不純物領域51とにより、空乏層による大容量が形成される。したがって、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置は、第1の実施形態に係る固体撮像装置と比較して、光電変換された電荷蓄積量が増加すると共に感度が増加する。 As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention is adjacent to both the P + type sidewall layer 38 into which indium is introduced and the N type silicon layer 33 constituting the photodiode 30. Thus, an N-type additional impurity region 51 is formed. As a result, a large capacity is formed by the depletion layer by the P + -type side wall layer 38 and the N-type additional impurity region 51 that reduce white defects caused by crystal defects generated at the interface of the element isolation region 39. Therefore, in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, the charge accumulation amount obtained by photoelectric conversion increases and the sensitivity increases as compared with the solid-state imaging device according to the first embodiment.

以下に、図4に示した本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置における特徴部分である素子分離領域39、P型側壁層38、及びN型追加不純物領域51を製造する方法について説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing the element isolation region 39, the P + -type side wall layer 38, and the N-type additional impurity region 51, which are characteristic portions in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. explain.

図5(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置における素子分離領域39、P型側壁層38、及びN型追加不純物領域51を製造する工程を主として説明するための工程断面図を示している。 5A and 5B mainly show a process of manufacturing the element isolation region 39, the P + -type sidewall layer 38, and the N-type additional impurity region 51 in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. Process sectional drawing for demonstrating is shown.

まず、上述した本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における図3(a)及び(b)を用いた説明と同様の工程を行う。   First, steps similar to those described with reference to FIGS. 3A and 3B in the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention described above are performed.

次に、図5(a)に示すように、イオン注入法を用いて、インジウムのイオン注入と、砒素又はリンのイオン注入とを行うことにより、トレンチ溝44の底部及び側部に、P型側壁層38と、N型追加不純物領域51とを順に形成する。この工程では、耐酸化性膜42をマスクとしてリソグラフィ工程を行う必要がないため、マスク合わせずれによる各画素間のバラツキなく、素子分離領域39(後述)の底部及び側部に位置する領域にインジウムを導入すると共に砒素又はリンを導入することができる。本実施形態では、インジウムの注入は、30〜300keV程度の注入エネルギーで、1×1012〜1×1013(個/cm)程度の注入量で行っている。また、N型追加不純物領域51を形成する際に砒素を用いる場合は、30〜260keV程度の注入エネルギーで、1×1011〜1×1013(個/cm)程度の注入量で行っている。また、N型追加不純物領域51を形成する際にリンを用いる場合は、20〜120keV程度の注入エネルギーで、1×1011〜1×1013(個/cm)程度の注入量で行っている。 Next, as shown in FIG. 5A, by using an ion implantation method, an indium ion implantation and an arsenic or phosphorus ion implantation are performed to form P + on the bottom and side portions of the trench groove 44. A mold side wall layer 38 and an N-type additional impurity region 51 are formed in this order. In this process, since it is not necessary to perform a lithography process using the oxidation resistant film 42 as a mask, there is no variation between pixels due to mask misalignment, and indium is formed in regions located at the bottom and sides of an element isolation region 39 (described later). And arsenic or phosphorus can be introduced. In this embodiment, indium is implanted at an implantation energy of about 30 to 300 keV and an implantation amount of about 1 × 10 12 to 1 × 10 13 (pieces / cm 3 ). Further, when arsenic is used when forming the N-type additional impurity region 51, it is performed with an implantation energy of about 30 to 260 keV and an implantation amount of about 1 × 10 11 to 1 × 10 13 (pieces / cm 3 ). Yes. Further, when phosphorus is used when forming the N-type additional impurity region 51, it is performed with an implantation energy of about 20 to 120 keV and an implantation amount of about 1 × 10 11 to 1 × 10 13 (pieces / cm 3 ). Yes.

次に、図5(b)に示すように、開口部43及びトレンチ溝44にシリコン酸化膜を埋め込んだ後に、CMP法を用いて表面を平坦化する。その後、耐酸化性膜42を除去することにより、素子分離領域39を形成する。以後の工程は、MOS型トランジスタ形成を形成するための各種注入工程、フォトダイオード30を形成するための各種注入工程、ゲート形成工程、及び配線形成工程を公知の方法で行うことにより、固体撮像装置が形成される。   Next, as shown in FIG. 5B, after the silicon oxide film is embedded in the opening 43 and the trench groove 44, the surface is flattened using the CMP method. Thereafter, the element isolation region 39 is formed by removing the oxidation resistant film 42. Subsequent steps include performing various implantation steps for forming the MOS transistor formation, various implantation steps for forming the photodiode 30, a gate formation step, and a wiring formation step by a known method. Is formed.

以上で説明した本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、蓄積電荷量が従来比で1.2倍以上の値が実現され、白キズ数及び平均暗電流も従来比で半減以下の値が実現された。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention described above, the accumulated charge amount is 1.2 times or more than the conventional value, and the number of white scratches and the average dark current are also increased. A value less than half of the conventional value was realized.

なお、本実施形態では、素子分離領域39の界面となる領域にP型側壁層38及びN型追加不純物領域51を設ける際、素子分離領域39からインジウム注入のピーク位置までの距離が、リン又は砒素注入のピーク位置までの距離に比べて短い場合には、空乏層容量の大容量化が可能となり、蓄積電荷量が従来比で1.3倍以上の値が実現される。また、素子分離領域39からインジウム注入のピーク位置までの距離が、リン又は砒素注入のピーク位置までの距離に比べて長い場合には、インジウム注入でリソグラフィ工程を必要とせずに素子分離領域3の界面から深くまで注入できて、N型追加不純物領域51とのPN接合容量を形成できて蓄積電荷量が従来比で1.2倍以上となる。そして、白キズ数が従来比で3分の1以下となる。つまり、インジウムの質量数がリン又は砒素に比べて大きいため、インジウム注入時の広がりを狭くできる。このため、耐酸化性膜42を用いて、P型側壁層38を形成する際に注入ピーク位置を素子分離領域39の界面から離すことができる。したがって、白キズ数を従来比に比べて低減できると共に、蓄積電荷量を確保することができる。 In the present embodiment, when the P + -type sidewall layer 38 and the N-type additional impurity region 51 are provided in the region serving as the interface of the element isolation region 39, the distance from the element isolation region 39 to the peak position of indium implantation is Alternatively, when the distance to the peak position of arsenic implantation is short, the capacity of the depletion layer can be increased, and the accumulated charge amount can be 1.3 times or more than the conventional value. Further, when the distance from the element isolation region 39 to the peak position of indium implantation is longer than the distance to the peak position of phosphorus or arsenic implantation, the element isolation region 3 can be formed without requiring a lithography process by indium implantation. It can be implanted deeply from the interface, can form a PN junction capacitance with the N-type additional impurity region 51, and the accumulated charge amount is 1.2 times or more than the conventional one. And the number of white scratches becomes 1/3 or less than the conventional one. That is, since the mass number of indium is larger than that of phosphorus or arsenic, the spread at the time of indium implantation can be narrowed. Therefore, the injection peak position can be separated from the interface of the element isolation region 39 when the P + -type sidewall layer 38 is formed using the oxidation resistant film 42. Therefore, the number of white scratches can be reduced as compared with the conventional one, and the accumulated charge amount can be secured.

−変形例−
図6は、上述した本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置を、フォトダイオード30で光電変換された電荷を、ゲート酸化膜63上に形成された転送ゲート64を介して、浮遊拡散層61へ転送するFDA(Floating Diffusion Amplifier)型の固体撮像装置に適用した場合の構造を示している。なお、ここでは、第2の実施形態に係る固体撮像装置に対しても同様に適用可能である。
-Modification-
FIG. 6 shows the solid state imaging device according to the first embodiment of the present invention described above, in which floating charges are diffused through the transfer gate 64 formed on the gate oxide film 63. A structure when applied to an FDA (Floating Diffusion Amplifier) type solid-state imaging device that transfers to a layer 61 is shown. Here, the present invention can be similarly applied to the solid-state imaging device according to the second embodiment.

図6に示すように、FDA型の固体撮像装置に適用すると、N型シリコン層33と浮遊拡散層61とを電気的に分離する分離注入層62を設ける必要がある。そこで、従来はP型ドーパントになるボロンを用いていたが、インジウムを導入した分離注入層62を用いることで、P型ドーパントの注入プロファィルを急峻にできるため、浮遊拡散層61の空乏層容量を増加して、出力電圧を従来比で1.1倍以上に高くできる。また、N型シリコン層33の方向への分離注入層62の熱拡散の広がりを低減できるため、蓄積電荷量を従来比で1.1倍以上にできる。   As shown in FIG. 6, when applied to an FDA type solid-state imaging device, it is necessary to provide a separate injection layer 62 for electrically separating the N-type silicon layer 33 and the floating diffusion layer 61. Therefore, boron which is a P-type dopant has been conventionally used. However, since the implantation profile of the P-type dopant can be sharpened by using the separation injection layer 62 into which indium is introduced, the depletion layer capacity of the floating diffusion layer 61 is reduced. The output voltage can be increased by 1.1 times or more compared to the conventional case. Further, since the spread of the thermal diffusion of the separation injection layer 62 in the direction of the N-type silicon layer 33 can be reduced, the amount of accumulated charges can be 1.1 times or more compared with the conventional case.

以上説明したように、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、素子分離領域の界面にインジウムのP型ドーパントを用いることにより、素子分離領域のエッジ部及び界面に起因して発生する電荷に由来するランダムノイズ及び白キズの発生を防止して、感度低下の無い高感度な固体撮像装置、及びセルサイズが縮小化しても蓄積電荷数を増加できる固体撮像装置を実現できる。また、フォトダイオードの電荷蓄積領域のN型シリコン層と浮遊拡散層とを電気的に分離する分離注入層にインジウムのP型ドーパントを用いることにより、浮遊拡散層の容量を大きくして出力電圧を高くすることができる。さらに、蓄積電荷数を増加させることができる。このように、本発明は、半導体基板上に複数の画素を有する撮像領域が設けられた固体撮像装置及びその製造方法にとって有用である。   As described above, according to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the P-type dopant of indium is used at the interface of the element isolation region, which is generated due to the edge portion and interface of the element isolation region. It is possible to realize a high-sensitivity solid-state imaging device that does not cause a reduction in sensitivity and can increase the number of accumulated charges even when the cell size is reduced by preventing the generation of random noise and white scratches derived from electric charges. In addition, by using a P-type dopant of indium for the isolation implantation layer that electrically isolates the N-type silicon layer and the floating diffusion layer in the charge storage region of the photodiode, the capacitance of the floating diffusion layer is increased and the output voltage is increased. Can be high. Furthermore, the number of accumulated charges can be increased. As described above, the present invention is useful for a solid-state imaging device in which an imaging region having a plurality of pixels is provided on a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof.

本発明の各実施形態に共通する固体撮像装置の基本的な回路構成図である。It is a basic circuit block diagram of the solid-state imaging device common to each embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造断面図である。1 is a structural cross-sectional view including a photodiode portion in a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. (a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造の製造方法を順に示す工程断面図である。(A)-(d) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the structure containing the photodiode part in the solid-state imaging device concerning the 1st Embodiment of this invention in order. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造断面図である。FIG. 6 is a structural cross-sectional view including a photodiode portion in a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention. (a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造の製造方法を順に示す工程断面図である。(A) And (b) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the structure containing the photodiode part in the solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention in order. 本発明の各実施形態の変形例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分及び浮遊拡散層を含む構造断面図である。FIG. 6 is a structural cross-sectional view including a photodiode portion and a floating diffusion layer in a solid-state imaging device according to a modification of each embodiment of the present invention. 第1の従来例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造断面図である。It is structure sectional drawing containing the photodiode part in the solid-state imaging device which concerns on a 1st prior art example. 第2の従来例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造断面図である。It is structure sectional drawing containing the photodiode part in the solid-state imaging device which concerns on a 2nd prior art example. 第3の従来例に係る固体撮像装置におけるフォトダイオード部分を含む構造断面図である。It is structure sectional drawing containing the photodiode part in the solid-state imaging device which concerns on a 3rd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11 フォトダイオード
12 転送トランジスタ
13 リセットトランジスタ
14 増幅用トランジスタ
15 選択トランジスタ
16 画素
17 撮像領域
18 垂直シフトレジスタ
19 水平シフトレジスタ
20 タイミング発生回路
21 出力パルス線
22 出力パルス線
23 電源
24 出力パルス線
25 出力信号線
31 シリコン基板
30 フォトダイオード
32 P型シリコン層
33 N型シリコン層
34 P型シリコン層
36 P型表面層
37 活性領域
38 P型側壁層
39 素子分離領域
41 パッド絶縁膜
42 耐酸化性膜
43 開口部
44 トレンチ溝
51 N型追加不純物領域
61 浮遊拡散層
62 分離注入層
63 ゲート酸化膜
64 転送ゲート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Photodiode 12 Transfer transistor 13 Reset transistor 14 Amplifying transistor 15 Selection transistor 16 Pixel 17 Imaging area 18 Vertical shift register 19 Horizontal shift register 20 Timing generation circuit 21 Output pulse line 22 Output pulse line 23 Power supply 24 Output pulse line 25 Output signal Line 31 Silicon substrate 30 Photodiode 32 P - type silicon layer 33 N-type silicon layer 34 P-type silicon layer 36 P + -type surface layer 37 Active region 38 P + -type side wall layer 39 Element isolation region 41 Pad insulating film 42 Oxidation resistance Film 43 Opening 44 Trench groove 51 N-type additional impurity region 61 Floating diffusion layer 62 Separation / implantation layer 63 Gate oxide film 64 Transfer gate

Claims (8)

シリコンからなる基板の上部に形成され、光電変換部を含む撮像領域と、
前記基板のうち前記光電変換部を囲む部分の少なくとも一部に形成されたトレンチ素子分離と、
前記撮像領域のうち、前記トレンチ素子分離によって前記光電変換部と電気的に分離される領域に形成されたMOS型トランジスタとを備え、
前記トレンチ素子分離の側部及び底部の周囲を囲む部分は、前記光電変換部の電荷蓄積領域の導電型と異なる導電型の不純物であるインジウムを含む、固体撮像装置。
An imaging region formed on a silicon substrate and including a photoelectric conversion unit;
Trench element isolation formed in at least part of a portion surrounding the photoelectric conversion portion of the substrate;
A MOS transistor formed in a region electrically isolated from the photoelectric conversion unit by the trench element isolation in the imaging region;
The part surrounding the periphery of the side and bottom of the trench element isolation is a solid-state imaging device including indium which is an impurity of a conductivity type different from the conductivity type of the charge storage region of the photoelectric conversion unit.
前記光電変換部の電荷蓄積領域の導電型の不純物であるリン又は砒素のピーク値が、前記インジウムのピーク値と前記トレンチ素子分離界面との間に形成されていない構造を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The structure according to claim 1, wherein a peak value of phosphorus or arsenic that is a conductive impurity in the charge storage region of the photoelectric conversion unit is not formed between the peak value of the indium and the trench element isolation interface. The solid-state imaging device described. 前記光電変換部の電荷蓄積領域の導電型の不純物であるリン又は砒素のピーク値が、前記インジウムのピーク値と前記トレンチ素子分離界面との間に形成されている構造を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The structure according to claim 1, wherein a peak value of phosphorus or arsenic, which is a conductive impurity in the charge storage region of the photoelectric conversion unit, is formed between the peak value of the indium and the trench element isolation interface. The solid-state imaging device described. 前記トレンチ素子分離における底部に位置する部分に含まれる前記インジウムの濃度は、前記トレンチ素子分離における側部に位置する部分に含まれる前記インジウムの濃度よりも高い、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の固体撮像装置。   The density | concentration of the said indium contained in the part located in the bottom part in the said trench element isolation is higher than the density | concentration of the said indium contained in the part located in the side part in the said trench element isolation. The solid-state imaging device according to claim 1. シリコンからなる基板の上部に形成され、光電変換部を含む撮像領域と、
前記基板のうち前記光電変換部を囲む部分の少なくとも一部に形成されたトレンチ素子分離と、
前記撮像領域のうち、前記トレンチ素子分離によって前記光電変換部と電気的に分離される領域に形成されたMOS型トランジスタと、
前記光電変換部に蓄積された電荷が転送される浮遊拡散層とを備え、
前記光電変換部と前記浮遊拡散層との間には、インジウムを含む電気的分離領域をさらに備える、固体撮像装置。
An imaging region formed on a silicon substrate and including a photoelectric conversion unit;
Trench element isolation formed in at least part of a portion surrounding the photoelectric conversion portion of the substrate;
Of the imaging region, a MOS transistor formed in a region electrically isolated from the photoelectric conversion unit by the trench element isolation;
A floating diffusion layer to which the charge accumulated in the photoelectric conversion unit is transferred,
A solid-state imaging device further comprising an electrical isolation region containing indium between the photoelectric conversion unit and the floating diffusion layer.
前記光電変換部の電荷蓄積領域における上部は、前記電荷蓄積領域の導電型と異なる導電型の不純物であるインジウムを含む、請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の固体撮像装置。   6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an upper portion of the photoelectric conversion unit in the charge accumulation region includes indium which is an impurity having a conductivity type different from that of the charge accumulation region. シリコンからなる基板の上にハードマスク膜又はレジスト膜を形成してパターニングを行うことにより、前記ハードマスク膜又はレジスト膜に開口部を形成する工程(a)と、
前記ハードマスク膜又はレジスト膜をマスクとしてエッチングを行うことにより、前記基板にトレンチ溝を形成する工程(b)と、
前記工程(b)よりも後に、前記基板における前記トレンチ溝の側部及び底部に、インジウムのイオン注入を行うと共に、砒素又はリンのイオン注入を行う工程(c)と、
前記工程(c)よりも後に、前記トレンチ溝にトレンチ素子分離を形成する工程(d)とを備える、固体撮像装置の製造方法。
Forming a hard mask film or a resist film on a substrate made of silicon and patterning to form an opening in the hard mask film or the resist film;
(B) forming a trench groove in the substrate by performing etching using the hard mask film or the resist film as a mask;
A step (c) of performing ion implantation of indium and ion implantation of arsenic or phosphorus into the side and bottom of the trench groove in the substrate after the step (b);
A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a step (d) of forming trench element isolation in the trench groove after the step (c).
前記工程(c)において、インジウムのイオン注入エネルギーは、リン又は砒素のイオン注入エネルギーよりも小さい、請求項7に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, wherein in the step (c), ion implantation energy of indium is smaller than ion implantation energy of phosphorus or arsenic.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010090105A1 (en) * 2009-02-06 2010-08-12 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and camera
US8053272B2 (en) 2009-02-06 2011-11-08 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor device fabrication method
US8482646B2 (en) 2009-02-06 2013-07-09 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing device and camera
US8723285B2 (en) 2009-02-06 2014-05-13 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device manufacturing method thereof, and camera
CN111656524A (en) * 2018-03-29 2020-09-11 索尼半导体解决方案公司 Solid-state image pickup device and electronic apparatus
CN112563299A (en) * 2020-12-10 2021-03-26 成都微光集电科技有限公司 CMOS image sensor and preparation method thereof
WO2022202286A1 (en) * 2021-03-22 2022-09-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element and method for producing same
US11587969B2 (en) 2019-06-26 2023-02-21 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus and equipment

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010090105A1 (en) * 2009-02-06 2010-08-12 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and camera
US8053272B2 (en) 2009-02-06 2011-11-08 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor device fabrication method
CN102301474A (en) * 2009-02-06 2011-12-28 佳能株式会社 Photoelectric conversion device and camera
US8482646B2 (en) 2009-02-06 2013-07-09 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing device and camera
US8670059B2 (en) 2009-02-06 2014-03-11 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device having an n-type buried layer, and camera
US8723285B2 (en) 2009-02-06 2014-05-13 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device manufacturing method thereof, and camera
CN111656524A (en) * 2018-03-29 2020-09-11 索尼半导体解决方案公司 Solid-state image pickup device and electronic apparatus
US11587969B2 (en) 2019-06-26 2023-02-21 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus and equipment
CN112563299A (en) * 2020-12-10 2021-03-26 成都微光集电科技有限公司 CMOS image sensor and preparation method thereof
WO2022202286A1 (en) * 2021-03-22 2022-09-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element and method for producing same

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