JP2011199027A - Solid state image pickup element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
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.
[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
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
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
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-
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
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
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-
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
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
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
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 +
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
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
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
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-
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 +
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-
[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
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
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
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 +
[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
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
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 +
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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 +
[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
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
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
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
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
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 +
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-
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
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-
13 VCCD (charge transfer unit)
14
Claims (10)
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.
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JP2015005049A (en) * | 2013-06-19 | 2015-01-08 | 大日本印刷株式会社 | Touch panel cover member and manufacturing method of the cover member |
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