JP2010258268A - Solid-state imaging element, imaging device, and method of manufacturing solid-state imaging element - Google Patents

Solid-state imaging element, imaging device, and method of manufacturing solid-state imaging element Download PDF

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誠 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element capable of restraining the occurrence of white defects effectively even when a cell size is reduced. <P>SOLUTION: The solid-state imaging element 100 in which two photoelectric conversion part arrays share one vertical charge transfer path 13 includes a readout gate 12 provided between a vertical charge transfer path 13 and each photoelectric conversion part 11 of a photoelectric conversion part array adjoining the vertical charge transfer path 13, a surface low-concentration "p" layer 23 provided on a surface of the photoelectric conversion part 11, a surface high-concentration "p" layer 22 provided on a surface of the surface low-concentration "p" layer 23 at a distance from the readout gate 12 and having a higher impurity concentration than the surface low-concentration "p" layer 23, and a p-type element isolation layer 36, the surface high-concentration "p" layer 22 extending onto a part of the element isolation layer 36 between two photoelectric conversion parts 11 adjoining each other not across the vertical charge transfer path 13. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子、撮像装置、固体撮像素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, an imaging apparatus, and a method for manufacturing a solid-state imaging device.

特許文献1には、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像素子において、n型不純物からなるフォトダイオードの表面に相対的に低濃度のp型不純物層を形成し、この低濃度p型不純物層の表面部且つ読み出しゲートから離れた位置に、低濃度p型不純物層よりも高濃度のp型不純物層を形成した構成が開示されている。   In Patent Document 1, a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device is formed with a relatively low-concentration p-type impurity layer on the surface of a photodiode made of n-type impurities, and this low-concentration p-type impurity layer A structure is disclosed in which a p-type impurity layer having a higher concentration than the low-concentration p-type impurity layer is formed at a position remote from the read gate.

このように2つの濃度のp型不純物を組み合わせた表面シールド層を用いることにより、画素部の白傷を効果的に抑制しながら、フォトダイオードから垂直電荷転送路に電荷を読み出すのに必要な電圧を低く抑えることができるとしている。   By using a surface shield layer that combines two concentrations of p-type impurities in this way, the voltage required to read out charges from the photodiode to the vertical charge transfer path while effectively suppressing white scratches in the pixel portion. Can be kept low.

しかし、特許文献1の構成では、セルサイズを縮小していった場合、低濃度・高濃度のp型不純物層の間隔が一定以上必要であることから、フォトダイオード表面積に対する高濃度p型不純物層の表面積の割合が減少してしまう。表面シールド層の濃度が低くなるほど、白傷抑制効果が低下してしまうため、セルサイズを縮小していった場合、白傷が増加してしまうことが懸念される。   However, in the configuration of Patent Document 1, when the cell size is reduced, the interval between the low-concentration and high-concentration p-type impurity layers is required to be greater than a certain level. The ratio of the surface area will decrease. The lower the concentration of the surface shield layer, the lower the white scratch suppression effect. Therefore, there is a concern that white scratches may increase when the cell size is reduced.

特許文献2,3には、2つのフォトダイオード列で1つの垂直電荷転送路を共用した構成の固体撮像素子が開示されているが、いずれの文献にも、表面シールド層についての構成や、セルサイズ縮小による白傷の増加という課題については記載されていない。   Patent Documents 2 and 3 disclose a solid-state imaging device having a configuration in which two photodiode arrays share one vertical charge transfer path. However, in each document, the configuration of the surface shield layer and the cell are disclosed. The problem of increasing white scratches due to size reduction is not described.

特開2007−201088号公報JP 2007-201088 A 特開2001−168315号公報JP 2001-168315 A 特開昭55−160477号公報JP-A-55-160477

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セルサイズが縮小していった場合でも白傷を効果的に抑制することのできる固体撮像素子、これを備える撮像装置、こ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 the above circumstances, and a solid-state imaging device capable of effectively suppressing white scratches even when the cell size is reduced, an imaging device including the same, and a manufacturing method thereof The purpose is to provide.

本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に列方向とこれに直交する行方向に配設された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、前記光電変換部に対応して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記光電変換部とそれに対応する前記電荷転送路との間に設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部と、前記光電変換部と、その周囲の前記光電変換部及び前記電荷転送路とを分離するために設けられた前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の素子分離層と、前記光電変換部の表面に設けられ、前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の第一の不純物層と、前記第一の不純物層の表面に前記電荷読み出し部から距離をあけて設けられ、前記第一の不純物層と同じ導電型で且つ前記第一の不純物層よりも不純物濃度の高い第二の不純物層とを備え、前記第二の不純物層は、該第二の不純物層が形成された前記光電変換部に対応する前記垂直電荷転送路から遠ざかる方向に延在して前記素子分離層の上まで形成されている。   A solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion units arranged in a column direction and a row direction perpendicular to the column direction in a semiconductor substrate, and is provided corresponding to the photoelectric conversion unit. A charge transfer path for transferring the charge generated in the photoelectric conversion unit in the column direction, and the photoelectric conversion unit and the charge transfer path corresponding to the charge transfer path. Conductivity opposite to the impurities constituting the photoelectric conversion unit provided to separate the charge reading unit for reading out to the charge transfer channel, the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit and the charge transfer channel around the photoelectric conversion unit Type element isolation layer, a first impurity layer provided on the surface of the photoelectric conversion unit and having a conductivity type opposite to the impurities constituting the photoelectric conversion unit, and the charge readout unit on the surface of the first impurity layer Set a distance from A second impurity layer having the same conductivity type as that of the first impurity layer and having an impurity concentration higher than that of the first impurity layer, and the second impurity layer includes the second impurity layer. It extends to the direction away from the vertical charge transfer path corresponding to the formed photoelectric conversion part and is formed on the element isolation layer.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。   The imaging device of the present invention includes the solid-state imaging device.

本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記固体撮像素子の製造方法であって、前記素子分離層を形成する第一の工程と、前記第一の工程の後に前記第二の不純物層を形成する第二の工程と、前記第二の工程の後に前記転送電極を形成する第三の工程とを含む。   The method for manufacturing a solid-state imaging element according to the present invention is a method for manufacturing the solid-state imaging element, wherein the first step of forming the element isolation layer and the second impurity layer are formed after the first step. And a third step of forming the transfer electrode after the second step.

本発明によれば、セルサイズが縮小していった場合でも白傷を効果的に抑制することのできる固体撮像素子、これを備える撮像装置、この製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of effectively suppressing white scratches even when the cell size is reduced, an imaging device including the same, and a manufacturing method thereof.

本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device for explaining an embodiment of the present invention. 図1に示す固体撮像素子の部分拡大模式図Partial enlarged schematic view of the solid-state imaging device shown in FIG. 図2に示すA−A’線の断面模式図Schematic cross-sectional view taken along line A-A 'shown in FIG. 図2に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図The figure which showed the modification of the surface high concentration layer of the photoelectric conversion part of the solid-state image sensor shown in FIG. 図2に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図The figure which showed the modification of the surface high concentration layer of the photoelectric conversion part of the solid-state image sensor shown in FIG. 本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図The plane schematic diagram which shows another structural example of the solid-state image sensor for describing one Embodiment of this invention 図6に示す固体撮像素子の部分拡大模式図Partial enlarged schematic diagram of the solid-state imaging device shown in FIG. 図7に示すB−B’線の断面模式図Schematic cross-sectional view taken along line B-B 'shown in FIG. 図7に示した固体撮像素子の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of the solid-state image sensor shown in FIG. 図7に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図The figure which showed the modification of the surface high concentration layer of the photoelectric conversion part of the solid-state image sensor shown in FIG. 図7に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図The figure which showed the modification of the surface high concentration layer of the photoelectric conversion part of the solid-state image sensor shown in FIG. 図7に示した固体撮像素子の製造方法を説明するための図The figure for demonstrating the manufacturing method of the solid-state image sensor shown in FIG. 本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図The plane schematic diagram which shows another structural example of the solid-state image sensor for describing one Embodiment of this invention 図13に示す固体撮像素子の部分拡大模式図Partial enlarged schematic diagram of the solid-state imaging device shown in FIG. 図14に示すC−C’線の断面模式図Schematic cross-sectional view taken along line C-C 'shown in FIG. 参考例の固体撮像素子の構成を説明する図The figure explaining the structure of the solid-state image sensor of a reference example 参考例の固体撮像素子の一部分を模式的に示す平面図A plan view schematically showing a part of a solid-state image sensor of a reference example 図17のH−H’線の断面図FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line H-H ′ of FIG. フォトダイオードの不純物の分布とイオン注入の方向を説明する図Diagram explaining the impurity distribution and ion implantation direction of a photodiode 参考例の固体撮像素子の他の構成例を示す平面図The top view which shows the other structural example of the solid-state image sensor of a reference example 参考例の固体撮像素子の他の構成例を示す平面図The top view which shows the other structural example of the solid-state image sensor of a reference example

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

図1は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。   FIG. 1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device for explaining an embodiment of the present invention. The solid-state imaging device is used by being mounted on an imaging device such as a digital camera or a video camera, an electronic endoscope or a camera-equipped mobile phone.

図1に示す固体撮像素子100は、半導体基板S内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状(ここでは格子状)に配設された複数の光電変換部11を備える。複数の光電変換部11の配置は、列方向に配設された複数の光電変換部11からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。   A solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. 1 includes a plurality of photoelectric conversion units 11 arranged in a two-dimensional shape (here, in a lattice shape) in a column direction in a semiconductor substrate S and in a row direction perpendicular thereto. The arrangement of the plurality of photoelectric conversion units 11 is such that a plurality of photoelectric conversion unit columns composed of a plurality of photoelectric conversion units 11 arranged in the column direction are arranged in the row direction.

固体撮像素子100は、光電変換部列の各光電変換部11で発生した電荷を列方向に転送する電荷転送路である垂直電荷転送路13を備える。行方向に並ぶ光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路13が1つおきに配置されている。この固体撮像素子100では、垂直電荷転送路13を挟んで隣り合う2つの光電変換部列で該垂直電荷転送路13を共用する構成となっている。この構成は、隣り合う2つの光電変換部列に、それらで共用される1つの垂直電荷転送路13が対応して設けられた構成とも言うことができる。   The solid-state imaging device 100 includes a vertical charge transfer path 13 that is a charge transfer path for transferring charges generated in the photoelectric conversion units 11 of the photoelectric conversion unit column in the column direction. Every other vertical charge transfer path 13 is arranged between the photoelectric conversion unit columns arranged in the row direction. In the solid-state imaging device 100, the vertical charge transfer path 13 is shared by two photoelectric conversion unit rows adjacent to each other with the vertical charge transfer path 13 interposed therebetween. This configuration can also be said to be a configuration in which one vertical charge transfer path 13 shared by two adjacent photoelectric conversion unit columns is provided correspondingly.

“垂直電荷転送路13を挟んで隣り合う2つの光電変換部列で該垂直電荷転送路13を共用する”とは、この2つの光電変換部列の各光電変換部11で発生して蓄積された電荷については、この垂直電荷転送路13で列方向に転送するということを意味する。このため、垂直電荷転送路13と、それに隣り合う2つの光電変換部列の各光電変換部11との間には電荷読み出し部である読み出しゲート12が形成されており、この読み出しゲート12を介して、2つの光電変換部列から、それらの間にある垂直電荷転送路13に電荷を読み出すことができるようになっている。なお、読み出しゲート12は、行方向に隣り合う光電変換部11同士で列方向に互いに異なる位置に形成されており、1つの垂直電荷転送路13に対し、それを共用する2つの光電変換部列からそれぞれ独立に電荷を読み出せるようになっている。   “Two adjacent photoelectric conversion unit rows that are adjacent to each other across the vertical charge transfer path 13 share the vertical charge transfer path 13” is generated and accumulated in each photoelectric conversion unit 11 of the two photoelectric conversion unit columns. This means that the charges are transferred in the column direction through the vertical charge transfer path 13. For this reason, a readout gate 12 as a charge readout unit is formed between the vertical charge transfer path 13 and each photoelectric conversion unit 11 of the two photoelectric conversion unit columns adjacent to the vertical charge transfer path 13. Thus, charges can be read from the two photoelectric conversion unit rows to the vertical charge transfer path 13 between them. Note that the readout gate 12 is formed at different positions in the column direction between the photoelectric conversion units 11 adjacent in the row direction, and two photoelectric conversion unit columns sharing the same with respect to one vertical charge transfer path 13. The charges can be read independently from each other.

固体撮像素子100は、更に、光電変換部11とその周囲の光電変換部11及び垂直電荷転送路13とを分離するために設けられた素子分離層16(図1で一部のみ図示している)と、垂直電荷転送路13を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路14と、水平電荷転送路14を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部15とを備える。   The solid-state imaging device 100 further includes an element isolation layer 16 (only part of which is shown in FIG. 1) provided to separate the photoelectric conversion unit 11 from the surrounding photoelectric conversion unit 11 and the vertical charge transfer path 13. ), The horizontal charge transfer path 14 for transferring the charge transferred through the vertical charge transfer path 13 in the row direction, and the charge transferred through the horizontal charge transfer path 14 as a signal corresponding to the charge amount. And an output unit 15 for converting and outputting.

図2は、図1に示す固体撮像素子の部分拡大模式図である。図2に示すように、固体撮像素子100の半導体基板S上方には、行方向に並ぶ光電変換部11からなる光電変換部行毎に2つの転送電極17,18が設けられている。転送電極17,18は、垂直電荷転送路13での電荷転送動作を制御するための電極であり、垂直電荷転送路13の上方に列方向に交互に並べて設けられている。   FIG. 2 is a partially enlarged schematic view of the solid-state imaging device shown in FIG. As shown in FIG. 2, two transfer electrodes 17 and 18 are provided above the semiconductor substrate S of the solid-state imaging device 100 for each photoelectric conversion unit row including the photoelectric conversion units 11 arranged in the row direction. The transfer electrodes 17 and 18 are electrodes for controlling the charge transfer operation in the vertical charge transfer path 13 and are alternately arranged in the column direction above the vertical charge transfer path 13.

転送電極17は、対応する光電変換部行の上側部に沿って行方向に延びて形成されており、偶数番目の光電変換部列の光電変換部13の読み出しゲート12も覆うように形成されている。このため、転送電極17は、偶数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路13に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。   The transfer electrode 17 is formed to extend in the row direction along the upper side portion of the corresponding photoelectric conversion unit row, and is formed so as to cover the readout gate 12 of the photoelectric conversion unit 13 in the even-numbered photoelectric conversion unit column. Yes. For this reason, the transfer electrode 17 also functions as a read electrode for reading charges from the even-numbered photoelectric conversion unit row to the vertical charge transfer path 13.

転送電極18は、対応する光電変換部行の下側部に沿って行方向に延びて形成されており、奇数番目の光電変換部列の光電変換部13の読み出しゲート12も覆うように形成されている。このため、転送電極18は、奇数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路13に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。   The transfer electrode 18 is formed to extend in the row direction along the lower side portion of the corresponding photoelectric conversion unit row, and is formed so as to cover the readout gate 12 of the photoelectric conversion unit 13 in the odd-numbered photoelectric conversion unit column. ing. Therefore, the transfer electrode 18 also functions as a read electrode for reading charges from the odd-numbered photoelectric conversion unit row to the vertical charge transfer path 13.

転送電極17,18に印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路13に読み出した電荷を列方向に転送することができる。また、転送電極17,18は、読み出しゲート12と重なる部分も有しているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換部11から垂直電荷転送路13に電荷を読み出すことができる。   By controlling the pulses applied to the transfer electrodes 17 and 18, the charges read out to the vertical charge transfer path 13 can be transferred in the column direction. Further, since the transfer electrodes 17 and 18 also have a portion that overlaps with the read gate 12, the charge can be read from the photoelectric conversion unit 11 to the vertical charge transfer path 13 by applying a read pulse here.

図3は、図2に示す固体撮像素子のA−A’線の断面模式図である。図3に示すように、光電変換部11、読み出しゲート12、垂直電荷転送路13、素子分離層16は、いずれも、n型シリコン基板20上に形成されたpウェル層21内に形成されている。n型シリコン基板20とpウェル層21が半導体基板Sを構成している。   3 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A ′ of the solid-state imaging device shown in FIG. 2. As shown in FIG. 3, the photoelectric conversion unit 11, the read gate 12, the vertical charge transfer path 13, and the element isolation layer 16 are all formed in a p-well layer 21 formed on an n-type silicon substrate 20. Yes. The n-type silicon substrate 20 and the p-well layer 21 constitute a semiconductor substrate S.

光電変換部11は、pウェル層21内に形成されたn型不純物層で構成され、このn型不純物層とpウェル層21とのpn接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部(フォトダイオード)として機能する。この光電変換部11は、その表面に低濃度のp型不純物層23(以下、表面低濃度p層23と言う)が設けられ、更に、表面低濃度p層23の表面に表面低濃度p層23よりも高濃度のp型不純物層22(以下、表面高濃度p層22と言う)が設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。   The photoelectric conversion unit 11 is composed of an n-type impurity layer formed in the p-well layer 21, and generates a charge corresponding to incident light by a pn junction between the n-type impurity layer and the p-well layer 21. It functions as a photoelectric conversion unit (photodiode) that accumulates this. The photoelectric conversion unit 11 is provided with a low-concentration p-type impurity layer 23 (hereinafter referred to as a surface low-concentration p layer 23) on the surface, and further, a surface low-concentration p-layer on the surface of the surface low-concentration p-layer 23. This is a so-called embedded photodiode provided with a p-type impurity layer 22 (hereinafter referred to as a surface high-concentration p layer 22) having a higher concentration than that of 23.

垂直電荷転送路13はpウェル層21内に形成されたn型不純物層で構成されている。読み出しゲート12は、pウェル層21内に形成されたp型不純物層で構成されている。素子分離層16は、読み出しゲート12や表面低濃度p層23よりも高濃度のp型不純物層で構成され、光電変換部11と垂直電荷転送路13と読み出しゲート12以外のpウェル層21の領域に形成されている。   The vertical charge transfer path 13 is composed of an n-type impurity layer formed in the p well layer 21. The read gate 12 is composed of a p-type impurity layer formed in the p well layer 21. The element isolation layer 16 is composed of a p-type impurity layer having a higher concentration than the readout gate 12 and the surface low-concentration p-layer 23, and the photoelectric conversion unit 11, the vertical charge transfer path 13, and the p-well layer 21 other than the readout gate 12. Formed in the region.

読み出しゲート12及び垂直電荷転送路13上には、ゲート絶縁膜GSを介して転送電極17,18が形成されている。転送電極17,18上方には、光電変換部11の一部上方に開口Kを有するタングステン等から構成される遮光膜19が設けられている。遮光膜19上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。   Transfer electrodes 17 and 18 are formed on the read gate 12 and the vertical charge transfer path 13 via a gate insulating film GS. Above the transfer electrodes 17 and 18, a light shielding film 19 made of tungsten or the like having an opening K above a part of the photoelectric conversion unit 11 is provided. On the light shielding film 19, a color filter, a micro lens, and the like (not shown) are provided.

次に、光電変換11表面に形成される表面低濃度p層23と表面高濃度p層22について詳細に説明する。   Next, the surface low concentration p layer 23 and the surface high concentration p layer 22 formed on the surface of the photoelectric conversion 11 will be described in detail.

表面低濃度p層23は、光電変換部11の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図2に示したように、平面視においては、光電変換部11と同じ面積(完全に重なった構成)となっている。また、図3に示したように、垂直電荷転送路13を挟まずに行方向に隣り合う2つの光電変換部11の各々の表面低濃度p層23は、素子分離層16によって分離されている。   The surface low-concentration p layer 23 is formed by performing ion implantation on the surface of the photoelectric conversion unit 11, and as shown in FIG. It is a configuration that overlaps with Further, as shown in FIG. 3, the surface low-concentration p layers 23 of the two photoelectric conversion units 11 adjacent in the row direction without sandwiching the vertical charge transfer path 13 are separated by the element isolation layer 16. .

表面高濃度p層22は、表面低濃度p層23の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図2,3に示したように、読み出しゲート12から距離をおいて(すなわち、読み出しゲート12との間に表面低濃度p層23が介在するように)形成されている。また、垂直電荷転送路13を挟まずに行方向に隣り合う光電変換部11との間にある素子分離層16の一部分の上にまで延びて形成されている。   The surface high-concentration p layer 22 is formed by performing ion implantation on the surface of the surface low-concentration p layer 23, and as shown in FIGS. The surface low concentration p layer 23 is interposed between the read gate 12 and the read gate 12. Further, it is formed to extend over a part of the element isolation layer 16 between the photoelectric conversion units 11 adjacent in the row direction without sandwiching the vertical charge transfer path 13.

この固体撮像素子100では、2つの光電変換部列で1つの垂直電荷転送路13を共用する構成とし、表面高濃度p層22を、該表面高濃度p層22が表面に形成された光電変換部11に対応する垂直電荷転送路13側には延ばさず、垂直電荷転送路13が存在していない側に延ばして面積を確保した構成(言い換えると、表面低濃度p層24の端部を越えて、該表面低濃度p層24が表面に形成された光電変換部11に対応する垂直電荷転送路13から遠ざかる方向に延在させた構成)となっている。このため、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部11の表面積に対する表面高濃度p層22の表面積の割合を一定以上維持することができ、白傷を効果的に抑制することができる。また、表面高濃度p層22を延ばしても、その延ばした側にある隣接垂直電荷転送路13までの距離は十分にあるため、隣接垂直電荷転送路13との間のリークを心配することなく、表面高濃度p層22の面積拡大を図ることができる。   In this solid-state imaging device 100, one vertical charge transfer path 13 is shared by two photoelectric conversion unit rows, and the surface high-concentration p layer 22 is converted into a photoelectric conversion in which the surface high-concentration p layer 22 is formed on the surface. The vertical charge transfer path 13 corresponding to the portion 11 does not extend to the side where the vertical charge transfer path 13 does not exist, and the area is secured (in other words, beyond the end of the surface low-concentration p layer 24) Thus, the surface low-concentration p layer 24 extends in a direction away from the vertical charge transfer path 13 corresponding to the photoelectric conversion unit 11 formed on the surface. For this reason, even when the cell size is reduced, the ratio of the surface area of the surface high-concentration p layer 22 to the surface area of the photoelectric conversion unit 11 can be maintained above a certain level, and white scratches can be effectively suppressed. it can. Even if the surface high-concentration p layer 22 is extended, there is a sufficient distance to the adjacent vertical charge transfer path 13 on the extended side, so that there is no concern about leakage between the adjacent vertical charge transfer paths 13. The area of the surface high concentration p layer 22 can be increased.

また、固体撮像素子100によれば、読み出しゲート12と表面高濃度p層22との間には一定幅の表面低濃度p層23が介在するため、光電変換部11から垂直電荷転送路13への電荷読み出しのための電圧を低くすることもできる。また、半導体基板S表面に垂直な方向においては、光電変換部11と表面高濃度p層22との間に表面低濃度p層23が介在しているため、光電変換部11と表面高濃度p層22との間の電界を緩和することができ、これによる白傷抑制効果も得ることができる。   In addition, according to the solid-state imaging device 100, the surface low-concentration p layer 23 having a certain width is interposed between the readout gate 12 and the surface high-concentration p layer 22, and therefore, from the photoelectric conversion unit 11 to the vertical charge transfer path 13. It is also possible to lower the voltage for reading the charges. Further, in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate S, since the surface low concentration p layer 23 is interposed between the photoelectric conversion portion 11 and the surface high concentration p layer 22, the photoelectric conversion portion 11 and the surface high concentration p. The electric field between the layers 22 can be relieved, and the white scar suppression effect by this can also be acquired.

なお、図2,3の例では、光電変換部11の表面高濃度p層22と、その光電変換部11の垂直電荷転送路13を挟まずに行方向で隣り合う光電変換部11の表面高濃度p層22との間に隙間を存在させているが、図4に示すように、この隙間を無くし、垂直電荷転送路13を挟まずに行方向に隣り合う2つの表面高濃度p層22を一体的に形成した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部11の表面積に対する表面高濃度p層22の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度p層22を形成するためのマスクパターンがシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。   In the example of FIGS. 2 and 3, the surface height of the photoelectric conversion unit 11 adjacent in the row direction without sandwiching the high-concentration p layer 22 of the photoelectric conversion unit 11 and the vertical charge transfer path 13 of the photoelectric conversion unit 11. As shown in FIG. 4, a gap exists between the p-type layer 22 and the two high-concentration p-layers 22 adjacent to each other in the row direction without interposing the vertical charge transfer path 13 as shown in FIG. 4. It is good also as a structure which formed these integrally. By doing in this way, the ratio of the surface area of the surface high concentration p layer 22 with respect to the surface area of the photoelectric conversion part 11 can be enlarged further, and a white crack can be suppressed more. In addition, since the mask pattern for forming the surface high-concentration p layer 22 becomes simple, it is possible to easily cope with miniaturization.

また、図5に示すように、図4に示した表面高濃度p層22を列方向に隣り合うもの同士で接続し、垂直電荷転送路13を挟まずに隣り合う2つの光電変換部列の各光電変換部11の表面に設けられる表面高濃度p層22を一体化した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部11の表面積に対する表面高濃度p層22の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度p層22を形成するためのマスクパターンがよりシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。   Further, as shown in FIG. 5, the surface high-concentration p layers 22 shown in FIG. 4 are connected to each other adjacent to each other in the column direction, and two adjacent photoelectric conversion unit columns are not sandwiched between the vertical charge transfer paths 13. It is good also as a structure which integrated the surface high concentration p layer 22 provided in the surface of each photoelectric conversion part 11. FIG. By doing in this way, the ratio of the surface area of the surface high concentration p layer 22 with respect to the surface area of the photoelectric conversion part 11 can be enlarged further, and a white crack can be suppressed more. Further, since the mask pattern for forming the surface high-concentration p layer 22 becomes simpler, it is possible to easily cope with miniaturization.

次に、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例について説明する。   Next, another configuration example of the solid-state imaging device for describing one embodiment of the present invention will be described.

図6は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。   FIG. 6 is a schematic plan view showing another configuration example of the solid-state imaging device for describing one embodiment of the present invention. The solid-state imaging device is used by being mounted on an imaging device such as a digital camera or a video camera, an electronic endoscope or a camera-equipped mobile phone.

図6に示す固体撮像素子200は、半導体基板S’内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状(ここでは略市松状)に配設された複数の光電変換部31を備える。複数の光電変換部31の配置は、列方向に所定ピッチで配設された複数の光電変換部31からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。また、複数の光電変換部列は、奇数列と偶数列が、それぞれの光電変換部31の配列ピッチの1/2、列方向に互いにずれたものとなっている。   The solid-state imaging device 200 illustrated in FIG. 6 includes a plurality of photoelectric conversion units 31 arranged in a two-dimensional shape (here, substantially checkered) in a column direction in the semiconductor substrate S ′ and a row direction perpendicular thereto. The plurality of photoelectric conversion units 31 are arranged by arranging a plurality of photoelectric conversion unit columns including a plurality of photoelectric conversion units 31 arranged at a predetermined pitch in the column direction in the row direction. Further, in the plurality of photoelectric conversion unit columns, the odd number column and the even number column are shifted from each other in the column direction by 1/2 of the arrangement pitch of the respective photoelectric conversion units 31.

固体撮像素子200は、光電変換部列の各光電変換部31で発生した電荷を列方向に転送する電荷転送路である垂直電荷転送路33を備える。行方向に並ぶ光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路33が行方向に1つおきに配置されている。この固体撮像素子200では、垂直電荷転送路33を挟んで隣り合う2つの光電変換部列で該垂直電荷転送路33を共用する構成となっている。この構成は、隣り合う2つの光電変換部列に、それらで共用される1つの垂直電荷転送路33が対応して設けられた構成とも言うことができる。   The solid-state imaging device 200 includes a vertical charge transfer path 33 that is a charge transfer path for transferring charges generated in the photoelectric conversion units 31 of the photoelectric conversion unit column in the column direction. Between the photoelectric conversion unit columns arranged in the row direction, every other vertical charge transfer path 33 is arranged in the row direction. In the solid-state imaging device 200, the vertical charge transfer path 33 is shared by two photoelectric conversion unit rows adjacent to each other with the vertical charge transfer path 33 interposed therebetween. This configuration can also be said to be a configuration in which one vertical charge transfer path 33 shared by two adjacent photoelectric conversion unit columns is provided correspondingly.

“垂直電荷転送路33を挟んで隣り合う2つの光電変換部列で該垂直電荷転送路33を共用する”とは、この2つの光電変換部列の各光電変換部31で発生して蓄積された電荷については、この垂直電荷転送路33で列方向に転送するということを意味する。このため、垂直電荷転送路33と、それに隣り合う2つの光電変換部列の各光電変換部31との間には電荷読み出し部である読み出しゲート32が形成されており、この読み出しゲート32を介して、2つの光電変換部列から、それらの間にある垂直電荷転送路33に電荷を読み出すことができるようになっている。なお、読み出しゲート32は、行方向に隣り合う光電変換部31同士で互いに対向しない位置に形成されており、1つの垂直電荷転送路33に対し、それを共用する2つの光電変換部列からそれぞれ独立に電荷を読み出せるようになっている。   “Two adjacent photoelectric conversion unit arrays that are adjacent to each other across the vertical charge transfer path 33 share the vertical charge transfer path 33” is generated and accumulated in each photoelectric conversion unit 31 of the two photoelectric conversion unit columns. This means that the charges are transferred in the column direction through the vertical charge transfer path 33. For this reason, a read gate 32 that is a charge read unit is formed between the vertical charge transfer path 33 and each photoelectric conversion unit 31 of two photoelectric conversion unit columns adjacent to the vertical charge transfer path 33. Thus, charges can be read from the two photoelectric conversion unit rows to the vertical charge transfer path 33 between them. Note that the readout gate 32 is formed at a position where the photoelectric conversion units 31 adjacent in the row direction do not face each other, and each of the vertical charge transfer paths 33 is shared by two photoelectric conversion unit columns. The charge can be read independently.

固体撮像素子200は、更に、光電変換部31とその周囲の光電変換部31及び垂直電荷転送路33とを分離するために設けられた素子分離層36(図6で一部のみ図示している)と、垂直電荷転送路33を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路34と、水平電荷転送路34を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部35とを備える。   The solid-state imaging device 200 further includes an element isolation layer 36 (only part of which is shown in FIG. 6) provided to separate the photoelectric conversion unit 31 from the surrounding photoelectric conversion unit 31 and the vertical charge transfer path 33. ), The horizontal charge transfer path 34 for transferring the charge transferred through the vertical charge transfer path 33 in the row direction, and the charge transferred through the horizontal charge transfer path 34 as a signal corresponding to the charge amount. And an output unit 35 for converting and outputting.

図7は、図6に示す固体撮像素子の部分拡大模式図である。図7に示すように、固体撮像素子200の半導体基板S’上方には、行方向に並ぶ光電変換部31からなる1つの光電変換部行あたり4つの転送電極37,38,39,40が設けられている。転送電極37,38,39,40は、垂直電荷転送路33での電荷転送動作を制御するための電極であり、垂直電荷転送路33の上方に列方向に並べて設けられている。また、転送電極37,38,39,40は、それぞれ、光電変換部行の間を、光電変換部行の各光電変換部31を避けるように行方向に蛇行して延びる形状となっている。   FIG. 7 is a partially enlarged schematic view of the solid-state imaging device shown in FIG. As shown in FIG. 7, four transfer electrodes 37, 38, 39, and 40 are provided per photoelectric conversion unit row including the photoelectric conversion units 31 arranged in the row direction above the semiconductor substrate S ′ of the solid-state imaging device 200. It has been. The transfer electrodes 37, 38, 39 and 40 are electrodes for controlling the charge transfer operation in the vertical charge transfer path 33, and are arranged in the column direction above the vertical charge transfer path 33. The transfer electrodes 37, 38, 39, and 40 have a shape that meanders and extends in the row direction between the photoelectric conversion unit rows so as to avoid the photoelectric conversion units 31 of the photoelectric conversion unit rows.

転送電極38は、偶数番目の光電変換部列の光電変換部33の読み出しゲート32も覆うように形成されており、偶数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路33に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。   The transfer electrode 38 is also formed so as to cover the read gate 32 of the photoelectric conversion unit 33 of the even-numbered photoelectric conversion unit row, and read for reading out charges from the even-numbered photoelectric conversion unit row to the vertical charge transfer path 33. It also functions as an electrode.

転送電極40は、奇数番目の光電変換部列の光電変換部33の読み出しゲート32も覆うように形成されており、奇数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路33に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。   The transfer electrode 40 is also formed so as to cover the read gate 32 of the photoelectric conversion unit 33 of the odd-numbered photoelectric conversion unit row, and read for reading out charges from the odd-numbered photoelectric conversion unit row to the vertical charge transfer path 33. It also functions as an electrode.

転送電極37,38,39,40に印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路33に読み出した電荷を列方向に転送することができる。また、転送電極38,40は、読み出しゲート32と重なる部分も有しているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換部31から垂直電荷転送路33に電荷を読み出すことができる。   By controlling the pulses applied to the transfer electrodes 37, 38, 39, and 40, the charges read to the vertical charge transfer path 33 can be transferred in the column direction. Further, since the transfer electrodes 38 and 40 also have a portion that overlaps with the read gate 32, the charge can be read from the photoelectric conversion unit 31 to the vertical charge transfer path 33 by applying a read pulse thereto.

図8は、図7に示す固体撮像素子のB−B’線の断面模式図である。図8に示すように、光電変換部31、読み出しゲート32、垂直電荷転送路33、素子分離層36は、いずれも、n型シリコン基板41上に形成されたpウェル層42内に形成されている。n型シリコン基板41とpウェル層42が半導体基板S’を構成している。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along line B-B ′ of the solid-state imaging device shown in FIG. 7. As shown in FIG. 8, the photoelectric conversion unit 31, the read gate 32, the vertical charge transfer path 33, and the element isolation layer 36 are all formed in a p-well layer 42 formed on an n-type silicon substrate 41. Yes. The n-type silicon substrate 41 and the p-well layer 42 constitute a semiconductor substrate S ′.

光電変換部31は、pウェル層42内に形成されたn型不純物層で構成され、このn型不純物層とpウェル層42とのpn接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部(フォトダイオード)として機能する。この光電変換部31は、その表面に低濃度のp型不純物層43(以下、表面低濃度p層43と言う)が設けられ、更に、表面低濃度p層43の表面に表面低濃度p層43よりも高濃度のp型不純物層44(以下、表面高濃度p層44と言う)が設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。   The photoelectric conversion unit 31 is composed of an n-type impurity layer formed in the p-well layer 42, and generates a charge corresponding to incident light by a pn junction between the n-type impurity layer and the p-well layer 42. It functions as a photoelectric conversion unit (photodiode) that accumulates this. The photoelectric conversion unit 31 is provided with a low-concentration p-type impurity layer 43 (hereinafter referred to as a surface low-concentration p layer 43) on the surface, and further, a surface low-concentration p layer on the surface of the surface low-concentration p layer 43. This is a so-called embedded photodiode in which a p-type impurity layer 44 (hereinafter referred to as a surface high-concentration p layer 44) having a higher concentration than 43 is provided.

垂直電荷転送路33はpウェル層42内に形成されたn型不純物層で構成されている。読み出しゲート32は、pウェル層42内に形成されたp型不純物層で構成されている。素子分離層36は、読み出しゲート32や表面低濃度p層43よりも高濃度のp型不純物層で構成され、光電変換部31と垂直電荷転送路33と読み出しゲート32以外のpウェル層42の領域に形成されている。   The vertical charge transfer path 33 is composed of an n-type impurity layer formed in the p-well layer 42. The read gate 32 is composed of a p-type impurity layer formed in the p well layer 42. The element isolation layer 36 is composed of a p-type impurity layer having a higher concentration than the readout gate 32 and the surface low-concentration p layer 43, and the photoelectric conversion unit 31, the vertical charge transfer path 33, and the p-well layer 42 other than the readout gate 32. Formed in the region.

読み出しゲート32及び垂直電荷転送路33上には、ゲート絶縁膜GSを介して転送電極37〜40が形成されている。転送電極37〜40上方には、光電変換部31の一部上方に開口Kを有するタングステン等から構成される遮光膜Wが設けられている。遮光膜W上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。   On the read gate 32 and the vertical charge transfer path 33, transfer electrodes 37 to 40 are formed via a gate insulating film GS. A light shielding film W made of tungsten or the like having an opening K above a part of the photoelectric conversion unit 31 is provided above the transfer electrodes 37 to 40. On the light shielding film W, a color filter, a microlens, and the like (not shown) are provided.

次に、光電変換部31表面に形成される表面低濃度p層43と表面高濃度p層44について詳細に説明する。   Next, the surface low concentration p layer 43 and the surface high concentration p layer 44 formed on the surface of the photoelectric conversion unit 31 will be described in detail.

表面低濃度p層43は、光電変換部31の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図7に示したように、平面視においては、光電変換部31と同じ面積(完全に重なった構成)となっている。また、図8に示したように、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの光電変換部31の各々の表面低濃度p層43は、素子分離層36によって分離されている。   The surface low-concentration p layer 43 is formed by performing ion implantation on the surface of the photoelectric conversion unit 31, and as shown in FIG. It is a configuration that overlaps with Further, as shown in FIG. 8, the surface low-concentration p layer 43 of each of the two adjacent photoelectric conversion units 31 without the vertical charge transfer path 33 interposed therebetween is separated by the element isolation layer 36.

表面高濃度p層44は、表面低濃度p層43の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図7,8に示したように、読み出しゲート32から距離をおいて(すなわち、読み出しゲート32との間に表面低濃度p層43が介在するように)形成されている。また、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う光電変換部31との間にある素子分離層36の一部分の上にまで延びて形成されている。   The surface high-concentration p layer 44 is formed by performing ion implantation on the surface of the surface low-concentration p layer 43. As shown in FIGS. The low-concentration surface p layer 43 is interposed between the read gate 32 and the read gate 32). Further, it is formed to extend over a part of the element isolation layer 36 between the adjacent photoelectric conversion portions 31 without sandwiching the vertical charge transfer path 33.

この固体撮像素子200では、2つの光電変換部列で1つの垂直電荷転送路33を共用する構成とし、表面高濃度p層44を、該表面高濃度p層44が表面に形成された光電変換部31に対応する垂直電荷転送路33側には延ばさず、垂直電荷転送路33が存在していない側に延ばして面積を確保した構成(言い換えると、表面低濃度p層43の端部を越えて、該表面低濃度p層43が表面に形成された光電変換部31に対応する垂直電荷転送路33から遠ざかる方向に延在させた構成)となっている。このため、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部31の表面積に対する表面高濃度p層44の表面積の割合を一定以上維持することができ、白傷を効果的に抑制することができる。また、表面高濃度p層44を延ばしても、その延ばした側にある隣接垂直電荷転送路33までの距離は十分にあるため、隣接垂直電荷転送路33との間のリークを心配することなく、表面高濃度p層44の面積拡大を図ることができる。   In the solid-state imaging device 200, two photoelectric conversion unit arrays share one vertical charge transfer path 33, and the surface high-concentration p layer 44 is converted into a photoelectric conversion in which the surface high-concentration p layer 44 is formed on the surface. The vertical charge transfer path 33 corresponding to the portion 31 does not extend to the side where the vertical charge transfer path 33 does not exist, and the area is secured (in other words, beyond the end of the surface low-concentration p layer 43) The surface low-concentration p layer 43 extends in a direction away from the vertical charge transfer path 33 corresponding to the photoelectric conversion unit 31 formed on the surface. For this reason, even when the cell size is reduced, the ratio of the surface area of the surface high-concentration p layer 44 to the surface area of the photoelectric conversion unit 31 can be maintained above a certain level, and white scratches can be effectively suppressed. it can. Even if the surface high-concentration p layer 44 is extended, there is a sufficient distance to the adjacent vertical charge transfer path 33 on the extended side, so that there is no concern about leakage between the adjacent vertical charge transfer paths 33. The area of the surface high-concentration p layer 44 can be increased.

また、固体撮像素子200によれば、読み出しゲート32と表面高濃度p層44との間には一定幅の表面低濃度p層43が介在するため、光電変換部31から垂直電荷転送路33への電荷読み出しのための電圧を低くすることもできる。また、半導体基板S’表面に垂直な方向においては、光電変換部31と表面高濃度p層44との間に表面低濃度p層43が介在しているため、光電変換部31と表面高濃度p層44との間の電界を緩和することができ、これによる白傷抑制効果も得ることができる。   Further, according to the solid-state imaging device 200, the surface low-concentration p layer 43 having a certain width is interposed between the readout gate 32 and the surface high-concentration p layer 44, and therefore, from the photoelectric conversion unit 31 to the vertical charge transfer path 33. It is also possible to lower the voltage for reading the charges. Further, in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate S ′, since the low surface concentration p layer 43 is interposed between the photoelectric conversion portion 31 and the high surface concentration p layer 44, the photoelectric conversion portion 31 and the high surface concentration are obtained. The electric field between the p layer 44 and the p layer 44 can be relaxed, and a white scratch suppressing effect can be obtained.

固体撮像素子200のように、光電変換部列を奇数列と偶数列で列方向にずらし、且つ、2つの光電変換部列で1つの垂直電荷転送路33を共用する構成では、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの光電変換部列の各光電変換部31同士の間の素子分離層36上方にも転送電極37〜40が存在することになるが、この間の素子分離層36は、素子分離を主目的としたものであるため、半導体基板S’表面をシールドする能力は不十分である。したがって、図9に示すように、図7に示した構成において、各光電変換部31の表面高濃度p層44を表面低濃度p層43の内側に形成した構成の場合には、転送電極37〜40に電圧が印加された際に、この部分の半導体基板S’表面が空乏化しやすくなってしまう。この結果、白傷が発生しやすくなるという課題がある。   As in the case of the solid-state imaging device 200, in the configuration in which the photoelectric conversion unit columns are shifted in the column direction between the odd-numbered columns and the even-numbered columns and the one vertical charge transfer path 33 is shared by the two photoelectric conversion unit columns. The transfer electrodes 37 to 40 are also present above the device isolation layer 36 between the photoelectric conversion units 31 of two adjacent photoelectric conversion unit rows without sandwiching 33, but the device isolation layer 36 between them is Since the main purpose is element isolation, the ability to shield the surface of the semiconductor substrate S ′ is insufficient. Therefore, as shown in FIG. 9, in the configuration shown in FIG. 7, in the configuration in which the surface high-concentration p layer 44 of each photoelectric conversion unit 31 is formed inside the surface low-concentration p layer 43, the transfer electrode 37. When a voltage is applied to ˜40, the surface of this portion of the semiconductor substrate S ′ is easily depleted. As a result, there is a problem that white scratches are likely to occur.

固体撮像素子200では、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの光電変換部列の各光電変換部31同士の間の素子分離層36の上まで表面高濃度p層22を延ばす構成としているため、これにより半導体基板S’表面をシールドする能力を補うことができ、上述した課題を解決することができる。   In the solid-state imaging device 200, the surface high-concentration p layer 22 is extended to the top of the element isolation layer 36 between the photoelectric conversion units 31 of two adjacent photoelectric conversion unit rows without sandwiching the vertical charge transfer path 33. Therefore, this makes it possible to supplement the ability to shield the surface of the semiconductor substrate S ′ and solve the above-described problems.

なお、図9に示した構成において、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの光電変換部列の間に垂直電荷転送路33を設けた従来の一般的な構成の固体撮像素子においては、半導体基板S’表面が空乏化しやすくなることによる白傷が垂直電荷転送路にて発生することになるが、垂直電荷転送路では1つの欠陥箇所に電荷蓄積パケットが滞在する時間は短いため、このような白傷による画質への影響は少ない。ところが、固体撮像素子200のように、2つの光電変換部列で1つの垂直電荷転送路を共用する構成の場合には、このような白傷による画質へ影響が懸念されるため、表面高濃度p層44を延在する構成が有効となる。また、図2に示した構成では、光電変換部11同士の間の素子分離層上方に転送電極が存在しないため、上述した課題は発生しないが、空間サンプリング周波数の向上を図る場合には図6に示した構成が有効である。   In the configuration shown in FIG. 9, in a solid-state imaging device having a conventional general configuration in which the vertical charge transfer path 33 is provided between two adjacent photoelectric conversion unit rows without the vertical charge transfer path 33 interposed therebetween. In this case, white scratches due to the surface of the semiconductor substrate S ′ being easily depleted occur in the vertical charge transfer path. However, in the vertical charge transfer path, the time during which the charge accumulation packet stays at one defective portion is short. Such white scratches have little effect on image quality. However, in the case of a configuration in which one vertical charge transfer path is shared by two photoelectric conversion unit rows as in the solid-state imaging device 200, there is a concern about the influence on image quality due to such white scratches. A configuration extending the p layer 44 is effective. In the configuration shown in FIG. 2, since the transfer electrode does not exist above the element isolation layer between the photoelectric conversion units 11, the above-described problem does not occur. However, when the spatial sampling frequency is improved, FIG. 6 is used. The configuration shown in is effective.

なお、図7,8の例では、奇数列の光電変換部31の表面高濃度p層44を、その光電変換部31の右上に隣接する光電変換部31との間の素子分離層36上まで延ばすものとしたが、これに限らない。例えば、奇数列の光電変換部31の表面高濃度p層44を、その光電変換部31の右下に隣接する光電変換部31との間の素子分離層36上まで延ばすものとしても良い。   7 and 8, the surface high-concentration p-layer 44 of the odd-numbered photoelectric conversion units 31 extends to the element isolation layer 36 between the photoelectric conversion unit 31 adjacent to the upper right of the photoelectric conversion unit 31. Although it should be extended, it is not limited to this. For example, the surface high-concentration p layer 44 of the odd-numbered photoelectric conversion units 31 may be extended to the element isolation layer 36 between the photoelectric conversion units 31 adjacent to the lower right of the photoelectric conversion unit 31.

また、図7,8の例では、光電変換部31の表面高濃度p層44と、その光電変換部31の垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う光電変換部31の表面高濃度p層44との間に隙間を存在させているが、図10に示すように、この隙間を無くし、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの表面高濃度p層44を一体的に形成した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部31の表面積に対する表面高濃度p層44の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度p層44を形成するためのマスクパターンがシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。   7 and 8, the surface high-concentration p layer 44 of the photoelectric conversion unit 31 and the surface high-concentration p layer of the adjacent photoelectric conversion unit 31 without sandwiching the vertical charge transfer path 33 of the photoelectric conversion unit 31. As shown in FIG. 10, the gap is eliminated, and two adjacent surface high-concentration p layers 44 are integrally formed without sandwiching the vertical charge transfer path 33, as shown in FIG. It is good also as a structure. By doing in this way, the ratio of the surface area of the surface high concentration p layer 44 with respect to the surface area of the photoelectric conversion part 31 can be further enlarged, and a white crack can be suppressed more. In addition, since the mask pattern for forming the surface high-concentration p layer 44 is simple, it is possible to easily cope with miniaturization.

また、図11に示すように、図10に示した表面高濃度p層44を、列方向に隣り合うもの同士で接続し、垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの光電変換部列の各光電変換部31の表面に設けられる表面高濃度p層44を一体化した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部31の表面積に対する表面高濃度p層44の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度p層44を形成するためのマスクパターンがよりシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。   Further, as shown in FIG. 11, the surface high-concentration p layers 44 shown in FIG. 10 are connected by adjacent ones in the column direction, and two adjacent photoelectric conversion unit rows without sandwiching the vertical charge transfer path 33. The surface high-concentration p layer 44 provided on the surface of each photoelectric conversion unit 31 may be integrated. By doing in this way, the ratio of the surface area of the surface high concentration p layer 44 with respect to the surface area of the photoelectric conversion part 31 can be further enlarged, and a white crack can be suppressed more. Further, since the mask pattern for forming the surface high concentration p layer 44 becomes simpler, it is possible to easily cope with miniaturization.

次に、固体撮像素子200の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 200 will be described.

図12は、図7に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための図であり、各製造工程での図7のB−B線断面を示した図である。まず、pウェル層42内に、光電変換部31、読み出しゲート32、垂直電荷転送路33、及び素子分離層36をイオン注入によって形成する(図12(a))。   12 is a diagram for explaining a method of manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG. 7, and is a diagram showing a cross section taken along line BB of FIG. 7 in each manufacturing process. First, the photoelectric conversion unit 31, the read gate 32, the vertical charge transfer path 33, and the element isolation layer 36 are formed in the p-well layer 42 by ion implantation (FIG. 12A).

次に、光電変換部31の表面の読み出しゲート32から距離をあけ、且つ、素子分離層36のうち垂直電荷転送路33を挟まずに隣り合う2つの光電変換部31の間にある部分の上にまで延びるように、光電変換部31の表面付近にイオン注入を行って表面高濃度p層44を形成する(図12(b))。   Next, a distance from the readout gate 32 on the surface of the photoelectric conversion unit 31 is set, and the upper part of the element isolation layer 36 between the two adjacent photoelectric conversion units 31 without the vertical charge transfer path 33 interposed therebetween. The surface high-concentration p layer 44 is formed by performing ion implantation near the surface of the photoelectric conversion unit 31 so as to extend to (FIG. 12B).

次に、ゲート絶縁膜GS上に導電性材料を成膜し、これをパターニングして転送電極37〜40を形成する(図12(c))。転送電極37〜40は、転送電極38,40をまず先に形成し、これを熱酸化して絶縁膜で覆った後、転送電極37,39を形成することで2層構造の電極とする。なお、転送電極37〜40は単層電極構造としても良い。   Next, a conductive material is deposited on the gate insulating film GS and patterned to form transfer electrodes 37 to 40 (FIG. 12C). The transfer electrodes 37 to 40 are formed into a two-layer structure by forming the transfer electrodes 38 and 40 first, thermally oxidizing and covering them with an insulating film, and then forming the transfer electrodes 37 and 39. The transfer electrodes 37 to 40 may have a single-layer electrode structure.

次に、転送電極37〜40をマスクとして、転送電極37〜40の間の光電変換部31が露出した領域にイオン注入を行い、表面低濃度p層43を形成する(図12(d))。その後は、遮光膜Wを形成し、カラーフィルタやマイクロレンズを形成して固体撮像素子の製造を完了する。   Next, using the transfer electrodes 37 to 40 as a mask, ion implantation is performed in a region where the photoelectric conversion unit 31 between the transfer electrodes 37 to 40 is exposed, thereby forming a surface low-concentration p layer 43 (FIG. 12D). . Thereafter, a light shielding film W is formed, and a color filter and a microlens are formed to complete the manufacture of the solid-state imaging device.

以上のように、素子分離層36の形成後に表面高濃度p層44を形成し、その後に転送電極37〜40を形成するようにすることで、表面高濃度p層44の表面積を大きくすることができ、白傷を抑制することができる。   As described above, the surface high-concentration p layer 44 is formed after the element isolation layer 36 is formed, and then the transfer electrodes 37 to 40 are formed, thereby increasing the surface area of the surface high-concentration p layer 44. Can suppress white scratches.

また、上記方法では、表面低濃度p層43を転送電極37〜40をマスクとしたセルフアラインによって形成しているため、表面低濃度p層43の形状制御が容易となり、電荷読み出し特性の安定化を図ることができる。また、転送電極37〜40を2層構造としているため、近接する転送電極37〜40間の隙間を平面視上なくすことができ、セルフアラインで表面低濃度p層43を形成する際に、転送電極間の隙間からイオン注入されるのを容易に防止することができる。   Further, in the above method, since the surface low concentration p layer 43 is formed by self-alignment using the transfer electrodes 37 to 40 as a mask, the shape control of the surface low concentration p layer 43 is facilitated, and the charge readout characteristics are stabilized. Can be achieved. Further, since the transfer electrodes 37 to 40 have a two-layer structure, a gap between adjacent transfer electrodes 37 to 40 can be eliminated in plan view, and transfer is performed when the surface low concentration p layer 43 is formed by self-alignment. Ion implantation from the gap between the electrodes can be easily prevented.

なお、図10や図11に示したような構成を実現する場合には、表面高濃度p層44を形成する際のマスクパターンを、図10や図11に示した形状に対応するものに適宜変更すれば良い。   When the configuration shown in FIGS. 10 and 11 is realized, the mask pattern for forming the surface high-concentration p layer 44 is appropriately set to a shape corresponding to the shape shown in FIGS. Change it.

また、上記説明では、表面低濃度p層43を転送電極37〜40をマスクとしたセルフアラインによって形成するものとしたが、表面低濃度p層43を転送電極37〜40の形成前に形成しても良い。この場合、光電変換部31表面に表面高濃度p層44が形成されていない状態で表面低濃度p層43を形成することができるため、表面低濃度p層43形成のためのイオン注入制御が容易となる。   In the above description, the surface low-concentration p layer 43 is formed by self-alignment using the transfer electrodes 37 to 40 as a mask. However, the surface low-concentration p layer 43 is formed before the transfer electrodes 37 to 40 are formed. May be. In this case, since the surface low-concentration p layer 43 can be formed in a state where the surface high-concentration p layer 44 is not formed on the surface of the photoelectric conversion unit 31, ion implantation control for forming the surface low-concentration p layer 43 is performed. It becomes easy.

図13は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。   FIG. 13 is a schematic plan view showing another configuration example of the solid-state imaging device for describing one embodiment of the present invention. The solid-state imaging device is used by being mounted on an imaging device such as a digital camera or a video camera, an electronic endoscope or a camera-equipped mobile phone.

図13に示す固体撮像素子300は、半導体基板S’’内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状(ここでは正方格子状)に配設された複数の光電変換部51を備える。複数の光電変換部51の配置は、列方向に配設された複数の光電変換部51からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。   A solid-state imaging device 300 illustrated in FIG. 13 includes a plurality of photoelectric conversion units 51 arranged in a two-dimensional shape (in this case, a square lattice shape) in a column direction in a semiconductor substrate S ″ and a row direction perpendicular thereto. . The arrangement of the plurality of photoelectric conversion units 51 is such that a plurality of photoelectric conversion unit columns composed of a plurality of photoelectric conversion units 51 arranged in the column direction are arranged in the row direction.

固体撮像素子300は、光電変換部列の各光電変換部51に対応して設けられ、各光電変換部51で発生した電荷を列方向に転送する垂直電荷転送路53と、各光電変換部51とそれに対応する垂直電荷転送路53との間に設けられ、各光電変換部51で発生した電荷を該垂直電荷転送路53に読み出すための電荷読み出し部である読み出しゲート52と、光電変換部51とその周囲の光電変換部51及び垂直電荷転送路53とを分離するために設けられた素子分離層56(図13で一部のみ図示している)と、垂直電荷転送路53を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路54と、水平電荷転送路54を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部55とを備える。   The solid-state imaging device 300 is provided corresponding to each photoelectric conversion unit 51 of the photoelectric conversion unit column, and a vertical charge transfer path 53 that transfers charges generated in each photoelectric conversion unit 51 in the column direction, and each photoelectric conversion unit 51. And a vertical charge transfer path 53 corresponding thereto, a read gate 52 that is a charge read section for reading out the charges generated in each photoelectric conversion section 51 to the vertical charge transfer path 53, and the photoelectric conversion section 51. The device isolation layer 56 (only part of which is shown in FIG. 13) provided for separating the photoelectric conversion unit 51 and the vertical charge transfer path 53 from the surroundings and the vertical charge transfer path 53 have been transferred. A horizontal charge transfer path 54 for transferring the charged charges in the row direction, and an output unit 55 for converting the charges transferred through the horizontal charge transfer path 54 into a signal corresponding to the charge amount and outputting the signal.

図14は、図13に示す固体撮像素子の部分拡大模式図であり、図15は、図14に示す固体撮像素子のC−C’線の断面模式図である。図15に示すように、光電変換部51、読み出しゲート52、垂直電荷転送路53、素子分離層56は、いずれも、n型シリコン基板60上に形成されたpウェル層61内に形成されている。n型シリコン基板60とpウェル層61が半導体基板S’’を構成している。   14 is a partially enlarged schematic diagram of the solid-state imaging device shown in FIG. 13, and FIG. 15 is a schematic sectional view taken along line C-C ′ of the solid-state imaging device shown in FIG. As shown in FIG. 15, the photoelectric conversion unit 51, the read gate 52, the vertical charge transfer path 53, and the element isolation layer 56 are all formed in a p-well layer 61 formed on an n-type silicon substrate 60. Yes. The n-type silicon substrate 60 and the p-well layer 61 constitute a semiconductor substrate S ″.

光電変換部51は、pウェル層61内に形成されたn型不純物層で構成され、このn型不純物層とpウェル層61とのpn接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部(フォトダイオード)として機能する。この光電変換部61は、その表面に低濃度のp型不純物層57(以下、表面低濃度p層57と言う)が設けられ、更に、表面低濃度p層57の表面に表面低濃度p層57よりも高濃度のp型不純物層58(以下、表面高濃度p層58と言う)が設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。   The photoelectric conversion unit 51 is composed of an n-type impurity layer formed in the p-well layer 61, and generates a charge corresponding to incident light by a pn junction between the n-type impurity layer and the p-well layer 61. It functions as a photoelectric conversion unit (photodiode) that accumulates this. The photoelectric conversion unit 61 is provided with a low-concentration p-type impurity layer 57 (hereinafter referred to as a surface low-concentration p layer 57) on the surface thereof, and further, a surface low-concentration p layer on the surface of the surface low-concentration p layer 57. This is a so-called embedded photodiode in which a p-type impurity layer 58 (hereinafter referred to as a surface high-concentration p layer 58) having a higher concentration than 57 is provided.

垂直電荷転送路53はpウェル層61内に形成されたn型不純物層で構成されている。読み出しゲート52は、pウェル層61内に形成されたp型不純物層で構成されている。素子分離層56は、読み出しゲート52や表面低濃度p層57よりも高濃度のp型不純物層で構成され、光電変換部51と垂直電荷転送路53と読み出しゲート52以外のpウェル層61の領域に形成されている。   The vertical charge transfer path 53 is composed of an n-type impurity layer formed in the p well layer 61. The read gate 52 is composed of a p-type impurity layer formed in the p well layer 61. The element isolation layer 56 is composed of a p-type impurity layer having a higher concentration than the readout gate 52 and the surface low-concentration p layer 57, and the photoelectric conversion unit 51, the vertical charge transfer path 53, and the p-well layer 61 other than the readout gate 52. Formed in the region.

読み出しゲート52及び垂直電荷転送路53上には、ゲート絶縁膜GSを介して転送電極Vが形成されている。転送電極V上方には、光電変換部51の一部上方に開口を有するタングステン等から構成される遮光膜59が設けられている。遮光膜59上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。   A transfer electrode V is formed on the read gate 52 and the vertical charge transfer path 53 via a gate insulating film GS. Above the transfer electrode V, a light shielding film 59 made of tungsten or the like having an opening above a part of the photoelectric conversion unit 51 is provided. On the light shielding film 59, a color filter, a micro lens, and the like (not shown) are provided.

次に、光電変換51表面に形成される表面低濃度p層57と表面高濃度p層58について詳細に説明する。   Next, the surface low concentration p layer 57 and the surface high concentration p layer 58 formed on the surface of the photoelectric conversion 51 will be described in detail.

表面低濃度p層57は、例えば光電変換部51の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図14に示したように、平面視においては、光電変換部51と同じ面積(完全に重なった構成)となっている。   The surface low-concentration p layer 57 is formed, for example, by performing ion implantation on the surface of the photoelectric conversion unit 51. As shown in FIG. It is a completely overlapping configuration).

表面高濃度p層58は、例えば表面低濃度p層57の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図14,15に示したように、表面高濃度p層58が形成された光電変換部51に対応する読み出しゲート52から距離をおいて(すなわち、読み出しゲート52との間に表面低濃度p層57が介在するように)形成されている。また、表面高濃度p層58は、表面低濃度p層57の端部を越えて、該表面高濃度p層58が表面に形成された光電変換部51に対応する垂直電荷転送路53から遠ざかる方向に延在して素子分離層56の上まで形成されている。   The surface high-concentration p layer 58 is formed, for example, by performing ion implantation on the surface of the surface low-concentration p layer 57, and the surface high-concentration p layer 58 is formed as shown in FIGS. The photoelectric conversion portion 51 is formed at a distance from the readout gate 52 (that is, the surface low-concentration p layer 57 is interposed between the readout gate 52). Further, the surface high-concentration p layer 58 goes beyond the edge of the surface low-concentration p layer 57 and moves away from the vertical charge transfer path 53 corresponding to the photoelectric conversion unit 51 in which the surface high-concentration p layer 58 is formed. It extends in the direction and is formed on the element isolation layer 56.

この固体撮像素子300では、表面高濃度p層58を、対応する垂直電荷転送路53側には延ばさず、該表面高濃度p層58が表面に形成された光電変換部51に対応する垂直電荷転送路53から遠ざかる方向に延ばして面積を確保した構成となっている。このため、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部51の表面積に対する表面高濃度p層58の表面積の割合を一定以上維持することができ、白傷を効果的に抑制することができる。また、読み出しゲート52と表面高濃度p層58との間には表面低濃度p層57が介在するため、光電変換部51から垂直電荷転送路53への電荷読み出しのための電圧を低くすることができる。   In this solid-state imaging device 300, the surface high-concentration p layer 58 does not extend to the corresponding vertical charge transfer path 53 side, and the vertical charge corresponding to the photoelectric conversion unit 51 formed on the surface with the surface high-concentration p layer 58. The area is secured by extending in a direction away from the transfer path 53. For this reason, even when the cell size is reduced, the ratio of the surface area of the surface high-concentration p layer 58 to the surface area of the photoelectric conversion unit 51 can be maintained above a certain level, and white scratches can be effectively suppressed. it can. Further, since the low surface concentration p layer 57 is interposed between the read gate 52 and the surface high concentration p layer 58, the voltage for reading the charge from the photoelectric conversion unit 51 to the vertical charge transfer path 53 is lowered. Can do.

なお、固体撮像素子300においても、列方向に隣り合う表面高濃度p層58を一体化した構成にすることで、白傷抑制効果を高めることができる。また、固体撮像素子300において、光電変換部列の奇数列と偶数列とを、光電変換部列の配列ピッチの1/2列方向にずらした構成としても良い。   In the solid-state imaging device 300 as well, the effect of suppressing white scratches can be enhanced by integrating the surface high-concentration p layer 58 adjacent in the column direction. In the solid-state imaging device 300, the odd-numbered columns and the even-numbered columns of the photoelectric conversion unit columns may be shifted in the ½ column direction of the arrangement pitch of the photoelectric conversion unit columns.

これまでの説明では、光電変換部11や光電変換部31から信号として読み出す電荷を電子として説明したが、これは正孔であっても良い。正孔とする場合には、上述してきた説明及び図面において、n型とp型をすべて反対とすれば良い。   In the description so far, the charge read out as a signal from the photoelectric conversion unit 11 or the photoelectric conversion unit 31 is described as an electron, but this may be a hole. In the case of using holes, all of the n-type and p-type may be reversed in the above description and drawings.

以下、全ての光電変換部で読み出しゲートの位置が統一されていないタイプの固体撮像素子を参考例として説明する。なお、以下の参考例の各図面で用いる符号は、この参考例の説明にのみ適用する。つまり、参考例の各図面で用いる符号は、図1〜図15に示した符号とは重複するものがあるが、符号が同じであっても、別の符号として読むものとする。   Hereinafter, a solid-state imaging device in which the position of the readout gate is not unified in all photoelectric conversion units will be described as a reference example. In addition, the code | symbol used in each drawing of the following reference examples is applied only to description of this reference example. In other words, the reference numerals used in the drawings of the reference example overlap those shown in FIGS. 1 to 15, but even if the reference numerals are the same, they are read as different reference numerals.

(参考例)
図16に示す固体撮像素子10は、シリコン等の半導体基板の表面に行方向と、該行方向に直交する列方向に、正方格子状に配設された複数のフォトダイオード12を備えている。ここで、行方向は、図16のX方向に相当し、以下、X方向とする。また、列方向は、図16のY方向に相当し、以下、Y方向とする。
(Reference example)
A solid-state imaging device 10 shown in FIG. 16 includes a plurality of photodiodes 12 arranged in a square lattice pattern in a row direction and a column direction orthogonal to the row direction on the surface of a semiconductor substrate such as silicon. Here, the row direction corresponds to the X direction in FIG. 16, and is hereinafter referred to as the X direction. The column direction corresponds to the Y direction in FIG. 16, and is hereinafter referred to as the Y direction.

複数のフォトダイオード12の列同士の間に、Y方向に延びるように形成された垂直シフトレジスタ(VCCD)14が形成されている。垂直シフトレジスタ3は、半導体基板の表面に、一定幅で直線状に形成された領域である。   A vertical shift register (VCCD) 14 formed so as to extend in the Y direction is formed between the plurality of photodiodes 12. The vertical shift register 3 is a region formed linearly with a constant width on the surface of the semiconductor substrate.

この構成例の固体撮像素子10は、複数のフォトダイオード12が、電荷が行方向左側の垂直シフトレジスタに読み出される第1フォトダイオード12aと、電荷が行方向右側の垂直シフトレジスタに読み出される第2フォトダイオード12bとを含む。また、複数のフォトダイオード12は、第1フォトダイオード12aのみを行方向に配列した行と、第2フォトダイオード12bのみを行方向に配列した行とを、列方向に交互に並べた配列を有する。第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bとを総称して、単にフォトダイオード12ともいう。   In the solid-state imaging device 10 of this configuration example, the plurality of photodiodes 12 includes a first photodiode 12a from which charges are read to the vertical shift register on the left side in the row direction and a second photodiode from which charges are read to the vertical shift register on the right side in the row direction. And a photodiode 12b. The plurality of photodiodes 12 have an arrangement in which rows in which only the first photodiodes 12a are arranged in the row direction and rows in which only the second photodiodes 12b are arranged in the row direction are alternately arranged in the column direction. . The first photodiode 12a and the second photodiode 12b are collectively referred to simply as the photodiode 12.

第1フォトダイオード12aと、該第1フォトダイオード12aの電荷が読み出される側(図16の構成では左側)の垂直シフトレジスタ3との間には、読み出しゲート15が設けられている。同様に、第2フォトダイオード12bと、該第2フォトダイオード12bの電荷が読み出される側(図16の構成では右側)の垂直シフトレジスタ3との間には、読み出しゲート15が設けられている。つまり、第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bとは、それぞれ、電荷の読み出される方向が反対となる。   A read gate 15 is provided between the first photodiode 12a and the vertical shift register 3 on the side from which charges of the first photodiode 12a are read (left side in the configuration of FIG. 16). Similarly, a read gate 15 is provided between the second photodiode 12b and the vertical shift register 3 on the side from which charges of the second photodiode 12b are read (right side in the configuration of FIG. 16). In other words, the first photodiode 12a and the second photodiode 12b have opposite charge reading directions.

垂直シフトレジスタ3と、転送電極V1,V2,V3,V4と、読み出しゲート15は、フォトダイオード12で生成された電荷をY方向に転送(垂直転送)する垂直電荷転送部として機能する。   The vertical shift register 3, the transfer electrodes V 1, V 2, V 3, V 4 and the read gate 15 function as a vertical charge transfer unit that transfers charges generated by the photodiode 12 in the Y direction (vertical transfer).

垂直シフトレジスタ3の上方に複数の転送電極V1,V2,V3,V4が形成されている。転送電極V1〜V4に転送パルスが印加されると、垂直シフトレジスタ3に蓄積されている電荷がY方向に転送される。   A plurality of transfer electrodes V 1, V 2, V 3 and V 4 are formed above the vertical shift register 3. When a transfer pulse is applied to the transfer electrodes V1 to V4, the charge accumulated in the vertical shift register 3 is transferred in the Y direction.

垂直シフトレジスタ3のY方向の端部が、水平シフトレジスタ16に接続している。水平シフトレジスタ16の上方には、図示しない複数の水平電荷転送電極が行方向に並べて設けられている。複数の水平電荷転送電極に転送パルスが印加されると、水平シフトレジスタ16に蓄積されている電荷がX方向に転送される。水平シフトレジスタ16と、複数の水平電荷転送電極とが、電荷をX方向に転送(水平転送)する水平電荷転送部として機能する。   The end of the vertical shift register 3 in the Y direction is connected to the horizontal shift register 16. Above the horizontal shift register 16, a plurality of horizontal charge transfer electrodes (not shown) are arranged in the row direction. When a transfer pulse is applied to the plurality of horizontal charge transfer electrodes, the charges accumulated in the horizontal shift register 16 are transferred in the X direction. The horizontal shift register 16 and the plurality of horizontal charge transfer electrodes function as a horizontal charge transfer unit that transfers charges in the X direction (horizontal transfer).

水平シフトレジスタ16のX方向の端部には、出力アンプ18が設けられている。出力アンプ18は、例えばフローティングディフュージョンアンプで構成され、転送された電荷を電圧信号に変換する。   An output amplifier 18 is provided at the end of the horizontal shift register 16 in the X direction. The output amplifier 18 is composed of, for example, a floating diffusion amplifier, and converts the transferred charge into a voltage signal.

半導体基板の上方には図示しないカラーフィルタを有する。カラーフィルタの配列は任意である。カラーフィルタの配列の一例としては、R(赤),G(緑),B(青)の3色を含むベイヤー配列とすることができる。   A color filter (not shown) is provided above the semiconductor substrate. The arrangement of the color filters is arbitrary. As an example of the arrangement of the color filters, a Bayer arrangement including three colors of R (red), G (green), and B (blue) can be used.

図17に示すように、複数のフォトダイオード12a,12bが、各フォトダイオード12a,12bの電荷が読み出される側の転送電極V1,V3と一部重なり合うように形成される。   As shown in FIG. 17, the plurality of photodiodes 12a and 12b are formed so as to partially overlap the transfer electrodes V1 and V3 on the side from which the charges of the photodiodes 12a and 12b are read.

この構成例では、第1フォトダイオード12aが、該第1フォトダイオード12aの電荷が読み出される垂直シフトレジスタ3の上方に位置する転送電極V1と重なり合うように構成されている。また、第2フォトダイオード12bが、該第2フォトダイオード12bの電荷が読み出される垂直シフトレジスタ3の上方に位置する転送電極V3と重なり合うように構成されている。   In this configuration example, the first photodiode 12a is configured to overlap the transfer electrode V1 located above the vertical shift register 3 from which the charge of the first photodiode 12a is read. The second photodiode 12b is configured to overlap the transfer electrode V3 located above the vertical shift register 3 from which the charge of the second photodiode 12b is read.

図18に示すように、半導体基板の表面には、pウェル領域1が形成されている。pウェル領域1の表面には、図中n+で示す高濃度のn型の不純物拡散領域2bと、該不純物拡散領域2bの表面側に形成された高濃度のp型の不純物拡散領域2aとが設けられている。不純物拡散領域2aは、暗電流を抑止するために設けられている。pウェル領域1とn型の不純物拡散領域2bとがpn接合することでフォトダイオード12aが形成される。図18では、不純物拡散領域2a,2bを含めてフォトダイオード12aとして表記している。   As shown in FIG. 18, a p-well region 1 is formed on the surface of the semiconductor substrate. On the surface of the p-well region 1, there are a high-concentration n-type impurity diffusion region 2b indicated by n + in the drawing and a high-concentration p-type impurity diffusion region 2a formed on the surface side of the impurity diffusion region 2b. Is provided. The impurity diffusion region 2a is provided to suppress dark current. The p-well region 1 and the n-type impurity diffusion region 2b form a pn junction to form a photodiode 12a. In FIG. 18, it is represented as a photodiode 12a including the impurity diffusion regions 2a and 2b.

図18において、隣り合うフォトダイオード12の間には、垂直シフトレジスタ3が設けられている。垂直シフトレジスタ3と、該垂直シフトレジスタ3へ電荷が読み出されるフォトダイオード12aとの間には、読み出しゲート4が設けられている。また、pウェル領域1には、垂直シフトレジスタ3に対して、読み出しゲート4の反対側で隣り合う素子分離領域6と、垂直シフトレジスタ3の下方に位置する素子分離領域5とが設けられている。   In FIG. 18, a vertical shift register 3 is provided between adjacent photodiodes 12. A read gate 4 is provided between the vertical shift register 3 and the photodiode 12 a from which charges are read to the vertical shift register 3. The p well region 1 is provided with an element isolation region 6 adjacent to the vertical shift register 3 on the opposite side of the read gate 4 and an element isolation region 5 located below the vertical shift register 3. Yes.

pウェル領域1の表面には、窒化膜や酸化膜などを含むゲート絶縁膜7が形成されている。   A gate insulating film 7 including a nitride film or an oxide film is formed on the surface of the p well region 1.

各フォトダイオード12aの上方には、ゲート絶縁膜7を介してポリシリコンなどからなる転送電極V1が設けられている。   A transfer electrode V1 made of polysilicon or the like is provided above each photodiode 12a via a gate insulating film 7.

ゲート絶縁膜7の上面には、転送電極V1を覆うように層間絶縁膜13が形成されている。また、転送電極V1の側部及び上部を層間絶縁膜13を介して覆うように、アルミニウムやタングステンなどの遮光性材料からなる遮光膜15が形成されている。遮光膜15は、フォトダイオード12aの上方の一部が開口しており、開口した領域で入射光を通過させ、該入射光をフォトダイオード12aに受光させる。   An interlayer insulating film 13 is formed on the upper surface of the gate insulating film 7 so as to cover the transfer electrode V1. Further, a light shielding film 15 made of a light shielding material such as aluminum or tungsten is formed so as to cover the side and upper portion of the transfer electrode V1 with the interlayer insulating film 13 interposed therebetween. A part of the light shielding film 15 is opened above the photodiode 12a, allows incident light to pass through the opened region, and causes the photodiode 12a to receive the incident light.

フォトダイオード12aにおける読み出しゲート4側の一部が、転送電極V1の下方に潜り込むように形成されている。   A part of the photodiode 12a on the side of the read gate 4 is formed so as to sink under the transfer electrode V1.

次に、フォトダイオード12の形成について説明する。フォトダイオード12は、半導体基板のpウェル領域に不純物をイオン注入することで形成する。イオン注入を半導体基板の表面に対して垂直に行うと、不純物によって形成される不純物拡散領域の分布は、半導体基板の表面から深さ方向に対してほぼまっすぐに形成される。一方、イオン注入を半導体基板の表面に対して斜めの方向から行うと、不純物拡散領域の分布は、半導体基板の表面から深さ方向に対して斜めに形成される。なお、イオン注入された不純物は、半導体基板内でその周囲近傍に拡散するが、不純物拡散領域全体に対して極めて小さい割合であるためここでは無視するものとする。   Next, formation of the photodiode 12 will be described. The photodiode 12 is formed by ion-implanting impurities into the p-well region of the semiconductor substrate. When ion implantation is performed perpendicularly to the surface of the semiconductor substrate, the distribution of impurity diffusion regions formed by the impurities is formed substantially straight from the surface of the semiconductor substrate in the depth direction. On the other hand, when ion implantation is performed from a direction oblique to the surface of the semiconductor substrate, the distribution of the impurity diffusion region is formed obliquely from the surface of the semiconductor substrate to the depth direction. The ion-implanted impurity diffuses in the vicinity of the periphery of the semiconductor substrate, but is ignored here because it is a very small ratio with respect to the entire impurity diffusion region.

図16の固体撮像素子10のように第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bとは、電荷を読み出す方向が異なっており、その読み出される側の転送電極に一部潜り込むように形成する必要がある。ここで、仮に、第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bそれぞれの電荷を読み出す方向に合わせて、イオン注入の方向を変えて合計2回のイオン注入を行うとする。具体的には、第1フォトダイオード12aでは、半導体基板の表面に対してX方向右側から斜めにイオン注入し、第2フォトダイオード12bでは、半導体基板の表面に対してX方向左側から斜めにイオン注入を行う。この場合には、第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bとでそれぞれ別のイオン注入を行うため、第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bとで電荷読み出しなどの特性に差が生じてしまう。   As in the solid-state imaging device 10 of FIG. 16, the first photodiode 12a and the second photodiode 12b are different in the direction of reading out charges, and need to be formed so as to partially enter the transfer electrode on the reading side. is there. Here, it is assumed that ion implantation is performed twice in total by changing the direction of ion implantation in accordance with the direction in which the charges of the first photodiode 12a and the second photodiode 12b are read. Specifically, in the first photodiode 12a, ions are implanted obliquely from the right in the X direction with respect to the surface of the semiconductor substrate, and in the second photodiode 12b, ions are obliquely formed from the left in the X direction with respect to the surface of the semiconductor substrate. Make an injection. In this case, since different ion implantation is performed for the first photodiode 12a and the second photodiode 12b, there is a difference in characteristics such as charge readout between the first photodiode 12a and the second photodiode 12b. End up.

この構成例では、第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12bとを同じイオン注入によって1回で形成する。   In this configuration example, the first photodiode 12a and the second photodiode 12b are formed once by the same ion implantation.

図19(a)は、半導体基板においてX方向に対する不純物の分布とイオン注入の方向を示し、図19(b)は、半導体基板においてY方向に対する不純物の分布とイオン注入の方向を示している。なお、図19(a),(b)では、素子分離領域や読み出しゲートを図示せず省略している。   FIG. 19A shows the impurity distribution and ion implantation direction in the X direction in the semiconductor substrate, and FIG. 19B shows the impurity distribution and ion implantation direction in the Y direction in the semiconductor substrate. In FIGS. 19A and 19B, an element isolation region and a read gate are not shown and are omitted.

図19(a)に示すように、イオン注入によって、不純物は、半導体基板の表面に対して、X方向に傾斜することなく、X方向に対称に分布する。ここで、対称に分布とは、フォトダイオード12のX方向のどの位置においても半導体基板の表面からの不純物の分布が等しいことを意味する。このとき、半導体基板のpウェル領域1には、不純物が略矩形状に分布する。   As shown in FIG. 19A, by ion implantation, impurities are distributed symmetrically in the X direction without tilting in the X direction with respect to the surface of the semiconductor substrate. Here, the symmetrical distribution means that the distribution of impurities from the surface of the semiconductor substrate is equal at any position in the X direction of the photodiode 12. At this time, impurities are distributed in a substantially rectangular shape in the p-well region 1 of the semiconductor substrate.

このとき、イオン注入の方向は、図19(b)に示すように、半導体基板の表面に対して、Y方向に傾斜する。つまり、イオン注入の方向は、電荷が転送される方向に傾斜する。このとき、不純物が、Y方向では、半導体基板の表面から電荷を転送する方向に向かって傾斜する向きで分布する。このとき、半導体基板のpウェル領域1には、不純物が略平行四辺形状に分布する。なお、Y方向におけるイオン注入の方向は、半導体基板の表面から電荷を転送する方向の反対側へ向かって傾斜していてもよい。Y方向において、イオン注入を斜め方向に行うのは、イオン注入された不純物の分布を安定させるためである。   At this time, the direction of ion implantation is inclined in the Y direction with respect to the surface of the semiconductor substrate, as shown in FIG. That is, the direction of ion implantation is inclined in the direction in which charges are transferred. At this time, the impurities are distributed in a direction inclined in the direction of transferring charges from the surface of the semiconductor substrate in the Y direction. At this time, impurities are distributed in a substantially parallelogram shape in the p-well region 1 of the semiconductor substrate. Note that the direction of ion implantation in the Y direction may be inclined from the surface of the semiconductor substrate toward the side opposite to the direction in which charges are transferred. The reason why the ion implantation is performed obliquely in the Y direction is to stabilize the distribution of the implanted impurities.

第1フォトダイオード12aと第2フォトダイオード12b間の電荷の読み出し方向の相違にかかわらず、第1フォトダイオード12a及び第2フォトダイオード12bは、同じ方向でかつ1回のイオン注入によって形成される。   Regardless of the difference in charge reading direction between the first photodiode 12a and the second photodiode 12b, the first photodiode 12a and the second photodiode 12b are formed in the same direction and by one ion implantation.

この固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードの一部で電荷を読み出す方向がX方向に対して異なっている場合に、不純物がX方向では対称に分布するようにイオン注入することで、複数のフォトダイオード間で電荷を読み出す方向とイオン注入の方向との関係が同じになる。このため、複数のフォトダイオードそれぞれの読み出し特性に差が生じることを回避することができる。   According to this solid-state imaging device, when the direction in which charges are read in a part of a plurality of photodiodes is different from the X direction, ions are implanted so that impurities are distributed symmetrically in the X direction. The relationship between the direction of reading out charges and the direction of ion implantation is the same between the photodiodes. For this reason, it is possible to avoid the occurrence of a difference in the readout characteristics of the plurality of photodiodes.

このようにフォトダイオードを形成する手順としては、先ず、半導体基板の表面にフォトダイオードを形成するためのイオン注入を行う。そして、フォトダイオードを形成した後で、半導体基板の上層に転送電極などを形成する。こうすれば、X方向に対して斜めにイオン注入を行わなくても、フォトダイオードの一部と重なり合うように後工程で転送電極を形成できる。   As a procedure for forming the photodiode in this way, first, ion implantation for forming the photodiode is performed on the surface of the semiconductor substrate. Then, after forming the photodiode, a transfer electrode or the like is formed on the upper layer of the semiconductor substrate. In this case, the transfer electrode can be formed in a subsequent process so as to overlap with a part of the photodiode without performing ion implantation obliquely with respect to the X direction.

具体的には、先に、半導体基板の表面にフォトダイオードを形成するためのイオン注入工程を行う。イオン注入工程では、不純物が行方向に対称に分布し、且つ、列方向に対しては半導体基板の表面から電荷が転送される方向に向かって斜めに分布するようにイオン注入を行って複数のフォトダイオードを形成する。   Specifically, first, an ion implantation process for forming a photodiode on the surface of the semiconductor substrate is performed. In the ion implantation step, a plurality of ions are implanted so that impurities are distributed symmetrically in the row direction and obliquely distributed in the column direction toward the direction in which charges are transferred from the surface of the semiconductor substrate. A photodiode is formed.

複数のフォトダイオードを形成した後で、半導体基板の上方に、転送電極を形成する。このとき、既に形成されたフォトダイオードの一部と重なり合うように転送電極を形成する。   After forming a plurality of photodiodes, a transfer electrode is formed above the semiconductor substrate. At this time, the transfer electrode is formed so as to overlap a part of the already formed photodiode.

半導体基板の上層に設けられる絶縁膜などは、周知の製造手順を採用して適宜形成することができる。このとき、イオン注入を行う手順と転送電極を形成する手順とを妨げない順番で形成される。   The insulating film or the like provided on the upper layer of the semiconductor substrate can be appropriately formed by employing a well-known manufacturing procedure. At this time, they are formed in an order that does not interfere with the procedure of ion implantation and the procedure of forming the transfer electrode.

こうすれば、複数のフォトダイオード間で特性の差がない固体撮像素子を得ることができるとともに、1回のイオン注入のみでフォトダイオードを形成することができるため、電荷の読み出し方向に応じて製造工程が増えてしまうことがない。   In this way, it is possible to obtain a solid-state imaging device having no difference in characteristics among a plurality of photodiodes and to form a photodiode by only one ion implantation. The process will not increase.

固体撮像素子の構成は、上記構成例に限定されない。
図20に示す固体撮像素子は、上記構成例と同様に、半導体基板の表面に、X方向及びY方向に格子状に複数のフォトダイオードが配列されている。複数のフォトダイオードがX方向に対して両側の垂直シフトレジスタ3に電荷が読み出されるように読み出しゲートが形成された第1フォトダイオード12aと、第2フォトダイオード12bとを含む。
The configuration of the solid-state imaging device is not limited to the above configuration example.
The solid-state imaging device shown in FIG. 20 has a plurality of photodiodes arranged in a lattice pattern in the X and Y directions on the surface of the semiconductor substrate, as in the above configuration example. The plurality of photodiodes includes a first photodiode 12a and a second photodiode 12b in which a read gate is formed so that charges are read to the vertical shift registers 3 on both sides with respect to the X direction.

第1フォトダイオード12aは、電荷が読み出される側の転送電極V1,V4と一部重なり合うように形成される。同様に、第2フォトダイオード12bは、電荷が読み出される側の転送電極V2,V3と一部重なり合うように形成される。   The first photodiode 12a is formed so as to partially overlap the transfer electrodes V1 and V4 on the side from which charges are read. Similarly, the second photodiode 12b is formed so as to partially overlap the transfer electrodes V2 and V3 on the side from which charges are read.

第1フォトダイオード12aで生成された電荷は、転送電極V1の下方に位置する垂直シフトレジスタ3、または、転送電極V4の下方に位置する垂直シフトレジスタ3に読み出される。   The electric charge generated by the first photodiode 12a is read out to the vertical shift register 3 located below the transfer electrode V1 or the vertical shift register 3 located below the transfer electrode V4.

第2フォトダイオード12bで生成された電荷は、転送電極V3の下方に位置する垂直シフトレジスタ3、または、転送電極V2の下方に位置する垂直シフトレジスタ3に読み出される。   The charge generated by the second photodiode 12b is read out to the vertical shift register 3 located below the transfer electrode V3 or the vertical shift register 3 located below the transfer electrode V2.

図20の固体撮像素子の構成例において、上記構成例と同様に、イオン注入の方向を、半導体基板の表面に対して、X方向に傾斜することなく、垂直とする。こうすることで、不純物が半導体基板の表面のX方向に対称に分布する。また、Y方向においては、半導体基板の表面に対して傾斜するようにイオン注入を行う。このとき、不純物が、Y方向では、半導体基板の表面から電荷を転送する方向に向かって傾斜する向きで分布する。   In the configuration example of the solid-state imaging device in FIG. 20, as in the above configuration example, the ion implantation direction is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate without being inclined in the X direction. By doing so, impurities are distributed symmetrically in the X direction on the surface of the semiconductor substrate. In the Y direction, ion implantation is performed so as to be inclined with respect to the surface of the semiconductor substrate. At this time, the impurities are distributed in a direction inclined in the direction of transferring charges from the surface of the semiconductor substrate in the Y direction.

この固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードの一部で電荷を読み出す方向がX方向に対して異なっている場合に、不純物がX方向にして対称に分布するようにイオン注入することで、複数のフォトダイオード間で電荷を読み出す方向とイオン注入の方向との関係が同じになる。イオン注入は、Y方向に対して斜めに行われるため、不純物のX方向の分布を対称にすることができ、斜め方向にイオン注入を行うことで、注入された不純物の分布が安定する。このため、複数のフォトダイオードそれぞれの読み出し特性に差が生じることを回避することができる。   According to this solid-state imaging device, when the charge readout direction in a part of the plurality of photodiodes is different from the X direction, ions are implanted so that the impurities are distributed symmetrically in the X direction. The relationship between the direction of reading out charges and the direction of ion implantation between the plurality of photodiodes is the same. Since ion implantation is performed obliquely with respect to the Y direction, the distribution of impurities in the X direction can be made symmetric, and by performing ion implantation in the oblique direction, the distribution of implanted impurities is stabilized. For this reason, it is possible to avoid the occurrence of a difference in the readout characteristics of the plurality of photodiodes.

図21に示す固体撮像素子では、複数のフォトダイオードが、X方向に対して一方に電荷が読み出されるように読み出しゲートが形成された第1フォトダイオード22aと、第1フォトダイオード12aの反対方向へ電荷が読み出されるように読み出しゲートが形成された第2フォトダイオード22bとを含む。   In the solid-state imaging device shown in FIG. 21, the plurality of photodiodes are in the opposite direction of the first photodiode 12a and the first photodiode 22a in which the readout gate is formed so that the charge is read out in one direction with respect to the X direction. And a second photodiode 22b in which a read gate is formed so that charges are read out.

第1フォトダイオード22aは、電荷が読み出される側の転送電極V2,V4と一部重なり合うように形成される。同様に、第2フォトダイオード22bは、電荷が読み出される側の転送電極V1,V3と一部重なり合うように形成される。   The first photodiode 22a is formed so as to partially overlap the transfer electrodes V2 and V4 on the side from which charges are read. Similarly, the second photodiode 22b is formed so as to partially overlap the transfer electrodes V1 and V3 on the charge reading side.

第1フォトダイオード22aで生成された電荷は、転送電極V2,V4それぞれの下方に位置する垂直シフトレジスタ3に読み出される。   The charges generated by the first photodiode 22a are read out to the vertical shift register 3 located below the transfer electrodes V2 and V4.

第2フォトダイオード22bで生成された電荷は、転送電極V1,V3それぞれの下方に位置する垂直シフトレジスタ3に読み出される。   The charges generated by the second photodiode 22b are read out to the vertical shift register 3 located below the transfer electrodes V1 and V3.

この構成例では、電荷を読み出す方向が向かい合うように隣り合う第1フォトダイオード22aと第2フォトダイオード22bとの間の垂直シフトレジスタ3にのみ電荷が読み出される。電荷を読み出す方向が向かい合わないように隣り合った第1フォトダイオード22aと第2フォトダイオード22bとの間には垂直シフトレジスタ3や転送電極V1〜V4が設けられていない。または、電荷を読み出す方向が向かい合わないように隣り合った第1フォトダイオード22aと第2フォトダイオード22bとの間には垂直シフトレジスタ3や転送電極V1〜V4を設けたうえで、該垂直シフトレジスタ3へ電荷の読み出しを行わない構成としてもよい。   In this configuration example, charges are read out only to the vertical shift register 3 between the first photodiode 22a and the second photodiode 22b adjacent to each other so that the directions in which the charges are read out face each other. The vertical shift register 3 and the transfer electrodes V <b> 1 to V <b> 4 are not provided between the first photodiode 22 a and the second photodiode 22 b adjacent to each other so that the charge reading directions do not face each other. Alternatively, the vertical shift register 3 and the transfer electrodes V1 to V4 are provided between the first photodiode 22a and the second photodiode 22b adjacent to each other so that the charge reading directions do not face each other. 3 may be configured such that no charge is read out.

図21の固体撮像素子の構成例において、上記構成例と同様に、イオン注入の方向を、半導体基板の表面に対して、X方向に傾斜することなく、垂直とする。こうすることで、不純物が半導体基板の表面のX方向に対称に分布する。また、Y方向においては、半導体基板の表面に対して傾斜するようにイオン注入を行う。このとき、不純物が、Y方向では、半導体基板の表面から電荷を転送する方向に向かって傾斜する向きで分布する。   In the configuration example of the solid-state imaging device in FIG. 21, as in the above configuration example, the ion implantation direction is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate without being inclined in the X direction. By doing so, impurities are distributed symmetrically in the X direction on the surface of the semiconductor substrate. In the Y direction, ion implantation is performed so as to be inclined with respect to the surface of the semiconductor substrate. At this time, the impurities are distributed in a direction inclined in the direction of transferring charges from the surface of the semiconductor substrate in the Y direction.

この固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードの一部で電荷を読み出す方向がX方向に対して異なっている場合に、不純物がX方向にして対称に分布するようにイオン注入することで、複数のフォトダイオード間で電荷を読み出す方向とイオン注入の方向との関係が同じになる。イオン注入は、Y方向に対して斜めに行われるため、不純物のX方向の分布を対称にすることができ、斜めにイオン注入を行うことで、注入された不純物の分布が安定する。このため、複数のフォトダイオードそれぞれの読み出し特性に差が生じることを回避することができる。   According to this solid-state imaging device, when the charge readout direction in a part of the plurality of photodiodes is different from the X direction, ions are implanted so that the impurities are distributed symmetrically in the X direction. The relationship between the direction of reading out charges and the direction of ion implantation between the plurality of photodiodes is the same. Since ion implantation is performed obliquely with respect to the Y direction, the distribution of impurities in the X direction can be made symmetric, and by performing ion implantation obliquely, the distribution of the implanted impurities is stabilized. For this reason, it is possible to avoid the occurrence of a difference in the readout characteristics of the plurality of photodiodes.

以上のように、本明細書には次の事項が開示されている。   As described above, the following items are disclosed in this specification.

開示された固体撮像素子は、半導体基板内に列方向とこれに直交する行方向に配設された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、前記光電変換部に対応して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記光電変換部とそれに対応する前記電荷転送路との間に設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部と、前記光電変換部と、その周囲の前記光電変換部及び前記電荷転送路とを分離するために設けられた前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の素子分離層と、前記光電変換部の表面に設けられ、前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の第一の不純物層と、前記第一の不純物層の表面に前記電荷読み出し部から距離をあけて設けられ、前記第一の不純物層と同じ導電型で且つ前記第一の不純物層よりも不純物濃度の高い第二の不純物層とを備え、前記第二の不純物層は、前記第二の不純物層が形成された前記光電変換部に対応する前記垂直電荷転送路から遠ざかる方向に延在して前記素子分離層の上まで形成されている。   The disclosed solid-state imaging device is a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion units arranged in a semiconductor substrate in a column direction and a row direction orthogonal thereto, and is provided corresponding to the photoelectric conversion unit. A charge transfer path for transferring the charge generated in the photoelectric conversion unit in the column direction, and the photoelectric conversion unit and the charge transfer path corresponding to the charge transfer path. Conductivity opposite to that of impurities constituting the photoelectric conversion unit provided to separate the charge reading unit for reading out to the charge transfer path, the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit and the charge transfer path around the photoelectric conversion unit Type element isolation layer, a first impurity layer provided on the surface of the photoelectric conversion unit and having a conductivity type opposite to the impurities constituting the photoelectric conversion unit, and the charge readout unit on the surface of the first impurity layer Set a distance from And a second impurity layer having the same conductivity type as that of the first impurity layer and having an impurity concentration higher than that of the first impurity layer, wherein the second impurity layer includes the second impurity layer. It extends to the direction away from the vertical charge transfer path corresponding to the formed photoelectric conversion part and is formed on the element isolation layer.

この構成により、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を維持することができる。このため、白傷を抑制することができる。また、電荷読み出し部と第二の不純物層との間には第一の不純物層が介在するため、光電変換部から電荷転送路への電荷読み出しのための電圧を低くすることができる。   With this configuration, even when the cell size is reduced, the ratio of the surface area of the second impurity layer to the surface area of the photoelectric conversion portion can be maintained. For this reason, white scratches can be suppressed. In addition, since the first impurity layer is interposed between the charge reading portion and the second impurity layer, the voltage for reading the charge from the photoelectric conversion portion to the charge transfer path can be lowered.

開示された固体撮像素子は、前記複数の光電変換部が、前記半導体基板内に列方向に配設された複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向と直交する行方向に複数配列した構成となっており、前記電荷転送路が前記複数の光電変換部列の間を1つおきに配置され、それを挟んで隣り合う2つの光電変換部列で共用されており、前記第二の不純物層は、前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部列の光電変換部同士の間にある部分の上にまで延びている。   In the disclosed solid-state imaging device, the plurality of photoelectric conversion units are arranged in a row direction perpendicular to the column direction. The photoelectric conversion unit column includes the plurality of photoelectric conversion units arranged in the column direction in the semiconductor substrate. It is configured in a plurality of arrangements, the charge transfer path is arranged between every other plurality of photoelectric conversion unit rows, and is shared by two adjacent photoelectric conversion unit rows across it, The second impurity layer extends to a portion of the element isolation layer that is between the photoelectric conversion units of the two adjacent photoelectric conversion unit columns without sandwiching the charge transfer path.

この構成により、表面高濃度p層と隣接電荷転送路とのリークの発生が抑制されるため、白傷を更に低減することができる。   With this configuration, the occurrence of leakage between the surface high-concentration p layer and the adjacent charge transfer path is suppressed, so that white scratches can be further reduced.

開示された固体撮像素子は、前記複数の光電変換部列は、それぞれ同一の配列ピッチで、且つ、奇数列と偶数列がそれぞれの前記光電変換部の配列ピッチの1/2前記列方向に互いにずれており、前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部の間にある部分の上方には、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための転送電極が存在する。   In the disclosed solid-state imaging device, the plurality of photoelectric conversion unit columns have the same arrangement pitch, and the odd-numbered column and the even-numbered column are ½ of the arrangement pitch of the photoelectric conversion units, respectively, in the column direction. In order to control the charge transfer operation in the charge transfer path above the portion between the two photoelectric conversion units adjacent to each other without sandwiching the charge transfer path in the element isolation layer. There are several transfer electrodes.

この構成により、転送電極に電圧が印加された場合でも、電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの光電変換部の間の半導体基板表面が第二の不純物層によってシールドされるため、この表面部分が空乏化しにくくなり、白傷の発生を抑えることができる。   With this configuration, even when a voltage is applied to the transfer electrode, the surface of the semiconductor substrate between the two adjacent photoelectric conversion units is shielded by the second impurity layer without sandwiching the charge transfer path. Becomes difficult to be depleted, and the occurrence of white scratches can be suppressed.

開示された固体撮像素子は、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記第二の不純物層が一体化されている。   In the disclosed solid-state imaging device, the two adjacent second impurity layers are integrated without sandwiching the charge transfer path.

この構成により、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。   With this configuration, the ratio of the surface area of the second impurity layer to the surface area of the photoelectric conversion portion can be further increased, and white scratches can be further suppressed.

開示された固体撮像素子は、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている。   In the disclosed solid-state imaging device, the second impurity layer of each photoelectric conversion unit of two adjacent photoelectric conversion unit rows is integrated without sandwiching the charge transfer path.

この構成により、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。   With this configuration, the ratio of the surface area of the second impurity layer to the surface area of the photoelectric conversion portion can be further increased, and white scratches can be further suppressed.

開示された固体撮像素子は、前記電荷転送路が1つの前記光電変換部列に対して1つ設けられ、前記電荷転送路に対応する各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている。   In the disclosed solid-state imaging device, one charge transfer path is provided for one photoelectric conversion unit row, and the second impurity layer of each photoelectric conversion unit corresponding to the charge transfer path is integrated. ing.

この構成により、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。   With this configuration, the ratio of the surface area of the second impurity layer to the surface area of the photoelectric conversion portion can be further increased, and white scratches can be further suppressed.

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。   The disclosed imaging device includes the solid-state imaging device.

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記固体撮像素子の製造方法であって、前記素子分離層を形成する第一の工程と、前記第一の工程の後に前記第二の不純物層を形成する第二の工程と、前記第二の工程の後に前記転送電極を形成する第三の工程とを含む。   The disclosed method for manufacturing a solid-state imaging device is a method for manufacturing the solid-state imaging device, wherein the first step of forming the element isolation layer and the second impurity layer are formed after the first step. And a third step of forming the transfer electrode after the second step.

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第三の工程の後、前記転送電極をマスクとしたイオン注入によって前記第一の不純物層を形成する第四の工程を含む。   The disclosed method for manufacturing a solid-state imaging device includes, after the third step, a fourth step of forming the first impurity layer by ion implantation using the transfer electrode as a mask.

この方法により、電荷読み出し特性を安定化させることができる。   By this method, the charge readout characteristic can be stabilized.

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記第二の不純物層を一体的に形成する。   In the disclosed method for manufacturing a solid-state imaging device, in the second step, two adjacent second impurity layers are integrally formed without sandwiching the charge transfer path.

この方法により、第二の不純物層形成のためのマスクパターンをシンプルなものにすることができ、微細化が進んだ場合でも製造が容易となる。   By this method, the mask pattern for forming the second impurity layer can be simplified, and manufacture is facilitated even when miniaturization is advanced.

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層を一体的に形成する。   In the disclosed method for manufacturing a solid-state imaging device, in the second step, the second impurity layers of the photoelectric conversion units of the two adjacent photoelectric conversion unit columns are integrated without interposing the charge transfer path. To form.

この方法により、第二の不純物層形成のためのマスクパターンをシンプルなものにすることができ、微細化が進んだ場合でも製造が容易となる。   By this method, the mask pattern for forming the second impurity layer can be simplified, and manufacture is facilitated even when miniaturization is advanced.

11 光電変換部
12 読み出しゲート
13 垂直電荷転送路
22 表面高濃度p層
23 表面低濃度p層
36 素子分離層
100 固体撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Photoelectric conversion part 12 Read-out gate 13 Vertical charge transfer path 22 Surface high concentration p layer 23 Surface low concentration p layer 36 Element isolation layer 100 Solid-state image sensor

Claims (11)

半導体基板内に列方向とこれに直交する行方向に配設された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、
前記光電変換部に対応して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、
前記光電変換部とそれに対応する前記電荷転送路との間に設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部と、
前記光電変換部と、その周囲の前記光電変換部及び前記電荷転送路とを分離するために設けられた前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の素子分離層と、
前記光電変換部の表面に設けられ、前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の第一の不純物層と、
前記第一の不純物層の表面に前記電荷読み出し部から距離をあけて設けられ、前記第一の不純物層と同じ導電型で且つ前記第一の不純物層よりも不純物濃度の高い第二の不純物層とを備え、
前記第二の不純物層は、前記第二の不純物層が形成された前記光電変換部に対応する前記垂直電荷転送路から遠ざかる方向に延在して前記素子分離層の上まで形成されている固体撮像素子。
A solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion units arranged in a column direction and a row direction orthogonal to the column direction in a semiconductor substrate,
A charge transfer path provided corresponding to the photoelectric conversion unit and transferring charges generated in the photoelectric conversion unit in the column direction;
A charge reading unit provided between the photoelectric conversion unit and the charge transfer path corresponding to the photoelectric conversion unit, for reading out the charge generated in the photoelectric conversion unit to the charge transfer path;
An element isolation layer having a conductivity type opposite to that of the impurity constituting the photoelectric conversion unit provided to separate the photoelectric conversion unit from the photoelectric conversion unit and the charge transfer path around the photoelectric conversion unit;
A first impurity layer having a conductivity type opposite to that of the impurity provided on the surface of the photoelectric conversion unit;
A second impurity layer provided on the surface of the first impurity layer at a distance from the charge readout portion, having the same conductivity type as the first impurity layer and having an impurity concentration higher than that of the first impurity layer; And
The second impurity layer is a solid that extends in a direction away from the vertical charge transfer path corresponding to the photoelectric conversion portion on which the second impurity layer is formed and is formed above the element isolation layer. Image sensor.
請求項1記載の固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部が、前記半導体基板内に列方向に配設された複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向と直交する行方向に複数配列した構成となっており、
前記電荷転送路が前記複数の光電変換部列の間を1つおきに配置され、それを挟んで隣り合う2つの光電変換部列で共用されており、
前記第二の不純物層は、前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部列の光電変換部同士の間にある部分の上にまで延びている固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The plurality of photoelectric conversion units have a configuration in which a plurality of photoelectric conversion unit columns each including the plurality of photoelectric conversion units arranged in the column direction in the semiconductor substrate are arranged in a row direction orthogonal to the column direction. ,
The charge transfer path is arranged between every other plurality of photoelectric conversion unit rows, and is shared by two adjacent photoelectric conversion unit rows across it,
The second impurity layer is a solid that extends to a portion of the element isolation layer between the photoelectric conversion units of the two adjacent photoelectric conversion units without sandwiching the charge transfer path. Image sensor.
請求項2記載の固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部列は、それぞれ同一の配列ピッチで、且つ、奇数列と偶数列がそれぞれの前記光電変換部の配列ピッチの1/2前記列方向に互いにずれており、
前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部の間にある部分の上方には、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための転送電極が存在する光電変換素子。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The plurality of photoelectric conversion unit columns have the same arrangement pitch, and the odd and even columns are shifted from each other in the column direction by 1/2 of the arrangement pitch of the photoelectric conversion units,
A transfer electrode for controlling a charge transfer operation in the charge transfer path is disposed above a portion between the two photoelectric conversion units adjacent to each other without sandwiching the charge transfer path in the element isolation layer. An existing photoelectric conversion element.
請求項2又は3記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記第二の不純物層が一体化されている固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2 or 3,
A solid-state imaging device in which two adjacent second impurity layers are integrated without sandwiching the charge transfer path.
請求項2又は3記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2 or 3,
A solid-state imaging device in which the second impurity layers of the photoelectric conversion units of two adjacent photoelectric conversion unit rows are integrated without sandwiching the charge transfer path.
請求項1記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路が1つの前記光電変換部列に対して1つ設けられ、
前記電荷転送路に対応する各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
One charge transfer path is provided for one photoelectric conversion unit row,
A solid-state imaging device in which the second impurity layer of each photoelectric conversion unit corresponding to the charge transfer path is integrated.
請求項1〜6のいずれか1項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。   An imaging device provided with the solid-state image sensor of any one of Claims 1-6. 請求項3記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記素子分離層を形成する第一の工程と、
前記第一の工程の後に前記第二の不純物層を形成する第二の工程と、
前記第二の工程の後に前記転送電極を形成する第三の工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 3,
A first step of forming the element isolation layer;
A second step of forming the second impurity layer after the first step;
And a third step of forming the transfer electrode after the second step.
請求項8記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第三の工程の後、前記転送電極をマスクとしたイオン注入によって前記第一の不純物層を形成する第四の工程を含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising a fourth step of forming the first impurity layer by ion implantation using the transfer electrode as a mask after the third step.
請求項8又は9記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記第二の不純物層を一体的に形成する固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8 or 9,
In the second step, a method of manufacturing a solid-state imaging device, in which two adjacent second impurity layers are integrally formed without sandwiching the charge transfer path.
請求項8又は9記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う2つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層を一体的に形成する固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8 or 9,
In the second step, there is provided a method for manufacturing a solid-state imaging device, in which the second impurity layer of each photoelectric conversion unit of two adjacent photoelectric conversion unit columns is integrally formed without sandwiching the charge transfer path.
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