JP2011199027A - Solid state image pickup element and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an occurrence of a smear due to an unnecessary charge in an element isolation part in a solid state image pickup element including the element isolation part provided between a photoelectric conversion part and a charge transfer part.SOLUTION: A CCD image sensor that is a solid state image pickup element is equipped with: n-type layers 20 constituting each PD as a photoelectric conversion part; and n-type layers 21 constituting each VCCD as a charge transfer part. A p+ layer 22 constituting an element isolation part is formed between each of the n-type layers 20 and the n-type layers 21. The p+ layer 22 has a concentration gradient in which impurity concentration on a VCCD side is higher than that on a PD side. Thereby, a charge generated in the element isolation part flows into the PD side according to the concentration gradient. Accordingly, an occurrence of a smear due to the flowing of the charge generated in the element isolation part into the VCCD side is prevented.

Description

本発明は、光電変換部と電荷転送部との間に素子分離部が設けられた固体撮像素子、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device in which an element separation unit is provided between a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit, and a manufacturing method thereof.

固体撮像素子の1つとしてCCDイメージセンサが知られている。CCDイメージセンサには、明るい被写体を撮像した際に、縦方向に白飛びの筋が発生してしまう、いわゆるスミアの問題がある。スミアは、取得した画像の見た目を著しく損なわせてしまう。このため、CCDイメージセンサでは、スミアの発生を防ぐための対策が従来より種々講じられている。   A CCD image sensor is known as one of solid-state imaging devices. The CCD image sensor has a so-called smear problem that when a bright subject is imaged, white lines appear in the vertical direction. Smear significantly impairs the appearance of the acquired image. For this reason, various measures have been conventionally taken in CCD image sensors to prevent the occurrence of smear.

例えば、特許文献1には、隣接するフォトダイオードの間に設けられた素子分離部よりも、フォトダイオードと垂直転送路との間に設けられた素子分離部のポテンシャル障壁を高くすることが記載されている。こうすれば、フォトダイオード間の素子分離部で発生した不要電荷が、垂直転送路に流れ込むことに起因するスミアの発生を防ぐことができる。   For example, Patent Document 1 describes that the potential barrier of the element isolation portion provided between the photodiode and the vertical transfer path is made higher than the element isolation portion provided between adjacent photodiodes. ing. By so doing, it is possible to prevent the occurrence of smear caused by unnecessary charges generated in the element separation portion between the photodiodes flowing into the vertical transfer path.

また、特許文献2には、垂直方向に隣接するフォトダイオードの間に設けられた素子分離部の水平方向の濃度分布を、フォトダイオード中央に対応する部分よりもフォトダイオード両端に対応する部分を高濃度にすることが記載されている。こうすれば、フォトダイオードで発生した信号電荷が、素子分離部を介して垂直転送路に流れ込むことに起因するスミアの発生を防ぐことができる。   In Patent Document 2, the horizontal concentration distribution of the element isolation portion provided between the photodiodes adjacent in the vertical direction is set so that the portion corresponding to both ends of the photodiode is higher than the portion corresponding to the photodiode center. The concentration is described. In this way, it is possible to prevent smear caused by the signal charge generated in the photodiode flowing into the vertical transfer path via the element isolation portion.

特開平10−242447号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-242447 特開2006−73681号公報JP 2006-73681 A

特許文献1に記載されているように、フォトダイオードと隣のフォトダイオード用の垂直転送路との間には、電荷の移動を防ぐためのポテンシャル障壁である素子分離部が設けられている。垂直転送路や素子分離部は、光の入射にともなう不要な電荷の発生を防ぐため遮光膜で覆われている。ところが、フォトダイオードに対して斜めに入射した光が、遮光膜の開口端を介して素子分離部に入射することがある。そして、このように入射した光によって素子分離部で不要な電荷が発生し、その電荷が垂直転送路に流れ込むと、スミアが発生する。   As described in Patent Document 1, an element isolation portion which is a potential barrier for preventing charge movement is provided between a photodiode and a vertical transfer path for an adjacent photodiode. The vertical transfer path and the element isolation portion are covered with a light shielding film to prevent generation of unnecessary charges due to incidence of light. However, light incident obliquely on the photodiode may enter the element isolation portion through the opening end of the light shielding film. Then, when the incident light generates unnecessary charges in the element separating portion and the charges flow into the vertical transfer path, smear occurs.

近年では、CCDイメージセンサの微細化にともなって素子分離部の幅も狭くなってきている。素子分離部の幅が狭くなると、素子分離部で発生した不要電荷が垂直転送路に流れ込みやすくなる。従って、CCDイメージセンサを微細化すると、フォトダイオードと垂直転送路との間に設けられた素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生が顕著になってしまう。   In recent years, with the miniaturization of a CCD image sensor, the width of the element isolation portion has been narrowed. When the width of the element isolation portion is narrowed, unnecessary charges generated in the element isolation portion easily flow into the vertical transfer path. Therefore, when the CCD image sensor is miniaturized, the occurrence of smear due to unnecessary charges at the element isolation portion provided between the photodiode and the vertical transfer path becomes significant.

しかしながら、上記各特許文献では、こうしたスミアの発生について何ら考慮がなされていない。このため、CCDイメージセンサでは、フォトダイオードと垂直転送路との間に設けられた素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生も適切に防止できるようにすることが望まれている。   However, in each of the above patent documents, no consideration is given to the occurrence of such smear. For this reason, in the CCD image sensor, it is desired to appropriately prevent the occurrence of smear due to unnecessary charges in the element separation portion provided between the photodiode and the vertical transfer path.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、CCDイメージセンサのようにフォトダイオードなどの光電変換部と垂直転送路などの電荷転送部との間に素子分離部が設けられた固体撮像素子において、素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生を適切に防止できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a solid-state imaging device in which an element separation unit is provided between a photoelectric conversion unit such as a photodiode and a charge transfer unit such as a vertical transfer path like a CCD image sensor. It is an object of the present invention to appropriately prevent the occurrence of smear due to unnecessary charges in the element isolation portion.

上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子において、前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix on a semiconductor substrate and photoelectrically converting incident light to generate signal charges, and the photoelectric conversion unit generates the photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer units for transferring signal charges in a predetermined direction, and disposed between the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit of the adjacent photoelectric conversion unit, and having a conductivity type opposite to the photoelectric conversion unit In the solid-state imaging device having a plurality of element separation units that prevent the signal charge from flowing into the charge transfer unit of the adjacent photoelectric conversion unit by increasing the concentration of the impurities, the charge transfer unit side is more A concentration gradient in which the impurity concentration is higher than that on the photoelectric conversion portion side is provided in each element isolation portion.

前記濃度勾配は、前記電荷転送部に隣接する最も濃度が高い部分と、前記光電変換部に隣接する最も濃度が低い部分との濃度差が、10%以上であることが好ましい。また、前記素子分離部の幅は、0.3μm以下であることが好ましい。   In the concentration gradient, it is preferable that a concentration difference between the highest density portion adjacent to the charge transfer portion and the lowest concentration portion adjacent to the photoelectric conversion portion is 10% or more. The width of the element isolation part is preferably 0.3 μm or less.

また、本発明は、半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子の製造方法において、前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けるステップを有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, a plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix on a semiconductor substrate and photoelectrically converting incident light to generate signal charges, and the signal charges generated by the photoelectric conversion units are predetermined. A plurality of charge transfer units for transferring in the direction, and between the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit of the adjacent photoelectric conversion unit, the concentration of impurities of the conductivity type opposite to the photoelectric conversion unit In the method of manufacturing a solid-state imaging device having a plurality of element separation units that prevent the signal charge from flowing into the charge transfer unit of the adjacent photoelectric conversion unit by increasing the charge transfer unit side, A step of providing each element isolation portion with a concentration gradient in which the impurity concentration is higher than that of the conversion portion side is provided.

前記濃度勾配を設けるステップは、前記半導体基板に対する角度を変えて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成するステップであることが好ましい。また、パターンが異なる複数のフォトレジストを用いて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成するステップでもよい。また、同一パターンのフォトレジストをずらしながら前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成するステップでもよい。また、パターンの異なる複数のフォトマスクを用いてフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成するステップでもよい。また、同一のフォトマスクをずらしながらフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成するステップでもよい。さらには、ハーフトーンマスクを用いてフォトレジストに露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成するステップでもよい。   The step of providing the concentration gradient is preferably a step of forming the concentration gradient by performing the implantation of the impurity a plurality of times while changing the angle with respect to the semiconductor substrate. Further, the step of forming the concentration gradient may be performed by implanting the impurity a plurality of times using a plurality of photoresists having different patterns. Further, the step of forming the concentration gradient may be performed by implanting the impurity a plurality of times while shifting the photoresist of the same pattern. Further, the step of forming the concentration gradient by exposing the photoresist a plurality of times using a plurality of photomasks having different patterns and forming an inclined portion or a step portion on the photoresist may be performed. The step of forming the concentration gradient may be performed by exposing the photoresist a plurality of times while shifting the same photomask, and forming an inclined portion or a step portion on the photoresist. Furthermore, the step of forming the concentration gradient may be performed by exposing the photoresist using a halftone mask and forming an inclined portion or a step portion on the photoresist.

本発明では、光電変換部と電荷転送部との間に設けられた素子分離部に、電荷転送部側の方が光電変換部側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を設けた。こうすれば、素子分離部で発生した不要な電荷が濃度勾配に従って光電変換部側に流れ込むようになるので、その電荷が電荷転送部側に流れ込むことによるスミアの発生を適切に防止することができる。また、素子分離部で発生した電荷を適切に光電変換部に集めることができるので、光電変換部の感度を向上させることもできる。   In the present invention, the element separation part provided between the photoelectric conversion part and the charge transfer part is provided with a concentration gradient in which the impurity concentration is higher on the charge transfer part side than on the photoelectric conversion part side. In this way, unnecessary charges generated in the element separation unit flow into the photoelectric conversion unit side according to the concentration gradient, so that it is possible to appropriately prevent smear due to the charge flowing into the charge transfer unit side. . In addition, since the charges generated in the element separation unit can be appropriately collected in the photoelectric conversion unit, the sensitivity of the photoelectric conversion unit can be improved.

CCDイメージセンサの構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a CCD image sensor roughly. PD、VCCD、素子分離部の不純物濃度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the impurity concentration of PD, VCCD, and an element isolation part. CCDイメージセンサの製造手順の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the manufacturing procedure of a CCD image sensor. 複数のフォトレジストを用いる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example using a some photoresist. 同一のフォトレジストをずらして用いる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which uses the same photoresist shifted. 複数のフォトマスクを用いる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example using a some photomask. 段差部を形成した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which formed the level | step-difference part. 同一のフォトマスクをずらして用いる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which uses the same photomask shifting. ハーフトーンマスクを用いる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example using a halftone mask.

[第1実施形態]
図1に示すように、CCDイメージセンサ10は、n型半導体基板11を有している。n型半導体基板11には、光電変換部であるフォトダイオード(PD)12、電荷転送部である垂直転送路(VCCD)13、及び素子分離部14が設けられている。PD12は、n型半導体基板11上に複数設けられ、それぞれ行列状に並べて配置されている。これらの各PD12は、入射した光を光電変換し、その光の光量に応じた信号電荷を発生させる。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the CCD image sensor 10 has an n-type semiconductor substrate 11. The n-type semiconductor substrate 11 is provided with a photodiode (PD) 12 that is a photoelectric conversion unit, a vertical transfer path (VCCD) 13 that is a charge transfer unit, and an element isolation unit 14. A plurality of PDs 12 are provided on the n-type semiconductor substrate 11 and are arranged in a matrix. Each of these PDs 12 photoelectrically converts the incident light and generates a signal charge corresponding to the amount of the light.

VCCD13及び素子分離部14は、各PD12の列毎に複数設けられている。VCCD13は、読み出しゲート15を介してPD12と接続されている。PD12が発生させた信号電荷は、この読み出しゲート15を介してVCCD13に読み出される。VCCD13は、読み出しゲート15を介してPD12から読み出した信号電荷を図示を省略した水平転送路に向けて垂直方向(紙面と直交する方向)に転送する。   A plurality of VCCDs 13 and element separation units 14 are provided for each PD 12 column. The VCCD 13 is connected to the PD 12 via the read gate 15. The signal charge generated by the PD 12 is read out to the VCCD 13 through the read gate 15. The VCCD 13 transfers the signal charge read from the PD 12 via the read gate 15 in the vertical direction (direction perpendicular to the paper surface) toward a horizontal transfer path (not shown).

素子分離部14は、PD12と隣のPD12のVCCD13との間に配置され、PD12が発生させた信号電荷が隣のPD12のVCCD13に流れ込むことを防ぐ。この素子分離部14の幅D1(図2参照)は、0.3μm以下であり、より好ましくは0.2μm以下である。   The element isolation unit 14 is disposed between the PD 12 and the VCCD 13 of the adjacent PD 12 to prevent the signal charge generated by the PD 12 from flowing into the VCCD 13 of the adjacent PD 12. The width D1 (see FIG. 2) of the element isolation portion 14 is 0.3 μm or less, and more preferably 0.2 μm or less.

n型半導体基板11の表面には、pウェル層16が形成されている。pウェル層16の表層には、PD12を構成するn型層20、VCCD13を構成するn型層21、素子分離部14となるp+層22、及び読み出しゲート15となるp型層23が形成されている。また、n型層20の表面には、白キズを抑制するためのp型層24が形成されている。CCDイメージセンサ10は、周知の蒸着、ドーピング、フォトリソグラフ、エッチングなどの技術を用いてn型半導体基板11の上に上記の各部などを形成することによって製造される。   A p-well layer 16 is formed on the surface of the n-type semiconductor substrate 11. On the surface layer of the p-well layer 16, an n-type layer 20 constituting the PD 12, an n-type layer 21 constituting the VCCD 13, a p + layer 22 serving as the element isolation portion 14, and a p-type layer 23 serving as the read gate 15 are formed. ing. In addition, a p-type layer 24 for suppressing white scratches is formed on the surface of the n-type layer 20. The CCD image sensor 10 is manufactured by forming each of the above parts on the n-type semiconductor substrate 11 using a known technique such as vapor deposition, doping, photolithography, and etching.

PD12は、pウェル層16とn型層20との接合で構成される。PD12は、これらの接合部に入射した光に応じて電子‐正孔対を生成し、その電子をn型層20に蓄積する。n型層20とn型層21とは、所定の間隔を空けて配置されており、これらの間に位置するp型層23によって互いに離間されている。また、n型層20は、p+層22によって隣のPD12用のn型層21と離間されている。これにより、n型層20に蓄積された信号電荷が、意図せず他の領域に移動してしまうことが防止される。   The PD 12 is configured by a junction of the p-well layer 16 and the n-type layer 20. The PD 12 generates electron-hole pairs in response to light incident on these junctions, and accumulates the electrons in the n-type layer 20. The n-type layer 20 and the n-type layer 21 are arranged at a predetermined interval, and are separated from each other by a p-type layer 23 positioned therebetween. The n-type layer 20 is separated from the adjacent n-type layer 21 for the PD 12 by the p + layer 22. This prevents the signal charge accumulated in the n-type layer 20 from unintentionally moving to another region.

VCCD13は、n型層21と、このn型層21の上に設けられた転送電極25とで構成されている。読み出しゲート15は、n型層20とn型層21とを離間するp型層23と、このp型層23の上に設けられた転送電極26とで構成されている。各転送電極25、26には、例えば、ポリシリコンが用いられる。   The VCCD 13 includes an n-type layer 21 and a transfer electrode 25 provided on the n-type layer 21. The read gate 15 includes a p-type layer 23 that separates the n-type layer 20 and the n-type layer 21, and a transfer electrode 26 provided on the p-type layer 23. For example, polysilicon is used for the transfer electrodes 25 and 26.

n型層20に蓄積された信号電荷は、転送電極26に電圧を印加し、各n型層20、21の間のp型層23の電位を変化させることで、n型層21に転送される。n型層21に転送された信号電荷は、転送電極25へ所定のタイミングで印加される電圧に応じて、垂直方向に転送される。これにより、PD12が発生させた信号電荷が、VCCD13によって水平転送路に向けて転送される。   The signal charges accumulated in the n-type layer 20 are transferred to the n-type layer 21 by applying a voltage to the transfer electrode 26 and changing the potential of the p-type layer 23 between the n-type layers 20 and 21. The The signal charge transferred to the n-type layer 21 is transferred in the vertical direction according to the voltage applied to the transfer electrode 25 at a predetermined timing. Thereby, the signal charge generated by the PD 12 is transferred by the VCCD 13 toward the horizontal transfer path.

素子分離部14は、各n型層21、22の間に設けられたp+層22によって構成されている。このように、素子分離部14は、PD12を構成するn型層20及びVCCD13を構成するn型層21とは反対の導電型の不純物の濃度を高めたポテンシャル障壁である。これにより、隣のPD12用のVCCD13への信号電荷の流れ込みが素子分離部14によって防止される。   The element isolation unit 14 is configured by a p + layer 22 provided between the n-type layers 21 and 22. Thus, the element isolation part 14 is a potential barrier in which the concentration of impurities of the conductivity type opposite to that of the n-type layer 20 constituting the PD 12 and the n-type layer 21 constituting the VCCD 13 is increased. Accordingly, the element separation unit 14 prevents the signal charge from flowing into the VCCD 13 for the adjacent PD 12.

転送電極25、26が表面に形成されたpウェル層16の上には、さらに遮光膜27、平坦化層28、カラーフィルタ層29、マイクロレンズ30が設けられている。遮光膜27は、pウェル層16の表面全体を覆うように形成されている。また、遮光膜27には、各PD12のそれぞれに対応する部分を露呈させる複数の開口27aが設けられている。これにより、遮光膜27は、PD12以外の部分に余計な光が入射することを防ぐ。   A light shielding film 27, a planarizing layer 28, a color filter layer 29, and a microlens 30 are further provided on the p-well layer 16 on which the transfer electrodes 25 and 26 are formed. The light shielding film 27 is formed so as to cover the entire surface of the p well layer 16. In addition, the light shielding film 27 is provided with a plurality of openings 27 a that expose portions corresponding to the respective PDs 12. Thereby, the light shielding film 27 prevents extra light from entering a portion other than the PD 12.

平坦化層28は、転送電極25、26などによって生じる基板上の凹凸を埋め、カラーフィルタ層29、及びマイクロレンズ30を形成するための平面を構成する。この平坦化層28には、BPSGなどの透光性のある材料が用いられる。カラーフィルタ層29は、各PD12のそれぞれに対応して複数設けられている。これらの各カラーフィルタ層29は、周知のように、赤色の光のみを透過させるもの、緑色の光のみを透過させるもの、青色の光のみを透過させるものの3種類からなり、それぞれが所定のパターンで配列されている。CCDイメージセンサ10では、このように各カラーフィルタ層29を透過したそれぞれの色の光を対応するPD12に入射させることにより、カラーの画像を得ることができる。マイクロレンズ30は、各PD12のそれぞれに対応して複数設けられている。各マイクロレンズ30は、略半球状に形成され、それぞれ対応するPD12のn型層20に光を集光する。   The planarization layer 28 fills the unevenness on the substrate caused by the transfer electrodes 25 and 26 and forms a plane for forming the color filter layer 29 and the microlens 30. For the planarizing layer 28, a light-transmitting material such as BPSG is used. A plurality of color filter layers 29 are provided corresponding to each PD 12. Each of these color filter layers 29 is, as is well known, composed of three types: one that transmits only red light, one that transmits only green light, and one that transmits only blue light, each having a predetermined pattern. Are arranged in In the CCD image sensor 10, a color image can be obtained by making each color light transmitted through each color filter layer 29 enter the corresponding PD 12. A plurality of microlenses 30 are provided corresponding to each PD 12. Each microlens 30 is formed in a substantially hemispherical shape, and condenses light on the corresponding n-type layer 20 of the PD 12.

図2に示すように、素子分離部14を構成するp+層22は、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有している。この濃度勾配は、VCCD13を構成するn型層21に隣接する最も濃度が高い部分と、PD12を構成するn型層20に隣接する最も濃度が低い部分との濃度差が、10%以上になっている。なお、素子分離部14の濃度勾配の濃度差は、20%以上であると、より好適である。   As shown in FIG. 2, the p + layer 22 constituting the element isolation portion 14 has a concentration gradient in which the impurity concentration is higher on the VCCD 13 side than on the PD 12 side. This concentration gradient has a concentration difference of 10% or more between the highest density portion adjacent to the n-type layer 21 constituting the VCCD 13 and the lowest density portion adjacent to the n-type layer 20 constituting the PD 12. ing. Note that the density difference of the density gradient of the element isolation unit 14 is more preferably 20% or more.

このように、素子分離部14に濃度勾配を設ければ、図2にL1で示すように、PD12に対して斜めに入射した光が、遮光膜27の開口端を介して素子分離部14に入射し、素子分離部14で不要な電荷が発生した際に、その電荷が濃度勾配に従ってPD12側に流れ込むようになる。従って、PD12とVCCD13との間に設けられた素子分離部14で不要な電荷が発生した際にも、その電荷がVCCD13側に流れ込むことを防ぎ、素子分離部14での不要電荷にともなうスミアの発生を適切に防止することができる。また、素子分離部14に入射した光によって発生した電荷を適切にPD12に集めることができるので、PD12の感度を向上させることもできる。   As described above, when a concentration gradient is provided in the element isolation portion 14, light obliquely incident on the PD 12 enters the element isolation portion 14 through the opening end of the light shielding film 27, as indicated by L 1 in FIG. When an incident charge is generated and an unnecessary charge is generated in the element separation unit 14, the charge flows into the PD 12 according to the concentration gradient. Therefore, even when an unnecessary charge is generated in the element separation unit 14 provided between the PD 12 and the VCCD 13, the charge is prevented from flowing into the VCCD 13, and smear caused by the unnecessary charge in the element separation unit 14 is prevented. Occurrence can be prevented appropriately. In addition, since the charges generated by the light incident on the element separation unit 14 can be appropriately collected in the PD 12, the sensitivity of the PD 12 can be improved.

次に、図3を参照しながら上記構成のCCDイメージセンサ10の製造手順について説明する。CCDイメージセンサ10を製造する場合には、まず図3(a)に示すように、周知のフォトリソグラフ技術などを用いてn型半導体基板11にpウェル層16、n型層20、n型層21、p型層23、p型層24を形成した後、このn型半導体基板11の上に、p+層22に対応する部分に開口40aが設けられたフォトレジスト40を形成する。   Next, a manufacturing procedure of the CCD image sensor 10 having the above configuration will be described with reference to FIG. When the CCD image sensor 10 is manufactured, first, as shown in FIG. 3A, a p-well layer 16, an n-type layer 20, and an n-type layer are formed on an n-type semiconductor substrate 11 by using a well-known photolithography technique or the like. After forming the p-type layer 23 and the p-type layer 24, a photoresist 40 having an opening 40 a in a portion corresponding to the p + layer 22 is formed on the n-type semiconductor substrate 11.

フォトレジスト40を形成したら、図3(b)に示すように、そのn型半導体基板11に対してボロンなどのp型の不純物を0度の注入角度で注入する。0度での注入を行ったら、図3(c)に示すように、n型半導体基板11に対する注入角度をn型層21側に20度傾けて、再びp型の不純物の注入を行う。そして、20度での注入を行ったら、図3(d)に示すように、n型半導体基板11に対する注入角度をn型層21側に30度傾けて、さらにp型の不純物の注入を行う。これにより、n型半導体基板11にp+層22を形成する。   After the photoresist 40 is formed, as shown in FIG. 3B, p-type impurities such as boron are implanted into the n-type semiconductor substrate 11 at an implantation angle of 0 degrees. After the implantation at 0 degree, as shown in FIG. 3C, the implantation angle with respect to the n-type semiconductor substrate 11 is tilted by 20 degrees toward the n-type layer 21, and the p-type impurity is implanted again. When the implantation is performed at 20 degrees, as shown in FIG. 3D, the implantation angle with respect to the n-type semiconductor substrate 11 is inclined by 30 degrees toward the n-type layer 21 side, and further p-type impurities are implanted. . Thereby, the p + layer 22 is formed on the n-type semiconductor substrate 11.

n型層21側に傾けて不純物の注入を行うと、フォトレジスト40の開口40aの角部によって不純物が遮られ、n型層20に近い部分には不純物が入射しなくなる。そして、不純物が入射しなくなる範囲は、注入角度が大きくなるほど広くなる。従って、上記のように、n型半導体基板11に対する注入角度を変えて複数回不純物の注入を行えば、n型層21に近い部分ほど不純物の注入量が多くなって濃度が高くなるので、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。   When the impurity is implanted while being inclined toward the n-type layer 21, the impurity is blocked by the corner of the opening 40 a of the photoresist 40, and the impurity does not enter the portion close to the n-type layer 20. The range in which impurities are not incident becomes wider as the implantation angle increases. Therefore, if the implantation angle is changed a plurality of times by changing the implantation angle with respect to the n-type semiconductor substrate 11 as described above, the impurity implantation amount increases and the concentration becomes higher in the portion closer to the n-type layer 21. The p + layer 22 having a concentration gradient in which the impurity concentration is higher on the side than on the PD 12 side can be formed.

p+層22をn型半導体基板11に形成したら、フォトレジスト40を除去する。この後、周知の手法を用いてn型半導体基板11の上に各転送電極25、26、遮光膜27、平坦化層28、カラーフィルタ層29、及びマイクロレンズ30を順次形成する。以上の手順により、CCDイメージセンサ10が製造される。   After the p + layer 22 is formed on the n-type semiconductor substrate 11, the photoresist 40 is removed. Thereafter, the transfer electrodes 25, 26, the light shielding film 27, the planarization layer 28, the color filter layer 29, and the microlens 30 are sequentially formed on the n-type semiconductor substrate 11 using a known method. The CCD image sensor 10 is manufactured by the above procedure.

本実施形態では、0度、20度、30度の順番で不純物の注入を行うようにしたが、注入角度の順序は、これに限ることなく、例えば、上記とは反対に30度、20度、0度の順序にするなど、任意の順序でよい。また、本実施形態では、0度、20度、30度の注入角度で不純物の注入を3回行うようにしたが、注入角度及び注入の回数は、これに限ることなく、任意の角度及び回数でよい。さらに、本実施形態では、注入する不純物の角度を変えて注入角度を調節したが、これとは反対に、n型半導体基板11の角度を変えて注入角度を調節してもよい。   In this embodiment, the impurities are implanted in the order of 0 degrees, 20 degrees, and 30 degrees. However, the order of the implantation angles is not limited to this, and for example, 30 degrees and 20 degrees opposite to the above. In any order, such as 0 degree order. In this embodiment, the impurity implantation is performed three times at the implantation angles of 0 degrees, 20 degrees, and 30 degrees. However, the implantation angle and the number of implantations are not limited to this, and any angle and number of times are possible. It's okay. Furthermore, in this embodiment, the implantation angle is adjusted by changing the angle of the impurity to be implanted, but on the contrary, the implantation angle may be adjusted by changing the angle of the n-type semiconductor substrate 11.

[第2実施形態]
次に、図4を参照しながらCCDイメージセンサ10の製造手順の第2の実施形態について説明する。なお、上記第1の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、まず上記第1の実施形態と同様に、n型半導体基板11に対するpウェル層16、n型層20、n型層21、p型層23、p型層24の形成、及びフォトレジスト40の形成を行った後、そのn型半導体基板11に対して0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う(図4(a)、(b)参照)。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the manufacturing procedure of the CCD image sensor 10 will be described with reference to FIG. The same functions and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the present embodiment, first, similarly to the first embodiment, the formation of the p-well layer 16, the n-type layer 20, the n-type layer 21, the p-type layer 23, and the p-type layer 24 on the n-type semiconductor substrate 11, and After the formation of the photoresist 40, p-type impurities are implanted into the n-type semiconductor substrate 11 at an implantation angle of 0 degrees (see FIGS. 4A and 4B).

不純物の注入を行ったら、フォトレジスト40を除去し、図4(c)に示すように、フォトレジスト40とは異なるパターンのフォトレジスト42をn型半導体基板11の上に形成する。フォトレジスト42には、p+層22に対応する部分に、p+層22よりも狭く、かつn型層21側に偏って配置された開口42aが設けられている。   After the impurity implantation, the photoresist 40 is removed, and a photoresist 42 having a pattern different from that of the photoresist 40 is formed on the n-type semiconductor substrate 11 as shown in FIG. The photoresist 42 is provided with an opening 42 a that is narrower than the p + layer 22 and is biased toward the n-type layer 21 at a portion corresponding to the p + layer 22.

フォトレジスト42を形成したら、図4(d)に示すように、再び0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う。上記のように開口42aが形成されたフォトレジスト42では、n型層20に近い部分に不純物が入射しなくなる。従って、上記第1の実施形態と同様に、n型層21に近い部分の不純物の注入量が多くなって濃度が高くなるので、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。   When the photoresist 42 is formed, as shown in FIG. 4D, p-type impurities are implanted again at an implantation angle of 0 degrees. In the photoresist 42 in which the opening 42a is formed as described above, impurities do not enter the portion close to the n-type layer 20. Accordingly, as in the first embodiment, since the impurity implantation amount in the portion close to the n-type layer 21 is increased and the concentration is increased, the VCCD 13 side has a higher impurity concentration concentration than the PD 12 side. A p + layer 22 having can be formed.

このように、パターンが異なる複数のフォトレジスト40、42を用いてp型の不純物の注入を複数回行っても、上記濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト40、42を用いてp型の不純物の注入を2回行うようにしたが、さらに多くのフォトレジストを用意して3回以上注入を行ってもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を7度等に注入角度を変えて注入してもよい。   Thus, the p + layer 22 having the above-described concentration gradient can be formed even if the p-type impurity implantation is performed a plurality of times using a plurality of photoresists 40 and 42 having different patterns. In this embodiment, the p-type impurity is implanted twice using the photoresists 40 and 42. However, more photoresists may be prepared and implanted three or more times. Further, in order to suppress channeling at the time of ion implantation, the implantation angle may be changed to 7 degrees or the like.

[第3実施形態]
次に、図5を参照しながらCCDイメージセンサ10の製造手順の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、まず上記各実施形態と同様に、n型半導体基板11に対するpウェル層16、n型層20、n型層21、p型層23、p型層24の形成、及びフォトレジスト40の形成を行った後、そのn型半導体基板11に対して0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う(図5(a)、(b)参照)。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the manufacturing procedure of the CCD image sensor 10 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, first, similarly to the above-described embodiments, formation of the p-well layer 16, the n-type layer 20, the n-type layer 21, the p-type layer 23, and the p-type layer 24 on the n-type semiconductor substrate 11, and the photoresist After forming 40, p-type impurities are implanted into the n-type semiconductor substrate 11 at an implantation angle of 0 degrees (see FIGS. 5A and 5B).

不純物の注入を行ったら、フォトレジスト40を一度除去し、図5(c)に示すように、p+層22の幅を超えない範囲でn型層21側に所定量ずらして再びフォトレジスト40をn型半導体基板11の上に形成する。この後、図5(d)に示すように、再び0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う。このように、フォトレジスト40をn型層21側にずらして形成すれば、n型層20に近い部分には不純物が入射しなくなる。従って、上記各実施形態と同様に、n型層21に近い部分の不純物の注入量が多くなって濃度が高くなるので、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。   After the impurity implantation, the photoresist 40 is once removed, and as shown in FIG. 5C, the photoresist 40 is shifted again by a predetermined amount toward the n-type layer 21 within a range not exceeding the width of the p + layer 22. It is formed on the n-type semiconductor substrate 11. Thereafter, as shown in FIG. 5D, the p-type impurity is implanted again at an implantation angle of 0 degree. As described above, if the photoresist 40 is formed so as to be shifted to the n-type layer 21 side, impurities are not incident on a portion close to the n-type layer 20. Accordingly, as in the above embodiments, the impurity injection amount in the portion near the n-type layer 21 is increased and the concentration is increased, so that the VCCD 13 side has a higher concentration gradient of impurities than the PD 12 side. A p + layer 22 can be formed.

このように、同一パターンのフォトレジスト40をn型層21側に所定量ずらしながらp型の不純物の注入を複数回行っても、上記濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。上記第2の実施形態では、フォトレジスト40、42毎に、それぞれのパターンに応じたフォトマスクを用意しなければならないが、本実施形態では、1つのフォトマスクで済む。従って、本実施形態では、上記第2の実施形態よりもCCDイメージセンサ10の製造コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト40の形成、及び不純物の注入をそれぞれ2回ずつ行ったが、これらの回数は3回以上でもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を7度等に注入角度を変えて注入してもよい。   As described above, the p + layer 22 having the above-described concentration gradient can be formed even if the p-type impurity implantation is performed a plurality of times while shifting the photoresist 40 having the same pattern to the n-type layer 21 side by a predetermined amount. In the second embodiment, a photomask corresponding to each pattern must be prepared for each of the photoresists 40 and 42. However, in this embodiment, only one photomask is sufficient. Therefore, in this embodiment, the manufacturing cost of the CCD image sensor 10 can be reduced as compared with the second embodiment. In the present embodiment, the formation of the photoresist 40 and the implantation of impurities are performed twice, but these times may be three or more times. Further, in order to suppress channeling at the time of ion implantation, the implantation angle may be changed to 7 degrees or the like.

[第4実施形態]
次に、図6を参照しながらCCDイメージセンサ10の製造手順の第4の実施形態について説明する。本実施形態では、まず図6(a)に示すように、n型半導体基板11に対してpウェル層16、n型層20、n型層21、p型層23、p型層24を形成した後、n型半導体基板11の上にポジ型のフォトレジスト44を塗布し、このフォトレジスト44の上に、所定のパターンが形成されたフォトマスク46をセットする。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the manufacturing procedure of the CCD image sensor 10 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, first, as shown in FIG. 6A, a p-well layer 16, an n-type layer 20, an n-type layer 21, a p-type layer 23, and a p-type layer 24 are formed on an n-type semiconductor substrate 11. Thereafter, a positive photoresist 44 is applied on the n-type semiconductor substrate 11, and a photomask 46 on which a predetermined pattern is formed is set on the photoresist 44.

フォトマスク46は、透光性を有する透明なガラス基板47と、このガラス基板47の上に設けられた遮光膜48とで構成されている。遮光膜48には、p+層22に対応する部分に、p+層22の幅に応じた開口48aが形成されている。すなわち、これらの各開口48aが、フォトマスク46のパターンとなる。   The photomask 46 includes a transparent glass substrate 47 having translucency, and a light shielding film 48 provided on the glass substrate 47. In the light shielding film 48, an opening 48 a corresponding to the width of the p + layer 22 is formed in a portion corresponding to the p + layer 22. That is, each of the openings 48 a becomes a pattern of the photomask 46.

フォトレジスト44の塗布、及びフォトマスク46のセットを行ったら、これらの上から光を照射してフォトレジスト44の露光を行うことにより、フォトマスク46のパターンをフォトレジスト44に転写させる。   After applying the photoresist 44 and setting the photomask 46, the pattern of the photomask 46 is transferred to the photoresist 44 by irradiating light from above to expose the photoresist 44.

フォトマスク46を用いてフォトレジスト44の露光を行ったら、図6(b)に示すように、フォトマスク46をフォトマスク50に取り替える。フォトマスク50は、フォトマスク46と同様に、ガラス基板51と遮光膜52とで構成されている。遮光膜52には、p+層22に対応する部分に、p+層22よりも狭く、かつn型層21側に偏って配置された開口52aが形成されている。   When the photoresist 44 is exposed using the photomask 46, the photomask 46 is replaced with a photomask 50 as shown in FIG. Similar to the photomask 46, the photomask 50 includes a glass substrate 51 and a light shielding film 52. In the light shielding film 52, an opening 52 a is formed in a portion corresponding to the p + layer 22, which is narrower than the p + layer 22 and is biased toward the n-type layer 21.

フォトマスク46をフォトマスク50に取り替えたら、再びフォトレジスト44の露光を行うことにより、フォトマスク50のパターンをフォトレジスト44に転写させる。このように、パターンの異なる複数のフォトマスク46、50を用いてフォトレジスト44に複数回露光を行うと、各開口48a、52aの幅に応じてフォトレジスト44のp+層22に対応する部分に露光量差が生じ、n型層20に近い部分よりもn型層21に近い部分の方が露光量が多くなる。   After the photomask 46 is replaced with the photomask 50, the pattern of the photomask 50 is transferred to the photoresist 44 by exposing the photoresist 44 again. As described above, when the photoresist 44 is exposed a plurality of times using a plurality of photomasks 46 and 50 having different patterns, a portion corresponding to the p + layer 22 of the photoresist 44 according to the width of each opening 48a and 52a. A difference in exposure occurs, and the amount of exposure in the portion close to the n-type layer 21 is greater than the portion close to the n-type layer 20.

フォトマスク50を用いてフォトレジスト44の露光を行ったら、フォトマスク50を外してn型半導体基板11とフォトレジスト44とを現像液に浸けることにより、露光を行ってパターンを転写した部分をフォトレジスト44から取り除く。   After the exposure of the photoresist 44 using the photomask 50, the photomask 50 is removed and the n-type semiconductor substrate 11 and the photoresist 44 are immersed in a developing solution. Remove from resist 44.

フォトレジスト44から露光部分を取り除くと、図6(c)に示すように、フォトレジスト44のp+層22に対応する部分に開口44aが形成される。この際、開口44aには、複数回露光を行った際の露光量差により、n型半導体基板11のp+層22に対応する部分のn型層20に近い部分に重なるように傾斜部44bが形成される。   When the exposed portion is removed from the photoresist 44, an opening 44a is formed in a portion corresponding to the p + layer 22 of the photoresist 44 as shown in FIG. At this time, an inclined portion 44b is formed in the opening 44a so as to overlap a portion corresponding to the p + layer 22 of the n-type semiconductor substrate 11 and a portion close to the n-type layer 20 due to a difference in exposure amount at the time of performing multiple exposures. It is formed.

そして、フォトレジスト44から露光部分を取り除いた後、図6(d)に示すように、n型半導体基板11に対して0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う。傾斜部44bを有するフォトレジスト44を用いて不純物の注入を行うと、傾斜部44bに対応する部分では、その傾斜、すなわちフォトレジスト44の厚みの変化に従って不純物の注入量が徐々に変化する。これにより、n型層20に近付くほど不純物の注入量が少なくなるので、上記各実施形態と同様に、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。   Then, after removing the exposed portion from the photoresist 44, as shown in FIG. 6D, p-type impurities are implanted into the n-type semiconductor substrate 11 at an implantation angle of 0 degrees. When the impurity implantation is performed using the photoresist 44 having the inclined portion 44b, the impurity implantation amount gradually changes in the portion corresponding to the inclined portion 44b according to the inclination, that is, the change in the thickness of the photoresist 44. As a result, the closer to the n-type layer 20, the smaller the amount of implanted impurities, so that the p + layer 22 having a higher concentration gradient of impurities on the VCCD 13 side than on the PD 12 side is formed as in the above embodiments. can do.

このように、パターンの異なる複数のフォトマスク46、50を用いてフォトレジスト44に複数回露光を行い、フォトレジスト44に傾斜部44bを形成することによっても、上記濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。なお、本実施形態では、フォトマスク46、50を用いてフォトレジスト44の露光を2回行うようにしたが、さらに多くのフォトマスクを用意して3回以上露光を行ってもよい。また、本実施形態では、パターンの異なる複数のフォトマスク46、50を用いてフォトレジスト44に複数回露光を行うことにより、フォトレジスト44に傾斜部44bを形成したが、これに限ることなく、上記と同様の手順でフォトレジスト44に複数回露光を行うことにより、図7に示すように、フォトレジスト44に段差部44cを形成してもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を7度等に注入角度を変えて注入してもよい。   As described above, by exposing the photoresist 44 a plurality of times using a plurality of photomasks 46 and 50 having different patterns and forming the inclined portion 44b in the photoresist 44, the p + layer 22 having the above-described concentration gradient can be formed. Can be formed. In the present embodiment, the photoresist 44 is exposed twice using the photomasks 46 and 50. However, more photomasks may be prepared and exposed three times or more. In the present embodiment, the inclined portion 44b is formed in the photoresist 44 by exposing the photoresist 44 a plurality of times using a plurality of photomasks 46 and 50 having different patterns. However, the present invention is not limited to this. A step 44c may be formed in the photoresist 44 by exposing the photoresist 44 a plurality of times in the same procedure as described above, as shown in FIG. Further, in order to suppress channeling at the time of ion implantation, the implantation angle may be changed to 7 degrees or the like.

[第5実施形態]
次に、図8を参照しながらCCDイメージセンサ10の製造手順の第5の実施形態について説明する。本実施形態では、まず上記第4の実施形態と同様に、n型半導体基板11に対するpウェル層16、n型層20、n型層21、p型層23、p型層24の形成、フォトレジスト44の塗布、及びフォトマスク46のセットを行い、フォトマスク46を用いてフォトレジスト44を露光する(図8(a)参照)。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the manufacturing procedure of the CCD image sensor 10 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, first, as in the fourth embodiment, formation of the p-well layer 16, the n-type layer 20, the n-type layer 21, the p-type layer 23, and the p-type layer 24 on the n-type semiconductor substrate 11 is performed. The resist 44 is applied and the photomask 46 is set, and the photoresist 44 is exposed using the photomask 46 (see FIG. 8A).

フォトマスク46を用いてフォトレジスト44の露光を行ったら、図8(b)に示すように、フォトマスク46をp+層22の幅を超えない範囲でn型層21側に所定量ずらす。そして、この状態で再びフォトレジスト44の露光を行う。このように、フォトマスク46をn型層21側にずらしてフォトレジスト44に複数回露光を行っても、上記第4の実施形態と同様に、フォトマスク46のずれ量に応じてフォトレジスト44のp+層22に対応する部分に露光量差が生じ、n型層20に近い部分よりもn型層21に近い部分の方が露光量が多くなる。   When the photoresist 44 is exposed using the photomask 46, the photomask 46 is shifted to the n-type layer 21 side by a predetermined amount within a range not exceeding the width of the p + layer 22, as shown in FIG. In this state, the photoresist 44 is exposed again. As described above, even if the photomask 46 is shifted to the n-type layer 21 side and the photoresist 44 is exposed a plurality of times as in the case of the fourth embodiment, the photoresist 44 depends on the shift amount of the photomask 46. A difference in exposure amount occurs in the portion corresponding to the p + layer 22, and the portion near the n-type layer 21 has a larger exposure amount than the portion close to the n-type layer 20.

フォトマスク46をずらしてフォトレジスト44の露光を複数回行ったら、フォトマスク46を外してフォトレジスト44から露光部分を取り除き、フォトレジスト44に開口44dを形成する。この際、開口44dには、複数回露光を行った際の露光量差により、n型半導体基板11のp+層22に対応する部分のn型層20に近い部分に重なるように傾斜部44eが形成されるとともに、n型層21に重なるように傾斜部44fが形成される。   After the photomask 46 is shifted and the exposure of the photoresist 44 is performed a plurality of times, the photomask 46 is removed and the exposed portion is removed from the photoresist 44 to form an opening 44 d in the photoresist 44. At this time, an inclined portion 44e is formed in the opening 44d so as to overlap with a portion close to the n-type layer 20 corresponding to the p + layer 22 of the n-type semiconductor substrate 11 due to an exposure amount difference when performing multiple exposures. In addition to being formed, an inclined portion 44 f is formed so as to overlap the n-type layer 21.

そして、フォトレジスト44から露光部分を取り除いた後、図8(d)に示すように、n型半導体基板11に対して0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う。こうすれば、上記第4の実施形態と同様に、傾斜部44eによってn型層20に近付くほど不純物の注入量が少なくなるので、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。   Then, after removing the exposed portion from the photoresist 44, as shown in FIG. 8D, p-type impurities are implanted into the n-type semiconductor substrate 11 at an implantation angle of 0 degrees. In this way, as in the fourth embodiment, since the amount of impurity implantation decreases as the inclined portion 44e approaches the n-type layer 20, the concentration gradient of impurities on the VCCD 13 side is higher than that on the PD 12 side. A p + layer 22 having can be formed.

このように、同一のフォトマスク46をずらしてフォトレジスト44に複数回露光を行い、フォトレジスト44に傾斜部44eを形成することによっても、上記濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。また、上記第4の実施形態では、複数のフォトマスク46、50を用意しなければならないが、本実施形態では、1つのフォトマスク46のみで済む。従って、本実施形態では、上記第4の実施形態よりもCCDイメージセンサ10の製造コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、フォトマスク46をずらしてフォトレジスト44に2回露光を行ったが、露光の回数は3回以上でもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を7度等に注入角度を変えて注入してもよい。また、本実施形態では、フォトレジスト44に傾斜部44e、44fを形成したが、図7のように段差部としてもよい。   As described above, the p + layer 22 having the above-described concentration gradient can also be formed by shifting the same photomask 46 and exposing the photoresist 44 a plurality of times to form the inclined portion 44e in the photoresist 44. . In the fourth embodiment, a plurality of photomasks 46 and 50 must be prepared. In the present embodiment, only one photomask 46 is required. Therefore, in this embodiment, the manufacturing cost of the CCD image sensor 10 can be reduced as compared with the fourth embodiment. In the present embodiment, the photomask 46 is shifted and the photoresist 44 is exposed twice, but the number of exposures may be three or more. Further, in order to suppress channeling at the time of ion implantation, the implantation angle may be changed to 7 degrees or the like. In the present embodiment, the inclined portions 44e and 44f are formed in the photoresist 44, but may be stepped portions as shown in FIG.

[第6実施形態]
次に、図9を参照しながらCCDイメージセンサ10の製造手順の第6の実施形態について説明する。本実施形態では、まず図9(a)に示すように、n型半導体基板11に対するpウェル層16、n型層20、n型層21、p型層23、p型層24の形成、及びフォトレジスト44の塗布を行った後、このフォトレジスト44の上に、所定のパターンが形成されたハーフトーンマスク54をセットする。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the manufacturing procedure of the CCD image sensor 10 will be described with reference to FIG. In this embodiment, first, as shown in FIG. 9A, formation of a p-well layer 16, an n-type layer 20, an n-type layer 21, a p-type layer 23, and a p-type layer 24 on the n-type semiconductor substrate 11, and After applying the photoresist 44, a halftone mask 54 on which a predetermined pattern is formed is set on the photoresist 44.

ハーフトーンマスク54には、p+層22に対応する部分に、n型層21側からn型層20側に向かって徐々に透過率が低くなる光学濃度の濃度勾配を有するグラデーション部54aが形成されている。また、ハーフトーンマスク54のグラデーション部54a以外の部分は、光の透過を防ぐ遮光部54bになっている。すなわち、ハーフトーンマスク54のパターンは、グラデーション部54aによって構成される。   In the halftone mask 54, a gradation portion 54a having an optical density gradient in which the transmittance gradually decreases from the n-type layer 21 side toward the n-type layer 20 side is formed in a portion corresponding to the p + layer 22. ing. Further, the portion other than the gradation portion 54a of the halftone mask 54 is a light shielding portion 54b that prevents light from being transmitted. That is, the pattern of the halftone mask 54 is constituted by the gradation portion 54a.

ハーフトーンマスク54をセットしたら、この上から光を照射してフォトレジスト44の露光を行うことにより、ハーフトーンマスク54のパターンをフォトレジスト44に転写させる。このように、ハーフトーンマスク54を用いてフォトレジスト44に露光を行うと、グラデーション部54aの光学濃度の濃度勾配に応じてフォトレジスト44のp+層22に対応する部分に露光量差が生じ、n型層20に近い部分よりもn型層21に近い部分の方が露光量が多くなる。   After the halftone mask 54 is set, the pattern of the halftone mask 54 is transferred to the photoresist 44 by irradiating light from above to expose the photoresist 44. As described above, when the photoresist 44 is exposed using the halftone mask 54, an exposure amount difference occurs in a portion corresponding to the p + layer 22 of the photoresist 44 in accordance with the optical density gradient of the gradation portion 54a. The portion closer to the n-type layer 21 has a larger exposure amount than the portion closer to the n-type layer 20.

ハーフトーンマスク54を用いてフォトレジスト44の露光を行ったら、ハーフトーンマスク54を外してフォトレジスト44から露光部分を取り除き、図9(b)に示すように、フォトレジスト44に開口44gを形成する。この際、開口44gには、グラデーション部54aの光学濃度の濃度勾配に応じた露光量差により、n型半導体基板11のp+層22に対応する部分のn型層20に近い部分に重なるように傾斜部44hが形成される。   After the photoresist 44 is exposed using the halftone mask 54, the halftone mask 54 is removed and the exposed portion is removed from the photoresist 44 to form an opening 44g in the photoresist 44 as shown in FIG. 9B. To do. At this time, the opening 44g overlaps with the portion close to the n-type layer 20 corresponding to the p + layer 22 of the n-type semiconductor substrate 11 due to the exposure amount difference corresponding to the optical density gradient of the gradation portion 54a. An inclined portion 44h is formed.

そして、フォトレジスト44から露光部分を取り除いた後、図9(c)に示すように、n型半導体基板11に対して0度の注入角度でp型の不純物の注入を行う。こうすれば、上記各実施形態と同様に、傾斜部44hによってn型層20に近付くほど不純物の注入量が少なくなるので、VCCD13側の方がPD12側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。   Then, after removing the exposed portion from the photoresist 44, as shown in FIG. 9C, p-type impurities are implanted into the n-type semiconductor substrate 11 at an implantation angle of 0 degrees. In this way, as in the above embodiments, the amount of impurity implantation decreases as the inclined portion 44h approaches the n-type layer 20, so that the VCCD 13 side has a higher concentration gradient of impurities than the PD 12 side. A p + layer 22 can be formed.

このように、ハーフトーンマスク54を用いてフォトレジスト44に露光を行い、フォトレジスト44に傾斜部44hを形成することによっても、上記濃度勾配を有するp+層22を形成することができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト44に傾斜部44hを形成したが、図7のように段差部としてもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を7度等に注入角度を変えて注入してもよい。   Thus, the p + layer 22 having the above-mentioned concentration gradient can also be formed by exposing the photoresist 44 using the halftone mask 54 and forming the inclined portion 44 h in the photoresist 44. In the present embodiment, the inclined portion 44h is formed in the photoresist 44, but it may be a stepped portion as shown in FIG. Further, in order to suppress channeling at the time of ion implantation, the implantation angle may be changed to 7 degrees or the like.

上記各実施形態では、PD12を構成するn型層20と、VCCD13を構成するn型層21とを形成した後に、素子分離部14を構成するp+層22を形成するようにしたが、これらの形成順序は、これに限ることなく、例えば、p+層22を最初に形成するなど、任意の順序でよい。   In each of the above embodiments, the n-type layer 20 constituting the PD 12 and the n-type layer 21 constituting the VCCD 13 are formed, and then the p + layer 22 constituting the element isolation portion 14 is formed. The formation order is not limited to this, and may be any order, for example, the p + layer 22 is formed first.

また、上記各実施形態では、CCDイメージセンサ10に本発明を適用した例を示したが、本発明は、これに限ることなく、光電変換部と電荷転送部との間に素子分離部が設けられた他のタイプの固体撮像素子に適用してもよい。   In each of the above embodiments, the example in which the present invention is applied to the CCD image sensor 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and an element separation unit is provided between the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit. The present invention may be applied to other types of solid-state imaging devices.

10 CCDイメージセンサ(固体撮像素子)
11 n型半導体基板
12 PD(光電変換部)
13 VCCD(電荷転送部)
14 素子分離部
40、42、44 フォトレジスト
46、50 フォトマスク
54 ハーフトーンマスク
10 CCD image sensor (solid-state image sensor)
11 n-type semiconductor substrate 12 PD (photoelectric conversion part)
13 VCCD (charge transfer unit)
14 Element isolation part 40, 42, 44 Photoresist 46, 50 Photomask 54 Halftone mask

Claims (10)

半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、
前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、
前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子において、
前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けたことを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix on a semiconductor substrate and photoelectrically converting incident light to generate signal charges;
A plurality of charge transfer units for transferring the signal charges generated by the photoelectric conversion unit in a predetermined direction;
The signal charge is disposed between the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit of the adjacent photoelectric conversion unit, and the signal charge is adjacent to the photoelectric conversion by increasing a concentration of an impurity of a conductivity type opposite to the photoelectric conversion unit. In a solid-state imaging device having a plurality of element separation portions to prevent flowing into the charge transfer portion of the part,
A solid-state imaging device, wherein a concentration gradient in which the impurity concentration is higher on the charge transfer unit side than on the photoelectric conversion unit side is provided in each of the element isolation units.
前記濃度勾配は、前記電荷転送部に隣接する最も濃度が高い部分と、前記光電変換部に隣接する最も濃度が低い部分との濃度差が、10%以上であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。   2. The density gradient according to claim 1, wherein a density difference between a highest density part adjacent to the charge transfer unit and a lowest density part adjacent to the photoelectric conversion unit is 10% or more. The solid-state imaging device described. 前記素子分離部の幅が、0.3μm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a width of the element isolation portion is 0.3 μm or less. 半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、
前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、
前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子の製造方法において、
前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けるステップを有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix on a semiconductor substrate and photoelectrically converting incident light to generate signal charges;
A plurality of charge transfer units for transferring the signal charges generated by the photoelectric conversion unit in a predetermined direction;
The signal charge is disposed between the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit of the adjacent photoelectric conversion unit, and the signal charge is adjacent to the photoelectric conversion by increasing a concentration of an impurity of a conductivity type opposite to the photoelectric conversion unit. In a method for manufacturing a solid-state imaging device having a plurality of element separation portions that prevent the flow from flowing into the charge transfer portion of a portion,
A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: providing each element isolation unit with a concentration gradient in which the impurity concentration is higher on the charge transfer unit side than on the photoelectric conversion unit side.
前記半導体基板に対する角度を変えて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the concentration gradient is formed by performing the implantation of the impurity a plurality of times while changing the angle with respect to the semiconductor substrate. パターンが異なる複数のフォトレジストを用いて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the concentration gradient is formed by performing the implantation of the impurities a plurality of times using a plurality of photoresists having different patterns. 同一パターンのフォトレジストをずらしながら前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the concentration gradient is formed by performing the impurity implantation a plurality of times while shifting the photoresist having the same pattern. パターンの異なる複数のフォトマスクを用いてフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子の製造方法。   5. The solid according to claim 4, wherein the concentration gradient is formed by exposing the photoresist a plurality of times using a plurality of photomasks having different patterns, and forming an inclined portion or a step portion on the photoresist. Manufacturing method of imaging device. 同一のフォトマスクをずらしながらフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子の製造方法。   5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the density gradient is formed by exposing the photoresist a plurality of times while shifting the same photomask, and forming an inclined portion or a step portion on the photoresist. Production method. ハーフトーンマスクを用いてフォトレジストに露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the density gradient is formed by exposing the photoresist using a halftone mask and forming an inclined portion or a step portion on the photoresist.
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