JP2012094874A - Photoelectric conversion device, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Photoelectric conversion device, and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

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彰 沖田
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敏 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device capable of reducing a leakage current and improving a numerical aperture of a photodiode.SOLUTION: A photoelectric conversion device has: a channel stop layer 105 formed of a second conductivity type semiconductor provided between a pair of adjacent photodiodes each having a region 102 formed of a first conductivity type semiconductor; an element isolation insulating film 103 provided on the channel stop layer 105; and an insulating film 104 provided on a surface of the photodiode and having a thickness thinner than that of the element isolation insulating film. In the photoelectric conversion device, an interface between the photodiode and the insulating film 104, and an interface between the channel stop layer 105 and the element isolation insulating film 103 exist on a plane at the same level. The first conductivity type semiconductor region 102 and the channel stop layer 105 are in contact with each other.

Description

本発明は光電変換装置、およびそれを用いた増幅型固体撮像装置、システムに関するものでありディジタルカメラ、ビデオカメラ、複写機、ファクシミリなどの撮像装置およびシステムに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device, and an amplification type solid-state imaging device and system using the photoelectric conversion device, and to an imaging device and system such as a digital camera, a video camera, a copying machine, and a facsimile.

光電変換素子を含む固体撮像素子を1次元あるいは2次元に配列したイメージセンサはディジタルカメラ、ビデオカメラ、複写機、ファクシミリなどに数多く搭載されている。固体撮像素子には例えばCCD撮像素子や増幅型固体撮像素子がある。   Many image sensors in which solid-state imaging elements including photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally are mounted on digital cameras, video cameras, copying machines, facsimiles, and the like. Examples of the solid-state imaging device include a CCD imaging device and an amplification type solid-state imaging device.

これらの撮像素子は多画素化の傾向に有り、1画素の面積の縮小にともないフォトダイオード面積もまた減少していく傾向にある。特にMOS型固体撮像素子では単位画素内に少なくともフォトダイオードとフォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み出す為のMOSトランジスタを有している。   These image pickup devices tend to have a large number of pixels, and the photodiode area also tends to decrease as the area of one pixel is reduced. In particular, a MOS type solid-state imaging device has at least a photodiode in a unit pixel and a MOS transistor for reading out signal charges accumulated in the photodiode.

図11は、従来の単位画素のフォトダイオードの断面構造を示したものである。図11に示されるように、P型シリコン基板200とともにフォトダイオードを構成するN型半導体からなるN型領域203は素子分離のLOCOS(Local Oxidization of Silicon)酸化膜201に対して自己整合的に作られており、フォトダイオードの面積に相当するN型領域203の面積を限界まで大きくする構造になっている。また、LOCOS酸化膜201の下には予めP型チャネルストップ層202が形成されている。   FIG. 11 shows a cross-sectional structure of a conventional photodiode of a unit pixel. As shown in FIG. 11, an N-type region 203 made of an N-type semiconductor that constitutes a photodiode together with a P-type silicon substrate 200 is formed in a self-aligned manner with respect to a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film 201 of element isolation. Thus, the area of the N-type region 203 corresponding to the area of the photodiode is increased to the limit. A P-type channel stop layer 202 is formed in advance under the LOCOS oxide film 201.

しかしながら、LOCOS酸化膜201に対して自己整合的にフォトダイオードのN型領域203を形成した場合は、LOCOS酸化膜201形成時に生じるストレスによる欠陥領域20がフォトダイオードの空乏層内に取り込まれることにより、大きなリーク電流が発生する。   However, when the N-type region 203 of the photodiode is formed in a self-aligned manner with respect to the LOCOS oxide film 201, the defect region 20 due to stress generated when the LOCOS oxide film 201 is formed is taken into the depletion layer of the photodiode. A large leakage current is generated.

図12は、別のフォトダイオードの断面構造を示したものであり、LOCOS酸化膜201の下には予めP型チャネルストップ層202を形成している。この従来例では、フォトダイオードを構成するN型領域203をLOCOS酸化膜201端から離すことで、欠陥領域20からフォトダイオードの空乏層205が欠陥領域20に接しにくい構造としている。   FIG. 12 shows a cross-sectional structure of another photodiode. A P-type channel stop layer 202 is formed in advance under the LOCOS oxide film 201. In this conventional example, the N-type region 203 constituting the photodiode is separated from the end of the LOCOS oxide film 201 so that the depletion layer 205 of the photodiode hardly contacts the defect region 20 from the defect region 20.

しかしながら、空乏層205から欠陥領域20までの距離Lが必要であるほかに、LOCOS酸化膜201に対して自己整合的にN型領域203の形成を行うことができなくなるためアライメントマージンL’が別途必要となり、フォトダイオードの実質的な受光領域の面積が減る。従って画素の微細化が進むにつれてこの(L+L’)の占める割合は大きくなり、フォトダイオードの開口率を低減することとなる。   However, in addition to the need for the distance L from the depletion layer 205 to the defect region 20, the N-type region 203 cannot be formed in a self-aligned manner with respect to the LOCOS oxide film 201. As a result, the area of the light receiving region of the photodiode is reduced. Therefore, as the pixels become finer, the ratio of (L + L ′) increases, and the aperture ratio of the photodiode is reduced.

一方、図13に示す別のフォトダイオードの断面構造は、LOCOS酸化膜201端に新たにチャネルストップ層202より不純物濃度の高いP++層204を形成してリーク電流を減少させる構造をとっている。しかしながら、P++層204を形成する工程が増えるばかりでなく、P++層204は欠陥領域20を完全に覆う必要があるため、フォトダイオードに占めるP++層204の面積が大きくなり感度が低下する。さらには、N型層203とP++層204との接合部では耐圧が低下してしまう。   On the other hand, the sectional structure of another photodiode shown in FIG. 13 has a structure in which a P ++ layer 204 having a higher impurity concentration than the channel stop layer 202 is newly formed at the end of the LOCOS oxide film 201 to reduce the leakage current. However, not only the number of steps for forming the P ++ layer 204 is increased, but the P ++ layer 204 needs to completely cover the defect region 20, so that the area of the P ++ layer 204 occupying the photodiode is increased and sensitivity is lowered. Further, the breakdown voltage is reduced at the junction between the N-type layer 203 and the P ++ layer 204.

また、LOCOS酸化膜201の形成時に形成されるバーズビークがフォトダイオードの開口率を向上できない原因になっている。   Further, the bird's beak formed when the LOCOS oxide film 201 is formed is a cause that the aperture ratio of the photodiode cannot be improved.

一方、巣14の(a)は特開昭55−154784に記載されているPINフォトダイオードの断面構造を示している。図14の(b)は図14の(a)における空乏層の拡がりを拡大して示している。具体的には、N型高抵抗基板205に、イオン注入によりリンを全面に打込み低抵抗層206を形成し、次に、受光部のP+層208をボロン拡散により、低抵抗層206と同等かわずかに深く形成する。そして、次にN+型チャンネルストッパー207の形成と、受光効率をあげるための窒化膜による無反射コーティング膜212を形成する。211は酸化膜である。また、図14の(a)の素子に逆バイアスを印加した時の空乏層の拡がりが図14の(b)における209と210である。   On the other hand, (a) of the nest 14 shows a cross-sectional structure of a PIN photodiode described in JP-A-55-154784. FIG. 14B shows an enlargement of the depletion layer in FIG. 14A. Specifically, phosphorus is implanted into the entire surface of the N-type high-resistance substrate 205 by ion implantation to form the low-resistance layer 206, and then the P + layer 208 of the light receiving portion is equivalent to the low-resistance layer 206 by boron diffusion. Form slightly deeper. Then, an N + type channel stopper 207 and an antireflection coating film 212 made of a nitride film for increasing the light receiving efficiency are formed. 211 is an oxide film. In addition, when the reverse bias is applied to the element of FIG. 14A, the spread of the depletion layer is indicated by 209 and 210 in FIG. 14B.

しかしながら、複数のフォトダイオードを集積化することに関する記載はない。   However, there is no description about integrating a plurality of photodiodes.

光電変換装置、およびそれを用いた増幅型個体撮像装置において、単位画素における光電効果によって発生した信号電荷以外のノイズ、すなわちリーク電流はできるだけ小さいことが望ましい。さらには、隣接画素間もできるだけ小さいことが望ましいので、隣接画素間を狭くしても十分な素子分離の実現が求められる。さらに、画素においてはその感度を下げないことは勿論のことである。   In the photoelectric conversion device and the amplification type individual imaging device using the photoelectric conversion device, it is desirable that noise other than the signal charge generated by the photoelectric effect in the unit pixel, that is, leakage current is as small as possible. Furthermore, since it is desirable that the distance between adjacent pixels is as small as possible, sufficient element isolation is required even if the distance between adjacent pixels is narrowed. Further, it goes without saying that the sensitivity of the pixel is not lowered.

前記素子分離用絶縁膜にLOCOS酸化膜を用いた場合には、LOCOS酸化膜により生じるストレスによる欠陥領域がフォトダイオードの空乏層内に取り込まれることにより、リーク電流が発生していた。さらに、LOCOS酸化膜のバーズビークにより、フォトダイオードの開口率を向上できない。   In the case where a LOCOS oxide film is used as the element isolation insulating film, a leak current is generated because a defect region caused by stress generated by the LOCOS oxide film is taken into the depletion layer of the photodiode. Furthermore, the bird's beak of the LOCOS oxide film cannot improve the aperture ratio of the photodiode.

本発明は上述の問題に鑑みて発明されたもので、その目的は、リーク電流の低減と、フォトダイオードの開口率を向上させることができる光電変換装置を提供することにある。   The present invention was invented in view of the above problems, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion device capable of reducing leakage current and improving the aperture ratio of a photodiode.

上記課題を解決するために、請求項1の発明は、第1導電型の半導体からなる領域を有する隣接する一対のフォトダイオードの間に設けられた第2導電型の半導体からなるチャネルストップ層と、前記チャネルストップ層の上に設けられた素子分離用絶縁膜と、前記フォトダイオードの表面に設けられ前記素子分離用絶縁膜より薄い絶縁膜と、を有する光電変換装置において、前記フォトダイオードと前記絶縁膜との界面と、前記チャネルストップ層と前記素子分離用絶縁膜との界面が、同一レベルの平面上にあり、前記第1導電型の半導体領域と前記チャネルストップ層とが互いに接していることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 includes a channel stop layer made of a second conductivity type semiconductor provided between a pair of adjacent photodiodes having a region made of a first conductivity type semiconductor, In the photoelectric conversion device, comprising: an element isolation insulating film provided on the channel stop layer; and an insulating film provided on a surface of the photodiode and thinner than the element isolation insulating film. The interface with the insulating film and the interface between the channel stop layer and the element isolation insulating film are on the same level plane, and the semiconductor region of the first conductivity type and the channel stop layer are in contact with each other. It is characterized by that.

上記課題を解決するために、請求項6の発明は、第1導電型の半導体からなる領域を有するフォトダイオードと第1導電型の半導体からなるソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタとを備えた画素が共通の半導体基体上に複数配列された光電変換装置において、前記フォトダイオードと前記MOSトランジスタとの間に形成された第2導電型の半導体からなるチャネルストップ層と、前記チャネルストップ層の上に設けられた素子分離用絶縁膜と、を有する素子分離構造を備えており、前記チャネルストップ層と前記素子分離用絶縁膜との界面と、前記フォトダイオードの表面に設けられ前記素子分離用絶縁膜より薄い絶縁膜と前記フォトダイオードとの界面とが、同一レベルの平面上にあることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 6 is a pixel comprising a photodiode having a region made of a first conductivity type semiconductor and a MOS transistor having a source / drain region made of a first conductivity type semiconductor. Are arranged on a common semiconductor substrate, a channel stop layer made of a second conductivity type semiconductor formed between the photodiode and the MOS transistor, and on the channel stop layer An element isolation structure having an element isolation insulating film, and the element isolation insulating film provided on an interface between the channel stop layer and the element isolation insulating film and on the surface of the photodiode. The thinner insulating film and the interface between the photodiodes are on the same level plane.

上記課題を解決するために、請求項18の発明は、第1導電型の半導体からなる領域を有するフォトダイオードを備えた画素が複数配列された撮像領域と、前記画素を駆動するための駆動回路と前記画素からの信号を読み出すための読み出し回路とが形成された周辺回路領域と、が共通の半導体基体上に設けられた光電変換装置において、前記撮像領域の素子分離構造は、素子間に形成された第2導電型の半導体からなるチャネルストップ層と、前記チャネルストップ層の上に設けられた素子分離用絶縁膜と、を有し、前記チャネルストップ層と前記素子分離用絶縁膜との界面と、前記フォトダイオードの表面に設けられ前記素子分離用絶縁膜より薄い絶縁膜と前記フォトダイオードとの界面とが、同一レベルの平面上にある構造であり、前記周辺回路領域の素子分離構造は、素子間に形成された第2のチャネルストップ層と、前記チャネルストップ層の上に設けられ、前記素子分離用絶縁膜の底面より深い底面を有する第2の素子分離用絶縁膜と、を有する構造であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an invention according to claim 18 is directed to an imaging region in which a plurality of pixels each including a photodiode having a region made of a first conductivity type semiconductor are arranged, and a driving circuit for driving the pixels. And a peripheral circuit region in which a readout circuit for reading out signals from the pixel is formed on a common semiconductor substrate, an element isolation structure in the imaging region is formed between the elements. A channel stop layer made of a semiconductor of the second conductivity type, and an element isolation insulating film provided on the channel stop layer, and an interface between the channel stop layer and the element isolation insulating film And an interface between the photodiode and the insulating film provided on the surface of the photodiode and thinner than the element isolation insulating film, and on the same level plane, The element isolation structure in the peripheral circuit region includes a second channel stop layer formed between the elements, and a second element provided on the channel stop layer and having a bottom surface deeper than the bottom surface of the element isolation insulating film. And an insulating film for isolation.

以上述べたようにこの発明によれば、フォトダイオードのリーク電流を低減できるとともに、フォトダイオードの開口率を向上した光電変換装置及び固体撮像装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion device and a solid-state imaging device that can reduce the leakage current of the photodiode and improve the aperture ratio of the photodiode.

本発明の光電変換装置の断面図及び平面図Sectional drawing and top view of the photoelectric conversion apparatus of this invention 素子分離用絶縁膜とチャネルストップ層との内包関係を示した断面図Sectional view showing the inclusion relationship between the element isolation insulating film and the channel stop layer 本発明の光電変換装置の別実施形態の断面図及び平面図Sectional drawing and top view of another embodiment of the photoelectric conversion apparatus of this invention 素子分離用絶縁膜とチャネルストップ層との内包関係を示した断面図Sectional view showing the inclusion relationship between the element isolation insulating film and the channel stop layer 本発明の光電変換装置の別実施形態の断面図及び平面図Sectional drawing and top view of another embodiment of the photoelectric conversion apparatus of this invention 本発明の光電変換装置の別実施形態の断面図及び平面図Sectional drawing and top view of another embodiment of the photoelectric conversion apparatus of this invention 本発明の光電変換装置の別実施形態の断面図及び平面図Sectional drawing and top view of another embodiment of the photoelectric conversion apparatus of this invention 本発明の光電変換装置を用いた回路構成図Circuit configuration diagram using photoelectric conversion device of the present invention 本発明の光電変換装置を用いた固体撮像システムの構成図Configuration diagram of a solid-state imaging system using the photoelectric conversion device of the present invention 本発明の光電変換装置の構成手順Configuration procedure of photoelectric conversion device of the present invention 従来の増幅型MOSセンサにおける単位セル内のフォトダイオードの断面構造Cross-sectional structure of a photodiode in a unit cell in a conventional amplifying MOS sensor 従来の増幅型MOSセンサにおける単位セル内のフォトダイオードの断面構造Cross-sectional structure of a photodiode in a unit cell in a conventional amplifying MOS sensor 従来の増幅型MOSセンサにおける単位セル内のフォトダイオードの断面構造Cross-sectional structure of a photodiode in a unit cell in a conventional amplifying MOS sensor 従来のPINフォトダイオードConventional PIN photodiode

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1の光電変換装置の1画素の構成を示す模式図である。図1の(b)は本実施形態の光電変換装置の平面構造を示しており、図1の(a)は図1の(b)のQ−Q’における断面構造を示している。また、図1は1画素のみを示しているが、実際の光電変換装置は、このような構造の画素が1次元又は2次元状に多数隣接して配置されている。図1において、101はP型基板、102は第1導電型の半導体からなる領域を有するフォトダイオードとしてのN型半導体からなるN型領域、105は隣接する一対のフォトダイオード間に設けられた第2導電型の半導体からなるチャネルストップ層としてのP型基板101よりも濃いP+型のチャネルストップ層、103はチャネルストップ層105の上に設けられたメサ型にパターニングされた素子分離用絶縁膜、104はN型領域102の表面に設けられた素子分離用絶縁膜103より薄い絶縁膜である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of one pixel of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B shows a planar structure of the photoelectric conversion device of this embodiment, and FIG. 1A shows a cross-sectional structure taken along the line QQ ′ of FIG. Further, FIG. 1 shows only one pixel, but in an actual photoelectric conversion device, a large number of pixels having such a structure are adjacently arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner. In FIG. 1, 101 is a P-type substrate, 102 is an N-type region made of an N-type semiconductor as a photodiode having a region made of a first conductivity type semiconductor, and 105 is a first provided between a pair of adjacent photodiodes. A P + type channel stop layer that is darker than the P type substrate 101 as a channel stop layer made of a two-conductivity type semiconductor; 103 is a mesa-type element isolation insulating film provided on the channel stop layer 105; Reference numeral 104 denotes an insulating film thinner than the element isolation insulating film 103 provided on the surface of the N-type region 102.

このフォトダイオード構造を形成するためには、始めに、後に隣接する一対のフォトダイオードの間に設けられたことになるP+型のチャネルストップ層105を、P型基板101の表面付近にイオン注入により形成する。次に、CVD法によって堆積した酸化膜を異方性エッチングによりメサ型にパターニングして素子分離用絶縁膜103をチャネルストップ層105の上に形成する。次に、N型領域102がP型基板101の表面付近に、素子分離用絶縁膜103に対して自己整合的にイオン注入される。さらにN型領域102の表面に熱酸化法によって素子分離用絶縁膜103より薄い絶縁膜104を形成する。以上の手順により、N型領域102と絶縁膜104との界面と、チャネルストップ層105と素子分離用絶縁膜103との界面が同一レベルの平面上に形成できる。よって、LOCOS構造のような凹凸を形成しないことで、LOCOS酸化膜形成時にできる欠陥領域がフォトダイオードの空乏層内に取り込まれることで流れるリーク電流と、LOCOS酸化膜のバーズビークがフォトダイオードの開口率を下げていた問題を改善した。   In order to form this photodiode structure, first, a P + type channel stop layer 105, which will be provided between a pair of adjacent photodiodes later, is ion-implanted near the surface of the P-type substrate 101. Form. Next, the oxide film deposited by the CVD method is patterned into a mesa shape by anisotropic etching to form an element isolation insulating film 103 on the channel stop layer 105. Next, the N-type region 102 is ion-implanted near the surface of the P-type substrate 101 in a self-aligned manner with respect to the element isolation insulating film 103. Further, an insulating film 104 thinner than the element isolation insulating film 103 is formed on the surface of the N-type region 102 by thermal oxidation. Through the above procedure, the interface between the N-type region 102 and the insulating film 104 and the interface between the channel stop layer 105 and the element isolation insulating film 103 can be formed on the same level plane. Therefore, by not forming irregularities as in the LOCOS structure, a leakage current that flows when a defect region formed during the formation of the LOCOS oxide film is taken into the depletion layer of the photodiode, and a bird's beak of the LOCOS oxide film causes the aperture ratio of the photodiode Improved the problem that was lowering.

さらに、本発明では、チャネルストップ層105がN型領域102と必ず互いに接するように工夫されている。そのためには、チャネルストップ層105の上に素子分離用絶縁膜103を形成する際に、チャネルストップ層105の端部が、CVD法で堆積された酸化膜を異方性エッチングしてできた素子分離用絶縁膜103の端部よりも界面方向に沿って長さAだけ外側に形成されるようにする素子分離用絶縁膜103を形成する。さらに、その素子分離用絶縁膜103に対してN型領域102は自己整合的にイオン注入で形成するので、チャネルストップ層105の端部は素子分離用絶縁膜103の端部よりも長さAだけN型領域102の受光面内方に形成され、その重なった領域が重なり幅Aとなる。   Further, in the present invention, the channel stop layer 105 is devised so as to be in contact with the N-type region 102 without fail. For this purpose, when the element isolation insulating film 103 is formed on the channel stop layer 105, the end portion of the channel stop layer 105 is formed by anisotropic etching of an oxide film deposited by the CVD method. An element isolation insulating film 103 is formed so as to be formed outside the end portion of the isolation insulating film 103 by a length A along the interface direction. Further, since the N-type region 102 is formed by ion implantation in a self-aligned manner with respect to the element isolation insulating film 103, the end of the channel stop layer 105 has a length A longer than the end of the element isolation insulating film 103. Only the N-type region 102 is formed inside the light receiving surface, and the overlapping region has an overlap width A.

このことに関して図2を用いてさらに詳しく述べる。   This will be described in more detail with reference to FIG.

図2は、図1の光電変換装置における重なり幅Aを有しない光電変換装置の模式図である。図2の(a)はチャネルストップ層105が素子分離用絶縁膜103の直下に形成された構造を示しており、図2の(b)は図2の(a)の素子分離用絶縁膜103を形成する際にアライメントのズレが生じた構造を示している。   FIG. 2 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device having no overlap width A in the photoelectric conversion device of FIG. 2A shows a structure in which the channel stop layer 105 is formed immediately below the element isolation insulating film 103, and FIG. 2B shows the element isolation insulating film 103 in FIG. 2A. 3 shows a structure in which an alignment shift occurs when forming the film.

N型領域102表面におけるリーク電流は、空乏層が絶縁膜104、または素子分離用絶縁膜103に接している幅に依存するので、できるだけその幅は狭い方が良い。理想的には図2の(a)のようにチャネルストップ層105の端部とN型領域102の端部とが一致している状態である。この時、界面付近における空乏層の拡がりは最も狭くなり、流れるリーク電流も小さくなる。しかしながらこのような構造を再現性良く形成することはきわめて難しい。実際には図2の(b)に示すように、チャネルストップ層105と素子分離用絶縁膜103を形成するときに、アライメントのズレが生じるなどのプロセス的な要因で、図2の(b)の領域Xが形成される。領域Xでは空乏層の幅の拡がりを充分に小さくできないので、チャネルストップ層105がN型領域102に接していない時よりも若干大きなリーク電流が流れてしまう。一方で、空乏層が絶縁膜104又は、素子分離用絶縁膜103に接しないようにするためには、P+型のチャネルストップ層105をN型領域102の表面を覆うように配置することでも可能であるが、この方法だとN型領域102の表面付近における感度が低下してしまう。また、同様にP+型のチャネルストップ層105とN型領域102とが受光面内方に重なれば重なるほど、N型領域102の感度は低下する。そこで、チャネルストップ層105とN型領域102とが受光面内方に重なって形成された領域の界面方向に沿った重なり幅Aは、界面方向に沿って薄い程よく、さらにアライメントのズレなどが生じても、互いに離れてしまい領域Xを形成しないことが望まれる。したがって、重なり幅Aとしては、素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層105の間のアライメントズレ、あるいは加工寸法の変動が生じた場合でもチャネルストップ層105とN型領域102とが必ず接するような値が求められる。また、その重なり幅Aの値は望ましくは、リーク電流の抑制とアライメント誤差と開口率とのバランスを考慮し0.05μm〜0.3μmとすることが良い。   Since the leakage current on the surface of the N-type region 102 depends on the width of the depletion layer in contact with the insulating film 104 or the element isolation insulating film 103, the width should be as narrow as possible. Ideally, as shown in FIG. 2A, the end of the channel stop layer 105 and the end of the N-type region 102 coincide with each other. At this time, the spread of the depletion layer in the vicinity of the interface is the narrowest and the flowing leakage current is also reduced. However, it is extremely difficult to form such a structure with good reproducibility. Actually, as shown in FIG. 2B, when the channel stop layer 105 and the element isolation insulating film 103 are formed, due to process factors such as an alignment shift, the process shown in FIG. Region X is formed. In the region X, since the width of the depletion layer cannot be sufficiently reduced, a slightly larger leakage current flows than when the channel stop layer 105 is not in contact with the N-type region 102. On the other hand, in order to prevent the depletion layer from coming into contact with the insulating film 104 or the element isolation insulating film 103, it is also possible to dispose the P + type channel stop layer 105 so as to cover the surface of the N type region 102. However, with this method, the sensitivity near the surface of the N-type region 102 decreases. Similarly, the sensitivity of the N-type region 102 decreases as the P + type channel stop layer 105 and the N-type region 102 overlap each other inward of the light receiving surface. Therefore, the overlap width A along the interface direction of the region formed by overlapping the channel stop layer 105 and the N-type region 102 inward of the light receiving surface is preferably as thin as possible along the interface direction, and further misalignment occurs. However, it is desired not to form the region X because they are separated from each other. Therefore, the overlap width A is such that the channel stop layer 105 and the N-type region 102 are always in contact with each other even when an alignment shift between the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 105 or a variation in processing dimension occurs. A value is determined. Further, the value of the overlap width A is preferably 0.05 μm to 0.3 μm in consideration of the balance between the leakage current suppression, the alignment error, and the aperture ratio.

また、本実施形態では、チャネルストップ層105とN型領域102との重なり幅Aの導電型はチャネルストップ層105と同一の導電型で表示されているが、例えば、N型領域102の濃度がチャネルストップ層105に比べて濃度が充分に濃ければ、重なり幅Aの導電型はN型領域102と同一の導電型となる。その場合は、チャネルストップ層105の端部はN型領域102の端部と一致することになる。   In this embodiment, the conductivity type of the overlap width A between the channel stop layer 105 and the N-type region 102 is displayed with the same conductivity type as that of the channel stop layer 105. For example, the concentration of the N-type region 102 is If the concentration is sufficiently higher than that of the channel stop layer 105, the conductivity type of the overlap width A becomes the same conductivity type as that of the N-type region 102. In that case, the end portion of the channel stop layer 105 coincides with the end portion of the N-type region 102.

また、以後本明細書で述べる界面方向とはN型領域102と絶縁膜104との界面を含む平面のことである。   Further, the interface direction described in this specification is a plane including the interface between the N-type region 102 and the insulating film 104.

(実施形態2)
図3は、本発明の実施形態2の光電変換装置における1画素の構成を示す模式図である。図3の(b)は本実施形態の光電変換装置の平面構造を示しており、図3の(a)は図3の(b)のR−R’における断面構造を示している。より効果的にリーク電流を低減するために、図1の構成の中にP+型のチャネルストップ層105と同じ導電型で、且つ、絶縁膜104とN型領域102との界面からの深さがチャネルストップ層105よりも浅くなるようにP+層106をN型領域102の表面全域にイオン注入により形成した光電変換装置である。この方法によりN型領域102はP型導電型の半導体で完全に囲まれたことになる。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of one pixel in the photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3B shows a planar structure of the photoelectric conversion device of this embodiment, and FIG. 3A shows a cross-sectional structure taken along line RR ′ of FIG. In order to reduce the leakage current more effectively, the depth of the insulating layer 104 and the N-type region 102 from the interface is the same conductivity type as the P + type channel stop layer 105 in the configuration of FIG. In this photoelectric conversion device, the P + layer 106 is formed by ion implantation over the entire surface of the N-type region 102 so as to be shallower than the channel stop layer 105. By this method, the N-type region 102 is completely surrounded by a P-type conductive semiconductor.

また、図3は1画素のみを示しているが、実際の光電変換装置は、このような構造の画素が1次元又は2次元状に多数隣接して配置されている。   3 shows only one pixel, an actual photoelectric conversion device has a large number of pixels having such a structure arranged adjacently in a one-dimensional or two-dimensional manner.

このフォトダイオード構造は、P+層106を、実施形態1のフォトダイオードを形成する中で、N型領域102がP型基板101の表面付近に素子分離用絶縁膜103に対して自己整合的にイオン注入によって形成された後に、同じく素子分離用絶縁膜103に対して自己整合的にイオン注入することで形成できる。   In this photodiode structure, the P + layer 106 is ionized in a self-aligned manner with respect to the element isolation insulating film 103 near the surface of the P-type substrate 101 while the N-type region 102 is formed in the photodiode of the first embodiment. After being formed by implantation, it can also be formed by implanting ions in a self-aligned manner to the element isolation insulating film 103.

本実施形態では、実施形態1における効果に加えて、さらにP+層106を形成したことで、P型基板101とN型領域102とで形成されたフォトダイオードの空乏層が絶縁膜104に接することが無くなり、リーク電流が発生しなくなった。   In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the P + layer 106 is further formed so that the depletion layer of the photodiode formed by the P-type substrate 101 and the N-type region 102 is in contact with the insulating film 104. Disappeared and no leakage current occurred.

また、本実施形態は、実施形態1と同様に、チャネルストップ層105とN型領域102とが重なり幅Aで重なる領域を有する構造である。   Further, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the channel stop layer 105 and the N-type region 102 have a region having an overlapping width A.

このことに関して図4を用いてさらに詳しく説明する。   This will be described in more detail with reference to FIG.

図4は、図3の光電変換装置における重なり幅Aを有しない光電変換装置の模式図である。図4の(a)はチャネルストップ層105が素子分離用絶縁膜103の直下に形成された構造を示しており、図4の(b)は図4の(a)の素子分離用絶縁膜103を形成する際にアライメントのズレが生じた構造を示している。   FIG. 4 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device that does not have the overlap width A in the photoelectric conversion device of FIG. 3. 4A shows a structure in which the channel stop layer 105 is formed immediately below the element isolation insulating film 103, and FIG. 4B shows the element isolation insulating film 103 of FIG. 4A. 3 shows a structure in which an alignment shift occurs when forming the film.

図4の(a)のようにチャネルストップ層105の端部とN型領域102の端部とが一致している状態が、最もN型領域102における感度を低下させず理想的であるが、このような構造を再現性良く形成することはきわめて難しい。実際には図4の(b)に示すように、チャネルストップ層105と素子分離用絶縁膜103を形成するときに、アライメントのズレが生じるなどのプロセス的な要因で、図4の(b)の領域Xが形成される。その結果、リーク電流が流れてしまうこととなる。一方、P+型のチャネルストップ層105とN型領域102との重なり幅Aが大きければ大きいほど、フォトダイオードの感度は低下するので、重なり幅Aは界面方向に沿って薄い程よい。したがって、重なり幅Aは、素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層105を形成する際のアライメントのズレ、あるいは加工寸法の変動が生じた場合でもN型領域102とチャネルストップ層105とが必ず接するような値が求められる。また、その重なり幅Aの値は望ましくは、リーク電流の抑制とアライメント誤差と開口率とのバランスを考慮し0.05μm〜0.3μmとすることが良い。   As shown in FIG. 4A, the state in which the end of the channel stop layer 105 and the end of the N-type region 102 coincide with each other is ideal without reducing the sensitivity in the N-type region 102 most. It is extremely difficult to form such a structure with good reproducibility. In practice, as shown in FIG. 4B, when the channel stop layer 105 and the element isolation insulating film 103 are formed, due to process factors such as an alignment shift, the process shown in FIG. Region X is formed. As a result, a leak current flows. On the other hand, the greater the overlap width A between the P + type channel stop layer 105 and the N-type region 102, the lower the sensitivity of the photodiode. Therefore, it is better that the overlap width A is thinner along the interface direction. Therefore, the overlap width A is such that the N-type region 102 and the channel stop layer 105 are always in contact with each other even when an alignment shift or variation in processing dimensions occurs when the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 105 are formed. Such a value is required. Further, the value of the overlap width A is preferably 0.05 μm to 0.3 μm in consideration of the balance between the leakage current suppression, the alignment error, and the aperture ratio.

また、本実施形態では、N型領域102とチャネルストップ層105との重なり幅Aの導電型はチャネルストップ層105と同一の導電型で表示されているが、例えば、N型領域102の濃度がチャネルストップ層105に比べて濃度が充分に濃ければ、重なり幅Aの導電型はN型領域102と同一の導電型となる。その場合は、チャネルストップ層105の端部はN型領域102の端部と一致することになる。   In this embodiment, the conductivity type of the overlap width A between the N-type region 102 and the channel stop layer 105 is displayed with the same conductivity type as the channel stop layer 105. For example, the concentration of the N-type region 102 is If the concentration is sufficiently higher than that of the channel stop layer 105, the conductivity type of the overlap width A becomes the same conductivity type as that of the N-type region 102. In that case, the end portion of the channel stop layer 105 coincides with the end portion of the N-type region 102.

(実施形態3)
図5は、本発明の実施形態3による光電変換装置を示す模式図であり、詳しくはフォトダイオードとソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタとを備えた画素が共通の半導体基体上に複数配列された光電変換装置における単位画素領域の一部を示している。図5の(b)は単位画素領域の一部の平面構造を示しており、図5の(a)は図5の(b)のB−B’間における断面構造を示している。一方、図5の(c)、(d)、(e)は図5の(b)のT−T’の断面における領域Yの断面構造を示している。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a schematic diagram showing a photoelectric conversion device according to Embodiment 3 of the present invention. Specifically, a plurality of pixels each including a photodiode and a MOS transistor having a source / drain region are arranged on a common semiconductor substrate. 2 shows a part of a unit pixel area in a photoelectric conversion device. FIG. 5B shows a part of the planar structure of the unit pixel region, and FIG. 5A shows a cross-sectional structure taken along line BB ′ of FIG. On the other hand, (c), (d), and (e) of FIG. 5 show the cross-sectional structure of the region Y in the cross section of TT ′ of (b) of FIG.

本実施形態は、光電変換装置において、リーク電流や、開口率の問題から、フォトダイオードとMOSトランジスタとの間の素子分離用絶縁膜にはLOCOSを用いない分離方法で形成し、画素内における複数のMOSトランジスタ間の素子分離用絶縁膜にはLOCOS酸化膜401を形成するものである。   In this embodiment, in the photoelectric conversion device, due to a problem of leakage current and an aperture ratio, an element isolation insulating film between a photodiode and a MOS transistor is formed by an isolation method that does not use LOCOS, and a plurality of pixels in a pixel are formed. A LOCOS oxide film 401 is formed on the insulating film for element isolation between the MOS transistors.

本実施形態は、第1導電型の半導体からなる領域を有するフォトダイオードとしてN型半導体からなるN型領域102と、フォトダイオードと隣接するMOSトランジスタとを素子分離するためにメサ型にパターニングされた素子分離用絶縁膜103とP+型のチャネルストップ層105と、N型領域102の表面付近にチャネルストップ層105よりも浅く形成されたP+層106と、N型領域102の表面に素子分離用絶縁膜103より薄い絶縁膜104と、第1導電型の半導体からなるソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタとして転送MOSトランジスタ302と増幅MOSトランジスタ303と、複数のMOSトランジスタ間に設けられた第2導電型の半導体からなる第2のチャネルストップ層としてチャネルストップ層402と、第2チャネルストップ層の上に設けられ素子分離用絶縁膜103よりも深い底面を有する第2の素子分離用絶縁膜としてLOCOS酸化膜401と、増幅MOSトランジスタで増幅された信号電荷を出力する信号線307で構成されている。また、本実施形態では、複数のMOSトランジスタとして転送MOSトランジスタ及び増幅MOSトランジスタを用いたが、リセットMOSトランジスタなどのように、ソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタを有するものであってもよい。   In the present embodiment, the N-type region 102 made of an N-type semiconductor as a photodiode having a region made of a first conductivity type semiconductor and the photodiode and the MOS transistor adjacent to the photodiode are patterned in a mesa shape. An element isolation insulating film 103, a P + type channel stop layer 105, a P + layer 106 formed shallower than the channel stop layer 105 in the vicinity of the surface of the N type region 102, and an element isolation insulating layer on the surface of the N type region 102 Transfer MOS transistor 302 and amplification MOS transistor 303 as a MOS transistor having an insulating film 104 thinner than film 103 and a source / drain region made of a first conductivity type semiconductor, and a second conductivity type provided between the plurality of MOS transistors Channel stop as a second channel stop layer made of any semiconductor 402, a LOCOS oxide film 401 serving as a second element isolation insulating film provided on the second channel stop layer and having a bottom surface deeper than the element isolation insulating film 103, and the signal charge amplified by the amplification MOS transistor The output signal line 307 is configured. In this embodiment, a transfer MOS transistor and an amplification MOS transistor are used as the plurality of MOS transistors. However, a MOS transistor having a source / drain region such as a reset MOS transistor may be used.

N型領域102で光電変換された信号電荷はゲート線304への転送信号の印加によって転送MOSトランジスタ302のドレイン領域309に転送され、増幅MOSトランジスタ303のゲート部305の電位を変化させる。増幅MOSトランジスタ303のドレイン領域306は動作するのに適当な電圧が供給されており、ゲート部305の電圧に応じた出力がソース領域310に接続された信号線307に出力される構成となっている。   The signal charge photoelectrically converted in the N-type region 102 is transferred to the drain region 309 of the transfer MOS transistor 302 by applying a transfer signal to the gate line 304, and the potential of the gate portion 305 of the amplification MOS transistor 303 is changed. A voltage suitable for operation is supplied to the drain region 306 of the amplification MOS transistor 303, and an output corresponding to the voltage of the gate portion 305 is output to the signal line 307 connected to the source region 310. Yes.

本実施形態では、素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層105との界面と、N型領域102表面のP+層106と絶縁膜14との界面は同一レベルの平面にある。   In the present embodiment, the interface between the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 105 and the interface between the P + layer 106 and the insulating film 14 on the surface of the N-type region 102 are on the same level plane.

さらに、本実施形態では、転送MOSトランジスタ302と増幅MOSトランジスタ303との間の素子分離構造にLOCOS酸化膜401とチャネルストップ層402とを配置した事を特徴としており、すなわちチャネルストップ層402と増幅MOSトランジスタ303のソース領域306とドレイン領域310の間のチャネル領域とは離れた構造となる。その結果、増幅MOSトランジスタ303のチャネル領域のチャネル幅は最大にできることから、駆動能力も最大となる。   Furthermore, the present embodiment is characterized in that the LOCOS oxide film 401 and the channel stop layer 402 are arranged in the element isolation structure between the transfer MOS transistor 302 and the amplification MOS transistor 303, that is, the channel stop layer 402 and the amplification. The channel region between the source region 306 and the drain region 310 of the MOS transistor 303 is separated. As a result, since the channel width of the channel region of the amplification MOS transistor 303 can be maximized, the driving capability is also maximized.

しかしながら、単位画素領域内においてLOCOS酸化膜401と素子分離用絶縁膜103とを併用すると図5の(b)における領域Yで問題が生じる。領域Yとは素子分離用絶縁膜103とLOCOS酸化膜401とのつなぎ目の領域である。   However, if the LOCOS oxide film 401 and the element isolation insulating film 103 are used in combination in the unit pixel region, a problem occurs in the region Y in FIG. The region Y is a joint region between the element isolation insulating film 103 and the LOCOS oxide film 401.

図5の(c)のように、領域Yにおいてアライメントのズレが完全にない場合でも微妙な凹部分にゲート線304を形成する配線用のポリシリコンが残り易くなり配線の短絡を生じる可能性がある。   As shown in FIG. 5C, even when there is no alignment misalignment in the region Y, the wiring polysilicon for forming the gate line 304 is likely to remain in a minute concave portion, which may cause a short circuit of the wiring. is there.

また、図5の(d)のように、領域Yにおいてアライメントのズレにより素子分離用絶縁膜103とLOCOS酸化膜401とが離れて形成された場合、その隙間にゲート線304を走らせてしまうと余計なMOSトランジスタを形成し誤作動を誘発する可能性や、面積的に無駄が多い構成となる。   Further, as shown in FIG. 5D, when the element isolation insulating film 103 and the LOCOS oxide film 401 are formed apart from each other due to misalignment in the region Y, the gate line 304 is caused to run in the gap. There is a possibility that an unnecessary MOS transistor is formed to induce a malfunction, and that the area is wasted.

また、図5(e)のように、領域YにおいてLOCOS酸化膜401と素子分離用絶縁膜103とが重なり合って形成された場合、ゲート線304のような配線を走らせる時に凹凸が大きくなるため、細かい配線の形成が困難となる。   Further, as shown in FIG. 5E, when the LOCOS oxide film 401 and the element isolation insulating film 103 are formed so as to overlap each other in the region Y, unevenness increases when a wiring such as the gate line 304 is run. This makes it difficult to form fine wiring.

よって、単位画素領域内において素子分離用絶縁膜103とLOCOS酸化膜401とを併用することは好ましくない。   Therefore, it is not preferable to use the element isolation insulating film 103 and the LOCOS oxide film 401 in combination in the unit pixel region.

また、本実施形態では、N型領域102で光電変換されている間ゲート線304に負電圧を印加することで、ゲート線304の下のP型基盤を比較的濃いP型にすることで空乏層が絶縁膜104と接しないことから、リーク電流は発生しない。   Further, in this embodiment, depletion is achieved by applying a negative voltage to the gate line 304 while photoelectric conversion is performed in the N-type region 102, thereby making the P-type substrate under the gate line 304 a relatively dense P-type. Since the layer is not in contact with the insulating film 104, no leakage current is generated.

また、増幅MOSトランジスタ303でリーク電流を考慮に入れなくて良いのは、増幅MOSトランジスタのゲート部305に電圧がかかる瞬間は一瞬(受光領域で電荷をためる事に比べて)であるため、リーク電流の影響が少ないからである。   In addition, it is not necessary to consider the leakage current in the amplification MOS transistor 303 because the moment when the voltage is applied to the gate portion 305 of the amplification MOS transistor is momentary (compared with accumulation of charge in the light receiving region). This is because the influence of current is small.

(実施形態4)
図6は、本発明の実施形態4による光電変換装置を示す図であり、詳しくはフォトダイオードとソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタとを備えた画素が共通の半導体基体上に複数配列された光電変換装置における単位画素領域の一部を示している。図6の(b)は単位画素領域の一部の平面構造を示しており、図6の(a)は図6の(b)のD−D’間における断面構造を示しており、また、図6の(c)は図6の(b)のE−E’間における断面構造を示している。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a diagram showing a photoelectric conversion device according to Embodiment 4 of the present invention. Specifically, a photoelectric conversion device in which a plurality of pixels each including a photodiode and a MOS transistor having a source / drain region are arranged on a common semiconductor substrate is shown. 2 shows a part of a unit pixel region in a conversion device. 6 (b) shows a part of the planar structure of the unit pixel region, FIG. 6 (a) shows a cross-sectional structure between DD ′ in FIG. 6 (b), and FIG. 6C shows a cross-sectional structure between EE ′ in FIG.

図5との相違点は、実施形態3の問題に備えて、複数MOSトランジスタ間の素子分離構造に、すなわち転送MOSトランジスタ302と増幅MOSトランジスタ303との素子分離構造に素子分離用絶縁膜103と第2導電型の半導体からなるチャネルストップ層としてP+型のチャネルストップ層308とを配置したことである。   5 is different from FIG. 5 in that an element isolation structure between a plurality of MOS transistors, that is, an element isolation structure between a transfer MOS transistor 302 and an amplification MOS transistor 303 is provided for the problem of the third embodiment. This is that a P + type channel stop layer 308 is arranged as a channel stop layer made of a second conductivity type semiconductor.

図6の(c)は、N型領域102と増幅MOSトランジスタ303のソース領域310とを素子分離するために素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層308と配置した構成を示している。N型領域102表面のP+層106と絶縁膜104との界面と、素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層308との界面が同一レベルの平面上になるように形成している。従来はフォトダイオードと隣接するMOSトランジスタとの間の素子分離用絶縁膜にはLOCOS酸化膜が用いられてきたが、本実施形態の構成にすることでリーク電流が低減されるとともに、フォトダイオードの開口率を向上できる。また、図6においては、チャネルストップ層105と同じ導電型の薄いP+層106をN型領域102表面に形成した構造を示しているが、P+層106は無くてもよい。   FIG. 6C shows a configuration in which the N-type region 102 and the source region 310 of the amplification MOS transistor 303 are arranged with an element isolation insulating film 103 and a channel stop layer 308 for element isolation. The interface between the P + layer 106 and the insulating film 104 on the surface of the N-type region 102 and the interface between the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 308 are formed on the same level plane. Conventionally, a LOCOS oxide film has been used as an insulating film for element isolation between a photodiode and an adjacent MOS transistor. However, with the configuration of this embodiment, leakage current is reduced, and The aperture ratio can be improved. 6 shows a structure in which a thin P + layer 106 having the same conductivity type as the channel stop layer 105 is formed on the surface of the N-type region 102, the P + layer 106 may be omitted.

また、N型領域102と増幅MOSトランジスタ303との間の電気的な耐圧は、N型領域102と増幅MOSトランジスタ303との距離により決まる。N型領域102及びドレイン領域309、ソース領域310は共に素子分離用絶縁膜103に対して自己整合的に形成することができるため、仮にチャネルストップ層105及び308と素子分離用絶縁膜103間にアライメントのズレが生じても素子間の距離は変化しないため安定した素子分離耐圧が得られ、精度の良い微細な加工が可能となる。   The electrical breakdown voltage between the N-type region 102 and the amplification MOS transistor 303 is determined by the distance between the N-type region 102 and the amplification MOS transistor 303. Since the N-type region 102, the drain region 309, and the source region 310 can all be formed in a self-aligned manner with respect to the element isolation insulating film 103, the channel stop layers 105 and 308 and the element isolation insulating film 103 are temporarily provided. Since the distance between the elements does not change even when the alignment shift occurs, a stable element isolation withstand voltage can be obtained, and fine processing with high accuracy is possible.

一方、図6の(a)では転送MOSトランジスタ302と増幅MOSトランジスタ303とを素子分離するために素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層308とを配置した構造を示している。本実施形態では、チャネルストップ層105とN型領域102との重なり幅よりもチャネルストップ層308とソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタとソース領域との、或いはドレイン領域との、或いはソース領域とドメイン領域との間のチャネル領域との重なり幅は小さくても良い。さらには、重なり幅がなく離れて形成されていても良い。   On the other hand, FIG. 6A shows a structure in which the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 308 are arranged to isolate the transfer MOS transistor 302 and the amplification MOS transistor 303 from each other. In the present embodiment, the MOS transistor having the channel stop layer 308 and the source / drain regions and the source region, or the drain region, or the source region and the domain, rather than the overlapping width of the channel stop layer 105 and the N-type region 102. The overlapping width between the region and the channel region may be small. Furthermore, they may be formed apart without overlapping width.

それは、図6の(a)において、転送MOSトランジスタ302と増幅MOSトランジスタ303とを素子分離する際に、チャネルストップ層308の端部が素子分離用絶縁膜103の端部よりも界面方向に沿って外側に形成されていると、増幅MOSトランジスタ303のゲート部305に電圧が印加された際に反転するチャネル領域が狭くなる。すなわちチャネル幅が狭くなることで増幅MOSトランジスタ303の駆動能力が低減することとなる。   6A, when the transfer MOS transistor 302 and the amplification MOS transistor 303 are separated from each other, the end portion of the channel stop layer 308 is closer to the interface direction than the end portion of the element isolation insulating film 103. If formed on the outside, the channel region that reverses when a voltage is applied to the gate portion 305 of the amplification MOS transistor 303 becomes narrower. In other words, the driving capability of the amplification MOS transistor 303 is reduced by reducing the channel width.

また、チャネルストップ層308の端部が界面方向に沿って素子分離用絶縁膜103よりも内側に形成されていると、チャネルストップ層308と増幅MOSトランジスタ303のソース領域との、或いはドレイン領域との、或いは前記ソース領域と前記ドメイン領域との間のチャネル領域との重なり幅はなく、離れた構成となる。結果、増幅MOSトランジスタ303のチャネル幅は最大となるので駆動能力も最大となる。   Further, when the end portion of the channel stop layer 308 is formed inside the element isolation insulating film 103 along the interface direction, the channel stop layer 308 and the source region or the drain region of the amplification MOS transistor 303 There is no overlap width between the source region and the channel region between the domain region and the channel region. As a result, since the channel width of the amplification MOS transistor 303 is maximized, the driving capability is also maximized.

よって、増幅MOSトランジスタ303の駆動能力を低減しないためにはチャネルストップ層308と増幅MOSトランジスタ303との重なり幅は小さい、もしくは離れた構成が望ましい。   Therefore, in order not to reduce the driving capability of the amplification MOS transistor 303, it is desirable that the overlap width between the channel stop layer 308 and the amplification MOS transistor 303 be small or separated.

また、本実施形態では、N型領域102で光電変換されている間ゲート線304に負電圧を印加することで、ゲート線304の下のP型基盤を比較的濃いP型にすることで空乏層が絶縁膜104と接しないことから、リーク電流は発生しない。   Further, in this embodiment, depletion is achieved by applying a negative voltage to the gate line 304 while photoelectric conversion is performed in the N-type region 102, thereby making the P-type substrate under the gate line 304 a relatively dense P-type. Since the layer is not in contact with the insulating film 104, no leakage current is generated.

また、増幅MOSトランジスタ303でリーク電流を考慮に入れなくて良いのは、増幅MOSトランジスタのゲート部305に電圧がかかる瞬間は一瞬(受光領域で電荷をためる事に比べて)であるため、リーク電流の影響が少ないからである。   In addition, it is not necessary to consider the leakage current in the amplification MOS transistor 303 because the moment when the voltage is applied to the gate portion 305 of the amplification MOS transistor is momentary (compared with accumulation of charge in the light receiving region). This is because the influence of current is small.

(実施形態5)
図7は、本発明の実施形態5による光電変換装置を示す図である。本図はフォトダイオードを備えた画素が複数配列された撮像領域と、前記画素を駆動するための駆動回路と前記画素からの信号を読み出すための読み出し回路とが形成された周辺回路領域と、が共通の半導体基体上に設けられた光電変換装置を概念的に示したものである.図7の(b)は本実施形態の光電変換装置の平面構造を示しており、図7の(a)は図7(b)のC−C’における断面構造の中で配置されている素子分離用絶縁膜を示している。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a diagram illustrating a photoelectric conversion apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. This figure shows an imaging region in which a plurality of pixels each having a photodiode are arranged, and a peripheral circuit region in which a driving circuit for driving the pixel and a reading circuit for reading a signal from the pixel are formed. A photoelectric conversion device provided on a common semiconductor substrate is conceptually shown. FIG. 7B shows a planar structure of the photoelectric conversion device of this embodiment, and FIG. 7A shows an element arranged in the cross-sectional structure taken along CC ′ in FIG. 7B. An insulating film for separation is shown.

本実施形態の光電変換装置のセンサチップ基板501は、フォトダイオードを有する画素が複数配列された撮像領域502と、センサを駆動するための周辺回路の領域503〜506とから構成されている。さらに詳しく述べると、503はセンサを順次駆動する垂直シフトレジスタ、504は水平シフトレジスタ、505は、必要に応じて設けられるタイミングジェネレータ、506は、必要に応じて設けられるA/D変換器である。実際に駆動する際にはその他にアンプ等も必要であるが本概念図では特に図示していない。また、本実施例は光電変換装置のセンサチップの一例を示したもので、センサチップ内の構成はこの限りでない。   The sensor chip substrate 501 of the photoelectric conversion device according to the present embodiment includes an imaging region 502 in which a plurality of pixels having photodiodes are arranged, and peripheral circuit regions 503 to 506 for driving the sensor. More specifically, 503 is a vertical shift register for sequentially driving the sensors, 504 is a horizontal shift register, 505 is a timing generator provided as needed, and 506 is an A / D converter provided as needed. . In actual driving, an amplifier or the like is also necessary, but this is not particularly shown in the conceptual diagram. Further, this embodiment shows an example of a sensor chip of a photoelectric conversion device, and the configuration in the sensor chip is not limited to this.

本実施例では図7の(a)に示したように、撮像領域502ではすべて素子分離用絶縁膜103を用いて素子分離し、それ以外の周辺領域は、LOCOS酸化膜401により素子分離することを特徴としている。   In this embodiment, as shown in FIG. 7A, all of the imaging region 502 is isolated using the element isolation insulating film 103, and the other peripheral regions are isolated by the LOCOS oxide film 401. It is characterized by.

それは、撮像領域502は、フォトダイオードに流れ込むリーク電流および開口率を考慮して、フォトダイオードと隣接する素子間の間の素子分離には、ストレスによる欠陥領域やバーズビークを形成しない素子分離用絶縁膜103を配置するが望ましい。さらには、実施形態3のように単位画素領域内においてLOCOS酸化膜401と素子分離用絶縁膜103とを併用する時の問題から、撮像領域内において素子間を素子分離するにはすべて素子分離用絶縁膜103を形成することが望ましい。一方、LOCOS酸化膜401は、各素子を自己整合的に形成できるので、微細化に関して素子分離用絶縁膜103よりも優れているため、リーク電流の影響も少なく、開口率の問題も無い周辺回路領域503〜506ではLOCOS酸化膜401を素子間の間に形成することが望ましい。   The imaging region 502 is an element isolation insulating film that does not form a defect region or a bird's beak due to stress in element isolation between a photodiode and an adjacent element in consideration of a leakage current flowing into the photodiode and an aperture ratio. 103 is desirable. Furthermore, due to the problem of using the LOCOS oxide film 401 and the element isolation insulating film 103 in the unit pixel area as in the third embodiment, all elements for element isolation in the imaging area are used for element isolation. It is desirable to form the insulating film 103. On the other hand, since the LOCOS oxide film 401 can form each element in a self-aligned manner, the LOCOS oxide film 401 is superior to the element isolation insulating film 103 in terms of miniaturization. In the regions 503 to 506, it is desirable to form the LOCOS oxide film 401 between the elements.

このことにより周辺回路の分離性能、集積性が向上する一方、画素のリーク電流が低減されたS/Nの高い光電変換装置が実現できた。   As a result, it was possible to realize a high S / N photoelectric conversion device in which the separation performance and integration of the peripheral circuits were improved while the leakage current of the pixels was reduced.

また一方で、撮像領域502、周辺回路領域503〜506をすべて素子分離用絶縁膜103で各素子間を分離すれば、LOCOS酸化膜401と両方を併用する時に比べて工程が少なくなるので、コスト面ではメリットがある。   On the other hand, if the imaging region 502 and the peripheral circuit regions 503 to 506 are all separated from each other by the element isolation insulating film 103, the number of processes is reduced as compared with the case where both the LOCOS oxide film 401 and the both are used together. There is merit in terms.

図8は、本発明に用いられる光電変換装置の回路構成図である。図8では、単位画素はフォトダイオード31と、転送MOSトランジスタ32と、増幅MOSトランジスタ33と、増幅MOSトランジスタ33のゲート電極をリセットするリセットMOSトランジスタ34と、フォトダイオードを選択する選択MOSトランジスタ35と、で構成されている。図8では、タイミングジェネレータ505やA/D変換器506は省略されている。図8では、単位画素が3×4個配列された回路を示しているが、本発明はその画素数、及び単位画素の回路構成はこれに限定されず、この発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。   FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the photoelectric conversion device used in the present invention. In FIG. 8, the unit pixel includes a photodiode 31, a transfer MOS transistor 32, an amplification MOS transistor 33, a reset MOS transistor 34 that resets the gate electrode of the amplification MOS transistor 33, and a selection MOS transistor 35 that selects a photodiode. , Is composed of. In FIG. 8, the timing generator 505 and the A / D converter 506 are omitted. Although FIG. 8 shows a circuit in which 3 × 4 unit pixels are arranged, the number of pixels and the circuit configuration of the unit pixels are not limited to this in the present invention, and the scope of the present invention is not changed. Of course, various modifications can be made.

図9は、本発明の撮像装置として、前述した各実施形態の光電変換装置を用いた撮像装置のシステムの構成図である。撮像装置は、レンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア1、被写体の光学像を固体撮像素子4に結像させるレンズ2、レンズ2を通った光量を可変するための絞り3、レンズ2で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子4(上記の各実施形態で説明した光電変換装置に相当する)、固体撮像素子4から出力される画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を行う撮像信号処理回路5、固体撮像素子4より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器6、A/D変換器6より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部7、固体撮像素子4及び撮像信号処理回路5及びA/D変換器6及び信号処理部7に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部8で構成される。なお、5〜8の各回路は固体撮像素子4と同一チップ上に形成しても良い。また、各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部9、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部10、記録媒体に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部11、画像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース(I/F)部13で固体撮像システムは構成される。   FIG. 9 is a configuration diagram of a system of an imaging device using the photoelectric conversion device of each embodiment described above as the imaging device of the present invention. The image pickup apparatus forms an image with a barrier 1 that serves as a lens switch and a main switch, a lens 2 that forms an optical image of a subject on a solid-state image pickup device 4, a diaphragm 3 that changes the amount of light passing through the lens 2, and a lens 2. The solid-state imaging device 4 (corresponding to the photoelectric conversion device described in each of the above embodiments) for capturing the captured subject as an image signal, various corrections, clamps, and the like on the image signal output from the solid-state imaging device 4 The image signal processing circuit 5 for performing image data, the A / D converter 6 for performing analog-digital conversion of the image signal output from the solid-state image sensor 4, and various corrections are performed on the image data output from the A / D converter 6. Timing generating unit for outputting various timing signals to the signal processing unit 7, the solid-state imaging device 4, the imaging signal processing circuit 5, the A / D converter 6 and the signal processing unit 7 In constructed. Each circuit of 5 to 8 may be formed on the same chip as the solid-state imaging device 4. Also, an overall control / arithmetic unit 9 for controlling various computations and the entire still video camera, a memory unit 10 for temporarily storing image data, a recording medium control interface unit 11 for recording or reading on a recording medium, The solid-state imaging system includes a removable recording medium 12 such as a semiconductor memory for recording or reading image data, and an external interface (I / F) unit 13 for communicating with an external computer or the like.

次に、図9の動作について説明する。バリア1がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、A/D変換器6などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部9は絞り3を開放にし、固体撮像素子4から出力された信号は、撮像信号処理回路5をスルーしてA/D変換器6へ出力される。A/D変換器6は、その信号をA/D変換して、信号処理部7に出力する。信号処理部7は、そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部9で行う。   Next, the operation of FIG. 9 will be described. When the barrier 1 is opened, the main power supply is turned on, the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A / D converter 6 is turned on. Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 9 opens the aperture 3, and the signal output from the solid-state imaging device 4 passes through the imaging signal processing circuit 5 to the A / D converter 6. Is output. The A / D converter 6 performs A / D conversion on the signal and outputs it to the signal processing unit 7. The signal processing unit 7 performs an exposure calculation by the overall control / calculation unit 9 based on the data.

この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部9は絞りを制御する。次に、固体撮像素子4から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部9で行う。その後、レンズ2を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズ2を駆動し測距を行う。   The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 9 controls the aperture according to the result. Next, based on the signal output from the solid-state imaging device 4, the high-frequency component is extracted and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 9. Thereafter, the lens 2 is driven to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the lens is not in focus, the lens 2 is driven again to perform distance measurement.

そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像素子4から出力された画像信号は、撮像信号処理回路5において補正等がされ、さらにA/D変換器6でA/D変換され、信号処理部7を通り全体制御・演算9によりメモリ部10に蓄積される。その後、メモリ部10に蓄積されたデータは、全体制御・演算部9の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12に記録される。また外部I/F部13を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。   Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 4 is corrected in the imaging signal processing circuit 5, further A / D converted by the A / D converter 6, and totally controlled through the signal processing unit 7. Accumulated in the memory unit 10 by calculation 9 Thereafter, the data stored in the memory unit 10 is recorded on a removable recording medium 12 such as a semiconductor memory through the recording medium control I / F unit under the control of the overall control / arithmetic unit 9. Further, the image may be processed by directly entering the computer or the like through the external I / F unit 13.

次に、本発明に用いられるメサ型の素子分離領域の形成方法の一例について説明する。図10は、メサ型にパターニングされた素子分離用絶縁膜103と、重なり幅Aを有してチャネルストップ層105とN型領域102とが接する構造の形成方法を説明するための模式的断面図である。   Next, an example of a method for forming a mesa element isolation region used in the present invention will be described. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for forming a structure in which the element isolation insulating film 103 patterned in a mesa shape and the channel stop layer 105 and the N-type region 102 are in contact with each other with an overlap width A It is.

シリコンからなるP型基板101上に熱酸化膜602を形成した後、既存のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターン603を形成し、そこに選択的にチャネルストップ層105を、イオン注入技術により形成する(図10の(a))。   After forming a thermal oxide film 602 on a P-type substrate 101 made of silicon, a resist pattern 603 is formed by an existing photolithography technique, and a channel stop layer 105 is selectively formed thereon by an ion implantation technique (FIG. 10 (a)).

上記レジストパターン603を剥離した後、減圧CVD法によりCVD酸化膜605を堆積させる。これに、またリソグラフィー技術によって新たにレジストパターン606を形成する。このリソグラフィー工程は、先程のチャネルストップ層105を形成するためのリソグラフィー工程とは異なる工程であり、これら2層間の整合精度には有限のアライメントのズレZが存在する(図10の(b))。   After the resist pattern 603 is removed, a CVD oxide film 605 is deposited by a low pressure CVD method. In addition, a resist pattern 606 is newly formed by a lithography technique. This lithography process is different from the lithography process for forming the channel stop layer 105, and there is a finite alignment gap Z in the alignment accuracy between these two layers (FIG. 10B). .

次に、選択的にCVD酸化膜605を反応性イオンエッチング装置を用いて異方性エッチングを行い、CVD酸化膜からなる素子分離用絶縁膜103を形成する。この際、異方性エッチングといえども、残した素子分離用絶縁膜103の側壁に、適度なテーパー角が付くように条件を定めれば、後の膜形成およびエッチング工程での素子分離用絶縁膜103側壁におけるエッチング残渣等を回避できる。また、このエッチングの際に、素子分離用絶縁膜103を残さない領域の熱酸化膜602は完全にエッチングされる。この後、レジストパターン606を剥離する(図10の(c))。   Next, the CVD oxide film 605 is selectively anisotropically etched using a reactive ion etching apparatus to form an element isolation insulating film 103 made of a CVD oxide film. At this time, even if anisotropic etching is performed, if the conditions are set so that an appropriate taper angle is given to the side wall of the remaining element isolation insulating film 103, the element isolation insulation in the subsequent film formation and etching process is performed. Etching residue and the like on the sidewall of the film 103 can be avoided. In this etching, the thermal oxide film 602 in the region where the element isolation insulating film 103 is not left is completely etched. Thereafter, the resist pattern 606 is removed (FIG. 10C).

さらに、素子領域に閾値コントロールのためのイオン注入を行うために、熱酸化により犠牲酸化膜608を形成してから、イオン注入を行う。この工程は同時に素子分離用絶縁膜103のデンシファイ工程を兼ねている。デンシファイ工程とは、CVDフィールド酸化膜である素子分離用絶縁膜103を密な膜にするために熱を加えることである(図10の(d))。   Further, in order to perform ion implantation for threshold control in the element region, the sacrificial oxide film 608 is formed by thermal oxidation, and then ion implantation is performed. This step also serves as a densification step for the element isolation insulating film 103. The densification step is to apply heat to make the element isolation insulating film 103, which is a CVD field oxide film, a dense film ((d) in FIG. 10).

続いて、犠牲酸化膜608を、HF溶液を用いたウェットエッチング法により剥離する。このとき素子分離用絶縁膜103の寸法は幅、高さともに縮小する。この後、熱酸化により素子分離用絶縁膜103より薄い熱酸化膜である絶縁膜104を形成する(図10の(e))。前記素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層105との間のアライメントのズレZがあっても、素子分離用絶縁膜103の端部が、チャネルストップ層105の端部よりも、界面方向に沿って長さAだけ短く形成されるように、レジストパターン606の位置と寸法が定められている。   Subsequently, the sacrificial oxide film 608 is removed by a wet etching method using an HF solution. At this time, both the width and height of the element isolation insulating film 103 are reduced. Thereafter, an insulating film 104 which is a thermal oxide film thinner than the element isolation insulating film 103 is formed by thermal oxidation (FIG. 10E). Even if there is a misalignment Z between the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 105, the end of the element isolation insulating film 103 is closer to the interface direction than the end of the channel stop layer 105. Thus, the position and dimensions of the resist pattern 606 are determined so as to be formed shorter by a length A.

しかる後、絶縁膜104を介して、P型基板101上の素子領域内に選択的にMOSトランジスタのゲート電極となるゲート線304やドレイン領域309、およびN型領域102を形成する(図10の(f))。   Thereafter, a gate line 304 and a drain region 309, which serve as the gate electrode of the MOS transistor, and an N-type region 102 are selectively formed in the element region on the P-type substrate 101 via the insulating film 104 (FIG. 10). (F)).

上記半導体装置の製造方法によれば、素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層105との間にアライメントのズレZが存在しても、素子分離用絶縁膜103の下に常にチャネルストップ層105が形成されるとともに、N型領域102とチャネルストップ層105とは必ず重なり幅Aを有して接する構造となる。   According to the semiconductor device manufacturing method, the channel stop layer 105 is always formed under the element isolation insulating film 103 even when there is an alignment shift Z between the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 105. At the same time, the N-type region 102 and the channel stop layer 105 are in contact with each other with an overlap width A.

また、上記半導体装置の製造方法によれば、素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層105との界面と、N型領域102と絶縁膜104との界面が、同一レベルの平面上に形成されることとなる。   Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device, the interface between the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 105 and the interface between the N-type region 102 and the insulating film 104 are formed on the same level plane. It will be.

また、ここでいう同一レベルの平面とは、素子分離用絶縁膜103の下界面がLOCOS酸化膜のように極端に下方向に突出しない構造であり、実際にはN型領域102と絶縁膜104との界面は、製造工程におけるエッチング作用により若干、素子分離用絶縁膜103の下界面よりも深く形成されることもあるが、これも同一レベルの平面という範疇に含む。具体的な数値としては、素子分離用絶縁膜103の下界面と絶縁膜104の下界面との深さの差が16.7nm程度であれば同一レベルの平面とする。本数値は現状どの程度N型領域102と絶縁膜104との界面が下がるかを考慮した値である。
The plane at the same level here is a structure in which the lower interface of the element isolation insulating film 103 does not protrude extremely downward like the LOCOS oxide film. In practice, the N-type region 102 and the insulating film 104 The interface may be slightly deeper than the lower interface of the element isolation insulating film 103 due to the etching action in the manufacturing process, but this is also included in the category of a plane of the same level. As a specific numerical value, if the difference in depth between the lower interface of the element isolation insulating film 103 and the lower interface of the insulating film 104 is about 16.7 nm, the planes are at the same level. This value is a value that considers how much the interface between the N-type region 102 and the insulating film 104 is lowered at present.

1 バリア
2 レンズ
3 絞り
4 固体撮像素子
5 撮像信号処理回路
6 A/D変換器
7 信号処理部
8 タイミング発生部
9 全体制御・演算部
10 メモリ部
11 記録媒体制御インターフェース(I/F)部
12 記録媒体
13 外部インターフェース(I/F)部
20 欠陥領域
31 フォトダイオード
32 転送MOSトランジスタ
33 増幅MOSトランジスタ
34 リセットMOSトランジスタ
35 選択MOSトランジスタ
101 P型基板
102 N型領域
103 素子分離用絶縁膜
104 絶縁膜
105 チャネルストップ層
106 薄いP+層
200 P型シリコン基板
201 LOCOS酸化膜
202 チャネルストップ層
203 N型領域
204 P++層
205 N型高抵抗基板
206 表面の低抵抗層
207 N+型チャンネルストッパー
208 受光部のP+層
209 表面付近の空乏層の拡がり
210 受光部分の拡がり
211 熱酸化膜
212 受光部の無反射コーティング膜
302 転送MOSトランジスタ
303 増幅MOSトランジスタ
304 ゲート線
305 増幅MOSトランジスタのゲート部
306 増幅MOSトランジスタのドレイン領域
307 信号線
308 チャネルストップ層
309 転送MOSトランジスタのドレイン領域
310 増幅MOSトランジスタのソース領域
401 LOCOS酸化膜
402 LOCOS酸化膜下のチャネルストップ層
501 センサチップ基板
502 画素部分を構成する領域
503 垂直シフトレジスタ
504 水平シフトレジスタ
505 タイミングジェネレータ
506 A/D変換装置
602 熱酸化膜
603 レジストパターン
605 CVD酸化膜
606 レジストパターン
608 犠牲酸化膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Barrier 2 Lens 3 Diaphragm 4 Solid-state image sensor 5 Imaging signal processing circuit 6 A / D converter 7 Signal processing part 8 Timing generation part 9 Overall control and calculation part 10 Memory part 11 Recording medium control interface (I / F) part 12 Recording medium 13 External interface (I / F) section 20 Defective area 31 Photodiode 32 Transfer MOS transistor 33 Amplifying MOS transistor 34 Reset MOS transistor 35 Select MOS transistor 101 P-type substrate 102 N-type area 103 Element isolation insulating film 104 Insulating film 105 channel stop layer 106 thin P + layer 200 P-type silicon substrate 201 LOCOS oxide film 202 channel stop layer 203 N-type region 204 P ++ layer 205 N-type high-resistance substrate 206 low-resistance layer on the surface 207 N + -type channel Numeral 208 P + layer 209 of light-receiving section Spread of depletion layer near surface 210 Spread of light-receiving section 211 Thermal oxide film 212 Non-reflective coating film of light-receiving section 302 Transfer MOS transistor 303 Amplifying MOS transistor 304 Gate line 305 Gate section of amplifying MOS transistor 306 Drain region of amplification MOS transistor 307 Signal line 308 Channel stop layer 309 Drain region of transfer MOS transistor 310 Source region of amplification MOS transistor 401 LOCOS oxide film 402 Channel stop layer under LOCOS oxide film 501 Sensor chip substrate 502 Configure pixel portion 503 Vertical shift register 504 Horizontal shift register 505 Timing generator 506 A / D converter 602 Thermal oxide film 603 Resist Pattern 605 CVD oxide film 606 Resist pattern 608 Sacrificial oxide film

一方、14の(a)は特開昭55−154784に記載されているPINフォトダイオードの断面構造を示している。図14の(b)は図14の(a)における空乏層の拡がりを拡大して示している。具体的には、N型高抵抗基板205に、イオン注入によりリンを全面に打込み低抵抗層206を形成し、次に、受光部のP+層208をボロン拡散により、低抵抗層206と同等かわずかに深く形成する。そして、次にN+型チャンネルストッパー207の形成と、受光効率をあげるための窒化膜による無反射コーティング膜212を形成する。211は酸化膜である。また、図14の(a)の素子に逆バイアスを印加した時の空乏層の拡がりが図14の(b)における209と210である。 On the other hand, FIG. 14A shows a cross-sectional structure of a PIN photodiode described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-154784. FIG. 14B shows an enlargement of the depletion layer in FIG. 14A. Specifically, phosphorus is implanted into the entire surface of the N-type high-resistance substrate 205 by ion implantation to form the low-resistance layer 206, and then the P + layer 208 of the light receiving portion is equivalent to the low-resistance layer 206 by boron diffusion. Form slightly deeper. Then, an N + type channel stopper 207 and an antireflection coating film 212 made of a nitride film for increasing the light receiving efficiency are formed. 211 is an oxide film. In addition, when the reverse bias is applied to the element of FIG. 14A, the spread of the depletion layer is indicated by 209 and 210 in FIG. 14B.

上記課題を解決するための第1の観点は、フォトダイオードと、前記フォトダイオードの信号電荷が転送されるドレイン領域を有する転送MOSトランジスタと、前記ドレイン領域に電気的に接続されたゲート電極を有する増幅MOSトランジスタと、を備える光電変換装置において、前記増幅MOSトランジスタのチャネル幅方向において前記増幅MOSトランジスタのチャネル領域を挟む、チャネルストップ層が設けられており、前記ゲート電極は、前記チャネル領域の上に設けられた第1部分と、前記第1部分から前記チャネル幅方向に延在して前記チャネルストップ層の上に位置する第2部分と、を有し、前記第1部分と前記チャネル領域との間には第1絶縁膜が設けられ、前記第2部分と前記チャネルストップ層との間には、CVD法を用いて堆積された、前記第1絶縁膜よりも厚い第2絶縁膜が設けられており、前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜の前記チャネル領域側の面を含む平面に対して、前記チャネルストップ層側よりも前記第2部分側に突出していることを特徴とする。
上記課題を解決するための第2の観点は、フォトダイオードと、前記フォトダイオードの信号電荷が転送されるドレイン領域を有する転送MOSトランジスタと、前記ドレイン領域に電気的に接続されたゲート電極を有する増幅MOSトランジスタと、を備える光電変換装置において、前記増幅MOSトランジスタのチャネル幅方向において前記増幅MOSトランジスタのチャネル領域を挟む、チャネルストップ層が設けられており、前記ゲート電極は、前記チャネル領域の上に設けられた第1部分と、前記第1部分から前記チャネル領域のチャネル幅方向に延在して前記チャネルストップ層の上に位置する第2部分と、を有し、前記第1部分と前記チャネル領域との間には第1絶縁膜が設けられ、前記第2部分と前記チャネルストップ層との間には、CVD法を用いて堆積された、前記第1絶縁膜よりも厚い第2絶縁膜が設けられており、前記増幅MOSトランジスタのソース領域が、前記第2絶縁膜の前記チャネルストップ層側の面よりも深いレベルまで配されていることを特徴とする。
A first aspect for solving the above problem includes a photodiode, a transfer MOS transistor having a drain region to which a signal charge of the photodiode is transferred, and a gate electrode electrically connected to the drain region. In the photoelectric conversion device including the amplification MOS transistor, a channel stop layer is provided to sandwich the channel region of the amplification MOS transistor in the channel width direction of the amplification MOS transistor, and the gate electrode is provided on the channel region. A first portion provided on the channel stop layer and extending from the first portion in the channel width direction and positioned on the channel stop layer, and the first portion and the channel region A first insulating film is provided between the second portion and the channel stop layer. A second insulating film thicker than the first insulating film, which is deposited using a method, is provided, and the second insulating film is in a plane including a surface of the first insulating film on the channel region side. Further, it is characterized in that it protrudes to the second portion side from the channel stop layer side.
A second aspect for solving the above-described problem includes a photodiode, a transfer MOS transistor having a drain region to which a signal charge of the photodiode is transferred, and a gate electrode electrically connected to the drain region. In the photoelectric conversion device including the amplification MOS transistor, a channel stop layer is provided to sandwich the channel region of the amplification MOS transistor in the channel width direction of the amplification MOS transistor, and the gate electrode is provided on the channel region. A first portion provided on the channel stop layer and extending from the first portion in the channel width direction of the channel region, and the first portion and the second portion A first insulating film is provided between the channel region, the second portion, the channel stop layer, A second insulating film thicker than the first insulating film, which is deposited using a CVD method, is provided between the source region of the amplification MOS transistor and the channel stop layer of the second insulating film. It is arranged to a level deeper than the side surface.

上記課題を解決するための第3の観点は、フォトダイオードと、前記フォトダイオードの信号電荷が転送されるドレイン領域を有する転送MOSトランジスタと、前記ドレイン領域に電気的に接続されたゲート電極を有する増幅MOSトランジスタと、を備える光電変換装置であって、前記増幅MOSトランジスタのチャネル幅方向において前記増幅MOSトランジスタのチャネル領域を挟む、チャネルストップ層が設けられており、前記ゲート電極は、前記チャネル領域の上に設けられた第1部分と、前記第1部分から前記チャネル領域のチャネル幅方向に延在して前記チャネルストップ層の上に位置する第2部分と、を有し、前記第1部分と前記チャネル領域との間には第1絶縁膜が設けられ、前記第2部分と前記チャネルストップ層との間には、前記第1絶縁膜よりも厚い第2絶縁膜が設けられており、前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜の前記チャネル領域側の面を含む平面に対して、前記チャネルストップ層側よりも前記第2部分側に突出しており、前記第2絶縁膜と前記チャネルストップ層との間には、前記チャネルストップ層に接する、前記第2絶縁膜よりも薄い第3絶縁膜が設けられていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a photodiode, a transfer MOS transistor having a drain region to which signal charges of the photodiode are transferred, and a gate electrode electrically connected to the drain region. An amplifying MOS transistor, wherein a channel stop layer is provided to sandwich the channel region of the amplifying MOS transistor in the channel width direction of the amplifying MOS transistor, and the gate electrode is connected to the channel region A first portion provided on the channel stop, and a second portion extending from the first portion in the channel width direction of the channel region and positioned on the channel stop layer, and the first portion A first insulating film is provided between the second portion and the channel stop layer. A second insulating film thicker than the first insulating film is provided between the first insulating film and the second insulating film with respect to a plane including the surface of the first insulating film on the channel region side. A third insulating film that protrudes from the stop layer side to the second portion side and is between the second insulating film and the channel stop layer and is in contact with the channel stop layer and is thinner than the second insulating film. Is provided.

上記課題を解決するための本発明の第4は、MOSトランジスタが設けられた素子領域と、前記素子領域に隣接して配された素子分離領域と、を備える半導体装置の製造方法であって、熱酸化法を用いて素子分離領域に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜を介したイオン注入により前記第1絶縁膜の下に第1半導体領域を形成する工程と、前記第1半導体領域を形成した後、前記第1絶縁膜の上にCVD法を用いてCVD酸化膜を堆積する工程と、前記CVD酸化膜を加工して素子分離用絶縁膜を形成する工程と、熱酸化法を用いて素子領域に第2絶縁膜を形成する工程と、MOSトランジスタのゲート電極を、前記第2絶縁膜の上から前記素子分離用絶縁膜の上に延在するように形成する工程と、前記第2絶縁膜を介したイオン注入により前記第2絶縁膜の下に前記第1半導体領域とは反対導電型の第2半導体領域を形成する工程と、を有し、前記素子分離用絶縁膜を、前記第2絶縁膜より厚く、かつ、前記第2絶縁膜の下面を含む平面に対して、前記第1半導体領域側よりも前記第1半導体領域とは反対側に突出するように形成することを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention for solving the above problem is a method of manufacturing a semiconductor device comprising: an element region in which a MOS transistor is provided; and an element isolation region arranged adjacent to the element region. Forming a first insulating film in the element isolation region using a thermal oxidation method; forming a first semiconductor region under the first insulating film by ion implantation through the first insulating film; After forming the first semiconductor region, depositing a CVD oxide film on the first insulating film using a CVD method, processing the CVD oxide film to form an element isolation insulating film, Forming a second insulating film in the element region using a thermal oxidation method, and forming a gate electrode of the MOS transistor so as to extend from the second insulating film to the element isolating insulating film; Process and ions through the second insulating film Forming a second semiconductor region having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region under the second insulating film, the element isolation insulating film being thicker than the second insulating film. And it is formed so that it may protrude in the opposite side to the 1st semiconductor field rather than the 1st semiconductor field side to the plane containing the undersurface of the 2nd insulating film.

一方、図6の(a)では転送MOSトランジスタ302と増幅MOSトランジスタ303とを素子分離するために素子分離用絶縁膜103とチャネルストップ層308とを配置した構造を示している。本実施形態では、ソース・ドレイン領域を有するMOSトランジスタソース領域とチャネルストップ層308と重なり幅、或いはドレイン領域とチャネルストップ層308と重なり幅、或いはソース領域とドイン領域との間のチャネル領域とチャネルストップ層308との重なり幅は、チャネルストップ層105とN型領域102との重なり幅よりも小さくても良い。さらには、重なり幅がなく離れて形成されていても良い。 On the other hand, FIG. 6A shows a structure in which the element isolation insulating film 103 and the channel stop layer 308 are arranged to isolate the transfer MOS transistor 302 and the amplification MOS transistor 303 from each other. In the present embodiment, between the overlapping width, or the overlap width between the drain region and the channel stop layer 308, or the source region and the Drain-in area of the source region and the channel stop layer 308 of the MOS transistor having a source-drain region The overlap width between the channel region and the channel stop layer 308 may be smaller than the overlap width between the channel stop layer 105 and the N-type region 102 . Furthermore, they may be formed apart without overlapping width.

Claims (1)

第1導電型の半導体からなる領域を有する隣接する一対のフォトダイオードの間に設けられた第2導電型の半導体からなるチャネルストップ層と、前記チャネルストップ層の上に設けられた素子分離用絶縁膜と、前記フォトダイオードの表面に設けられ前記素子分離用絶縁膜より薄い絶縁膜と、を有する光電変換装置において、
前記フォトダイオードと前記絶縁膜との界面と、前記チャネルストップ層と前記素子分離用絶縁膜との界面が、同一レベルの平面上にあり、
前記第1導電型の半導体領域と前記チャネルストップ層とが互いに接していることを特徴とする光電変換装置。
A channel stop layer made of a second conductivity type semiconductor provided between a pair of adjacent photodiodes having a region made of a first conductivity type semiconductor, and an element isolation insulation provided on the channel stop layer In a photoelectric conversion device having a film and an insulating film provided on the surface of the photodiode and thinner than the insulating film for element isolation,
The interface between the photodiode and the insulating film and the interface between the channel stop layer and the element isolation insulating film are on the same level plane,
The photoelectric conversion device, wherein the first conductivity type semiconductor region and the channel stop layer are in contact with each other.
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