JP2016143732A - Charge-coupled device, manufacturing method of charge-coupled device, and solid-state imaging apparatus - Google Patents

Charge-coupled device, manufacturing method of charge-coupled device, and solid-state imaging apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge-coupled device capable of reducing dark-time output and improving transfer efficiency.SOLUTION: A charge-coupled device comprises: an n-channel region 101n that is formed on a p-type single crystal silicon substrate 101; a plurality of first layer transfer electrodes 104; a second layer transfer electrode 105; and a virtual electrode 106 formed from a p-type surface impurity region 200. An inner edge Eof a pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B formed by separating the second layer transfer electrode 105 in an opening O that extends in a direction vertical to a charge transfer direction in which signal charge generated by photoelectric conversion is transferred, is positioned on a perpendicular T that is vertical to a surface of the p-type single crystal silicon substrate 101, passing an outer edge Eof the surface impurity region 200 formed between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B, and film thickness of an oxide film 107S that is formed on a surface of the surface impurity region 200 is 50 nm or more and 250 nm or less.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、仮想電極を備えた、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a charge-coupled device (CCD), a method for manufacturing a charge-coupled device, and a solid-state imaging device including a virtual electrode.

従来、CCDチャネルと転送電極から成るCCDとして、種々の構造が提案されている。一例として、特許文献1には、CCDチャネルへの光入射量を増大させるため、第1層転送電極あるいは第2層転送電極の間に開口部を設け、第1層転送電極あるいは第2層転送電極をマスクとして、開口部内に不純物を注入して表面不純物領域を形成したものが開示されている。特許文献1によれば、仮想バリア領域および仮想ウェル領域が仮想電極として作用し、CCDチャネルにおける電荷の転送を容易にし、転送ロスを低減して、光感度を向上するとされている。   Conventionally, various structures have been proposed as a CCD comprising a CCD channel and a transfer electrode. As an example, in Patent Document 1, an opening is provided between the first layer transfer electrode or the second layer transfer electrode in order to increase the amount of light incident on the CCD channel, and the first layer transfer electrode or the second layer transfer is provided. A device in which a surface impurity region is formed by implanting impurities into an opening using an electrode as a mask is disclosed. According to Patent Document 1, the virtual barrier region and the virtual well region act as virtual electrodes, facilitate charge transfer in the CCD channel, reduce transfer loss, and improve photosensitivity.

特開2005−39149号公報JP 2005-39149 A

しかしながら、上記特許文献1のCCDにおいて、転送電極への開口部形成のためのエッチング工程では、基板表面がダメージを受けるため、表面に結晶欠陥が生じ易く、欠陥準位から生成再結合電流が生じ、暗時出力が増大するという課題がある。   However, in the CCD of Patent Document 1, in the etching process for forming the opening to the transfer electrode, the substrate surface is damaged, so that a crystal defect is likely to occur on the surface, and a generated recombination current is generated from the defect level. There is a problem that the output in the dark increases.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、暗時出力を低減するとともに転送効率を向上できる電荷結合素子を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a charge coupled device capable of reducing dark output and improving transfer efficiency.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第1の電荷結合素子は、チャネル領域を備えた半導体基板と、半導体基板表面に第1の絶縁膜を介して、形成された複数の第1層転送電極と、第1層転送電極間から第1層転送電極上に第2の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第2層転送電極とからなり、光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、第1層転送電極および第2層転送電極の配列方向に沿って形成され第2層転送電極を、一対の第2層転送電極に分離する開口部と、開口部から露呈する、チャネル領域および該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなる仮想電極とを備える。そして開口部を臨む一対の第2層転送電極の内縁が、一対の第2層転送電極間に形成された表面不純物領域の外縁をとおる、半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、表面不純物領域の表面に50nm以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a first charge coupled device of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a channel region and a first insulating film on the surface of the semiconductor substrate. A plurality of first-layer transfer electrodes and a second-layer transfer electrode formed between the first-layer transfer electrodes and partially overlapping with each other on the first-layer transfer electrode via the second insulating film, and photoelectric conversion A transfer unit that transfers the charge generated in the unit, and an opening that is formed along the arrangement direction of the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode and separates the second layer transfer electrode into a pair of second layer transfer electrodes And a virtual electrode composed of a channel region exposed from the opening and a surface impurity region formed on the surface of the channel region. The inner edge of the pair of second layer transfer electrodes facing the opening is located on a vertical line perpendicular to the surface of the semiconductor substrate passing through the outer edge of the surface impurity region formed between the pair of second layer transfer electrodes. An oxide film having a thickness of 50 nm or more is provided on the surface of the region.

また、本発明の第2の電荷結合素子は、チャネル領域を備えた半導体基板と、半導体基板表面に第1の絶縁膜を介して、形成された複数の第1層転送電極と、第1層転送電極間から第1層転送電極上に第2の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第2層転送電極とからなり、光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、第1層転送電極および第2層転送電極の配列方向に沿って形成され第1層転送電極および第2層転送電極を、それぞれ一対の第1層転送電極および一対の第2層転送電極に分離する開口部と、開口部から露呈する、チャネル領域及び該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなるフォトダイオード部とを備える。そして開口部を臨む一対の第1層転送電極および一対の第2層転送電極の内縁が、一対の第1層転送電極間および一対の第2層転送電極間に形成された表面不純物領域の外縁をとおる、半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、表面不純物領域の表面に50nm以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする。   The second charge-coupled device of the present invention includes a semiconductor substrate having a channel region, a plurality of first layer transfer electrodes formed on the surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a first layer A transfer unit configured to transfer charges generated by the photoelectric conversion unit, the second layer transfer electrode being partially overlapped between the transfer electrodes on the first layer transfer electrode via the second insulating film. The first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode formed along the arrangement direction of the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode are respectively connected to the pair of first layer transfer electrodes and the pair of second layer transfer electrodes. An opening portion to be separated, and a photodiode portion including a channel region exposed from the opening portion and a surface impurity region formed on the surface of the channel region are provided. The inner edge of the pair of first layer transfer electrodes and the pair of second layer transfer electrodes facing the opening is the outer edge of the surface impurity region formed between the pair of first layer transfer electrodes and between the pair of second layer transfer electrodes. And an oxide film having a thickness of 50 nm or more on the surface of the surface impurity region, which is located on a vertical line perpendicular to the surface of the semiconductor substrate.

本発明によれば、暗時出力を低減するとともに転送効率を向上できるCCDを得ることができる。   According to the present invention, a CCD capable of reducing dark output and improving transfer efficiency can be obtained.

実施の形態1における固体撮像装置を示す斜視図1 is a perspective view showing a solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の固体撮像装置の画素の構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of a pixel of the solid-state imaging device according to the first embodiment, in which FIG. 3A is a top view, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. Cross section 実施の形態1の固体撮像素子の表面不純物領域と、転送電極との重なりを示す要部拡大断面図The principal part expanded sectional view which shows the overlap of the surface impurity region of the solid-state image sensor of Embodiment 1, and a transfer electrode (a)から(f)は、実施の形態1における固体撮像装置の画素部分の製造方法を説明する工程断面図FIGS. 5A to 5F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a pixel portion of the solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIGS. (a)から(c)は、実施の形態1を説明するための表面不純物領域と転送電極の重なりを示す比較図(A) to (c) are comparative views showing the overlap between the surface impurity region and the transfer electrode for explaining the first embodiment. (a)および(b)は、実施の形態1を説明するための表面不純物領域の表面の酸化状態を示す比較図(A) And (b) is a comparison figure which shows the oxidation state of the surface of the surface impurity region for demonstrating Embodiment 1. FIG. (a)および(b)は、実施の形態1を説明するためのTAT電流の発生メカニズムを示す図(A) And (b) is a figure which shows the generation | occurrence | production mechanism of the TAT current for demonstrating Embodiment 1. FIG. 実施の形態2の固体撮像装置の画素の構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図It is a figure which shows the structure of the pixel of the solid-state imaging device of Embodiment 2, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is BB of (a). Cross section 実施の形態2の固体撮像素子の表面不純物領域と、転送電極との重なりを示す要部拡大断面図The principal part expanded sectional view which shows the overlap of the surface impurity region of the solid-state image sensor of Embodiment 2, and a transfer electrode (a)から(f)は、実施の形態2における固体撮像装置の画素部分の製造方法を説明する工程断面図FIGS. 5A to 5F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a pixel portion of a solid-state imaging device according to Embodiment 2. FIGS.

実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態にかかる電荷結合素子、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、図面を見易くするために、上面図であってもハッチングを付す場合があり、断面図であってもハッチングを付さない場合がある。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a charge coupled device, a method for manufacturing a charge coupled device, and a solid-state imaging device according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each layer or each member may be different from the actual for easy understanding, and the same applies to the drawings. In order to make the drawing easy to see, even a top view may be hatched, and even a cross-sectional view may not be hatched.

図1から図7を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかる固体撮像装置100について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100を模式的に示す斜視図である。本実施の形態1の固体撮像装置100は、表面にnチャネル領域101nの形成されたp型単結晶シリコン基板101上に、電荷転送部としての画素アレイ110と、画素アレイ110によって生じた信号電荷を外部に読み出す信号処理回路130とを備える。画素アレイ110には、複数個の画素111が複数列に配列されており、信号処理回路130によって、画素アレイ110の画素111を順次選択して、外部に読み出すものである。   A solid-state imaging device 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. The solid-state imaging device 100 according to the first embodiment includes a pixel array 110 as a charge transfer unit and a signal charge generated by the pixel array 110 on a p-type single crystal silicon substrate 101 having an n-channel region 101n formed on the surface. And a signal processing circuit 130 for reading out to the outside. A plurality of pixels 111 are arranged in a plurality of columns in the pixel array 110, and the pixels 111 of the pixel array 110 are sequentially selected by the signal processing circuit 130 and read out to the outside.

画素アレイ110は、内部光電効果によって画素111で発生した信号電荷を画素アレイ110の垂直方向Dvに転送する垂直CCD112と、該垂直CCD112で転送した信号電荷をさらに画素アレイ110の水平方向DHに転送する水平CCD113と、転送されてきた信号電荷を電圧に変換する出力アンプ114とを備えている。CCDを用いる場合、出力アンプ114がフローティングディヒュージョンアンプ(FDA:Floating Diffusion Amplifier)であることが多い。 The pixel array 110 includes a vertical CCD 112 that transfers signal charges generated in the pixels 111 by the internal photoelectric effect in the vertical direction D v of the pixel array 110, and further transfers the signal charges transferred by the vertical CCD 112 in the horizontal direction D H of the pixel array 110. And a horizontal CCD 113 for transferring the signal charge to the output, and an output amplifier 114 for converting the transferred signal charge into a voltage. When a CCD is used, the output amplifier 114 is often a floating diffusion amplifier (FDA).

上述の画素111について、図2(a)から(c)を参照して説明する。図2(a)は、実施の形態1の固体撮像装置の上面図、図2(b)は図2(a)のA−A断面図、図2(c)は図2(a)のB−B断面図である。本実施の形態では、半導体基板としてp型単結晶シリコン基板101を用いている。画素111は、p型単結晶シリコン基板101内に形成され入射した光を信号電荷に変換する光電変換部RLと、第1層転送電極104および第2層転送電極105からなる電荷転送電極を備えた転送部RTとを具備する。光電変換部RLは、p型単結晶シリコン基板101に形成されたn型不純物領域からなるnチャネル領域101nを含む。画素111は、水平方向DHに沿って隣接する画素111間の混信を防止する画素分離領域103Rと、CCDチャネルの飽和電荷量を定めるオーバーフローゲート(OFG:Over Flow Gate)103Gと、CCDチャネルの飽和電荷量を超えた余剰電荷を排出するオーバーフロードレイン(OFD:Over Flow Drain)103Dとを有する。各画素111間で垂直方向Dvに沿って互いに平行に形成された、画素分離領域103RとOFG103GとOFD103Dとは、素子間部RDivを構成している。画素分離領域103Rはp型不純物領域で構成される。OFG103Gはp型不純物領域で構成される。OFD103Dは、n型不純物領域で構成される。本実施の形態では、素子間部RDivで囲まれた領域全体が光電変換部RLとなっている。 The above-described pixel 111 will be described with reference to FIGS. 2A is a top view of the solid-state imaging device according to the first embodiment, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A, and FIG. 2C is B in FIG. It is -B sectional drawing. In this embodiment mode, a p-type single crystal silicon substrate 101 is used as a semiconductor substrate. The pixel 111 includes a photoelectric conversion unit RL that is formed in the p-type single crystal silicon substrate 101 and converts incident light into a signal charge, and a charge transfer electrode including the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105. And a transfer unit RT provided. The photoelectric conversion unit R L includes an n-channel region 101 n made of an n-type impurity region formed in the p-type single crystal silicon substrate 101. The pixel 111 includes a pixel separation region 103R that prevents interference between adjacent pixels 111 along the horizontal direction DH , an overflow gate (OFG) 103G that determines a saturation charge amount of the CCD channel, and a CCD channel An overflow drain (OFD) 103D that discharges surplus charges exceeding the saturation charge amount. Formed in parallel to each other along the vertical direction D v between the pixels 111, the pixel isolation regions 103R and OFG103G and OFD103D, constitute inter-element portion R Div. The pixel isolation region 103R is composed of a p-type impurity region. OFG 103G is formed of a p-type impurity region. The OFD 103D is composed of an n-type impurity region. In the present embodiment, the entire region surrounded by the inter-element portion R Div is the photoelectric conversion portion R L.

本実施の形態では、画素111を垂直方向Dvに一列に配置して垂直CCD112を構成している。ここで、垂直CCD112は、例えば図2(c)に示すように、第1層転送電極104、第2層転送電極105A、仮想電極106、第2層転送電極105Bを周期として、これらの電極を繰り返し配置して構成される。p型単結晶シリコン基板101上の第1の絶縁膜107A上に形成された複数の第1層転送電極104と、第2の絶縁膜107Bを介して第1層転送電極104上に一部重なるように、各第1層転送電極104間に形成された第2層転送電極105と、第2層転送電極105に形成された開口部O内に位置するnチャネル領域101n内に形成されたp型不純物領域からなる表面不純物領域200とを備えている。 In this embodiment, it constitutes a vertical CCD112 arranged in a row pixels 111 in the vertical direction D v. Here, as shown in FIG. 2C, for example, the vertical CCD 112 uses the first layer transfer electrode 104, the second layer transfer electrode 105A, the virtual electrode 106, and the second layer transfer electrode 105B as a period, and uses these electrodes as a cycle. Repeatedly arranged. A plurality of first layer transfer electrodes 104 formed on the first insulating film 107A on the p-type single crystal silicon substrate 101 and a part of the first layer transfer electrode 104 overlap with each other through the second insulating film 107B. As described above, the second layer transfer electrode 105 formed between the first layer transfer electrodes 104 and the p channel formed in the n channel region 101 n located in the opening O formed in the second layer transfer electrode 105. And a surface impurity region 200 made of a type impurity region.

仮想電極106は、一対の第2電荷転送電極105A,105Bの間に設けられた開口部Oに形成されている。そのため、仮想電極106では、第2層転送電極105によって光吸収されずに、光電変換部RLへ光が入射し、感度が向上する。なお、第1層転送電極104および第2層転送電極105の延在方向は、垂直方向Dvに直角な方向、つまり水平方向DHに相当する。 The virtual electrode 106 is formed in an opening O provided between the pair of second charge transfer electrodes 105A and 105B. Therefore, in the virtual electrode 106, light is not absorbed by the second layer transfer electrode 105, but light is incident on the photoelectric conversion unit RL , and sensitivity is improved. Incidentally, the extending direction of the first layer transfer electrodes 104 and the second layer transfer electrodes 105, the direction perpendicular to the vertical direction D v, i.e. corresponding to a horizontal direction D H.

画素111の光検出原理について述べる。固体撮像装置100の撮像対象となる被写体が発した光が、画素アレイ110内の画素111に入射すると、p型単結晶シリコン基板101では、内部光電効果によって、光の入射量に応じた数の電子正孔対が発生し、これが信号電荷となって転送される。ここで、p型単結晶シリコン基板101のうち、光が入射して電子正孔対が発生している領域を光電変換部RLとする。画素111ごとに、信号電荷を垂直CCD112および水平CCD113を通して転送し、転送されてきた電荷を出力アンプ114で電圧に変換して、被写体の撮像画を得る。ここで転送される信号電荷は、多くの場合は、電子である。 The light detection principle of the pixel 111 will be described. When light emitted from a subject to be imaged by the solid-state imaging device 100 enters the pixel 111 in the pixel array 110, the p-type single crystal silicon substrate 101 has a number corresponding to the amount of incident light due to the internal photoelectric effect. Electron hole pairs are generated and transferred as signal charges. Here, a region of the p-type single crystal silicon substrate 101 where light is incident and electron-hole pairs are generated is defined as a photoelectric conversion unit R L. For each pixel 111, the signal charge is transferred through the vertical CCD 112 and the horizontal CCD 113, and the transferred charge is converted into a voltage by the output amplifier 114 to obtain a captured image of the subject. The signal charges transferred here are often electrons.

なお、CCDチャネル電位とOFG103Gの電位によって定まる飽和電荷量を超えて溢れた電荷は、OFG103Gを経由してOFD103Dに入り、OFD103D中を通って外部に排出される。   Charges that exceed the saturation charge amount determined by the CCD channel potential and the potential of the OFG 103G enter the OFD 103D via the OFG 103G, and are discharged to the outside through the OFD 103D.

画素111について詳細に説明する。図3に示すように、第2層転送電極105を分離することで形成された一対の第2層転送電極105A,105Bの、開口部Oを囲む内縁Eiが、一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁Eoをとおる、p型単結晶シリコン基板101に垂直な垂線Tに対して0.15μm程度外側から0.15μm程度内側までの間に位置させた。そして表面不純物領域200の表面で、酸化膜107Sの膜厚は50nm以上250nm以下とした。このとき一対の第2層転送電極105A,105Bのリン濃度は1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下とした。 The pixel 111 will be described in detail. As shown in FIG. 3, the inner edge E i surrounding the opening O of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B formed by separating the second layer transfer electrode 105 is a pair of second layer transfer electrodes. Positioned between about 0.15 μm outer side and about 0.15 μm inner side with respect to the perpendicular T perpendicular to the p-type single crystal silicon substrate 101 through the outer edge E o of the surface impurity region 200 formed between 105A and 105B. I let you. On the surface of the surface impurity region 200, the thickness of the oxide film 107S is set to 50 nm or more and 250 nm or less. At this time, the phosphorus concentration of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B was set to 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less.

製造方法については後述するが、第1層転送電極104、第2層転送電極105はいずれも、リンを不純物として含有する多結晶シリコンで構成され、成膜後、順次酸化することで第2の絶縁膜107B、第3の絶縁膜107Cが順次形成される。また、表面不純物領域200の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減することで、暗時出力を低減できる。また、多結晶シリコンの不純物濃度によって酸化速度が異なるため、表面不純物領域200と第2層転送電極105の位置関係を最適化してTAT電流を低減することで、暗時出力を低減できる。さらに、表面不純物領域200と第2層転送電極105の位置関係を最適化して表面不純物領域200の周縁部のポテンシャル凹凸を低減することで、転送効率を向上できるという効果を奏する。   Although the manufacturing method will be described later, each of the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 is made of polycrystalline silicon containing phosphorus as an impurity, and the second layer is formed by sequentially oxidizing after film formation. An insulating film 107B and a third insulating film 107C are sequentially formed. Further, the dark output can be reduced by sufficiently oxidizing the surface of the surface impurity region 200 to reduce the generated recombination current. In addition, since the oxidation rate varies depending on the impurity concentration of polycrystalline silicon, the dark output can be reduced by optimizing the positional relationship between the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 and reducing the TAT current. Furthermore, by optimizing the positional relationship between the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 and reducing the potential unevenness at the peripheral edge of the surface impurity region 200, the transfer efficiency can be improved.

本実施の形態では、表面不純物領域200の外縁Eoと、一対の第2層転送電極105A,105Bの開口部Oを囲む内縁Eiとの位置関係を最適化し、電気的特性を向上するものである。表面不純物領域200の外縁Eoは、ボロンイオンの水平方向および垂直方向の拡散により形成される。また一対の第2層転送電極105A,105Bの開口部Oを囲む内縁Eiは、開口部Oへのボロンイオン注入後の酸化により、一対の第2層転送電極105A,105Bの側壁に形成される第3の絶縁膜107Cの膜厚によって決まる。多結晶シリコンの不純物濃度が高いほど、多結晶シリコンからなる第2層転送電極の酸化速度は大きくなるため、側壁に形成される第3の絶縁膜107Cの膜厚が大きくなる。その結果、第2層転送電極105A,105Bの内縁Eiの外側へのシフト量が大きくなる。そこで、本実施の形態では、多結晶シリコンの不純物濃度に着目し、表面不純物領域200表面の結晶欠陥を十分に吸収し得る厚さの表面の酸化膜107Sを形成する際に、同時に形成される第3の絶縁膜107Cの膜厚を、一対の第2層転送電極105A,105Bの不純物濃度で調整する。 In the present embodiment, the positional relationship between the outer edge E o of the surface impurity region 200 and the inner edge E i surrounding the opening O of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B is optimized to improve electrical characteristics. It is. The outer edge E o of the surface impurity region 200 is formed by the horizontal and vertical diffusion of boron ions. The inner edge E i surrounding the opening O of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B is formed on the side walls of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B by oxidation after boron ion implantation into the opening O. It depends on the thickness of the third insulating film 107C. The higher the impurity concentration of the polycrystalline silicon, the higher the oxidation rate of the second layer transfer electrode made of polycrystalline silicon, and the larger the thickness of the third insulating film 107C formed on the sidewall. As a result, the shift amount to the outside of the inner edge E i of the second layer transfer electrodes 105A and 105B increases. Therefore, in the present embodiment, focusing on the impurity concentration of polycrystalline silicon, the oxide film 107S having a thickness capable of sufficiently absorbing crystal defects on the surface impurity region 200 is formed at the same time. The film thickness of the third insulating film 107C is adjusted by the impurity concentration of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B.

本実施の形態では、第2層転送電極105に、開口部Oを形成するためのドライエッチングによってp型単結晶シリコン基板101の表面にダメージを受け、多くの結晶欠陥が生じており捕獲準位が形成され易い。そのため、仮想電極106では、生成再結合電流が発生し易くなっている。   In the present embodiment, the surface of the p-type single crystal silicon substrate 101 is damaged by the dry etching for forming the opening O in the second layer transfer electrode 105, and many crystal defects are generated, and the trap level is generated. Is easily formed. Therefore, the virtual electrode 106 is likely to generate a generated recombination current.

そこで、結晶欠陥を低減するために、開口部Oの形成後にp型単結晶シリコン基板101の表面を酸化し、表面の酸化膜107S中に結晶欠陥を閉じ込める方法が考えられるが、この際に、本発明者らは暗時出力および転送効率の増減に着目し、種々の実験結果から、以下の点を見出した。つまり第2層転送電極105のリン濃度が高く、表面不純物領域200の表面の酸化量が大きい時は、第2層転送電極105の側壁酸化量が大きくなって、表面不純物領域200と第2層転送電極105が大きく離れる。そのため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャル凹凸が生じ、転送効率が低下する。一方、第2層転送電極105のリン濃度が低く、かつ表面不純物領域200の表面の酸化量が小さい時は、第2層転送電極105の側壁酸化量が小さくなって、表面不純物領域200と第2層転送電極105が大きく重なる。そのため、強電界が加わる個所でTAT電流が生じ、暗時出力が増大する。   Therefore, in order to reduce crystal defects, a method of oxidizing the surface of the p-type single crystal silicon substrate 101 after forming the opening O and confining the crystal defects in the oxide film 107S on the surface is conceivable. The present inventors paid attention to increase and decrease in dark output and transfer efficiency, and found the following points from various experimental results. That is, when the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 is high and the amount of oxidation of the surface of the surface impurity region 200 is large, the amount of side wall oxidation of the second layer transfer electrode 105 becomes large, and the surface impurity region 200 and the second layer The transfer electrode 105 is greatly separated. As a result, potential unevenness occurs at the peripheral edge of the surface impurity region 200, and transfer efficiency is reduced. On the other hand, when the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 is low and the amount of oxidation on the surface of the surface impurity region 200 is small, the amount of side wall oxidation of the second layer transfer electrode 105 becomes small and The two-layer transfer electrode 105 overlaps greatly. Therefore, a TAT current is generated at a place where a strong electric field is applied, and the dark output is increased.

そこで、本実施の形態では、必要とする表面酸化膜の膜厚に応じて、第2層転送電極の不純物濃度を決定することにより、表面不純物領域200の表面の酸化量を十分にし結晶欠陥を封じ込め、生成再結合電流が増大するのを抑制する。その結果、暗時出力を低減することができる。   Therefore, in the present embodiment, by determining the impurity concentration of the second layer transfer electrode according to the required thickness of the surface oxide film, the amount of oxidation of the surface of the surface impurity region 200 is made sufficient, and crystal defects are eliminated. Increases containment and generation recombination current. As a result, dark output can be reduced.

図3は、開口部Oを囲む一対の第2層転送電極105A,105Bを酸化して第3絶縁膜107Cを形成した時点における、表面不純物領域200と一対の第2層転送電極105A,105Bの重なりを示す断面図である。ここで、表面不純物領域200の表面の酸化量と一対の第2層転送電極105A,105Bの側壁酸化量は比例するが、第2層転送電極105A,105Bの上部および側壁は増殖酸化されるので、表面不純物領域200の表面よりも多く酸化される。本実施の形態では、表面不純物領域200の表面上の、酸化膜107Sの膜厚が50nm以上250nm以下であり、開口部O形成時のエッチングによるダメージに起因する結晶欠陥を十分に吸収しているため、結晶性の良好な表面となっている。そして一対の第2層転送電極105A,105Bの、開口部Oを囲む内縁Eiが、一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁Eoをとおる、p型単結晶シリコン基板101に垂直な垂線Tに対して0.15μm程度外側から0.15μm程度内側までの間に位置している。このため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャルの凹凸が生じることなく、効率よく電荷が転送されるため、転送効率が低下しない。さらに、強電界が加わる個所が無いのでTAT電流が生じることなく、暗時出力が増大しない。 FIG. 3 shows the surface impurity region 200 and the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B at the time when the third insulating film 107C is formed by oxidizing the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B surrounding the opening O. It is sectional drawing which shows an overlap. Here, the amount of oxidation on the surface of the surface impurity region 200 is proportional to the amount of side wall oxidation of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B, but the upper and side walls of the second layer transfer electrodes 105A and 105B are proliferated and oxidized. Oxidized more than the surface of the surface impurity region 200. In this embodiment, the thickness of oxide film 107S on the surface of surface impurity region 200 is not less than 50 nm and not more than 250 nm, and sufficiently absorbs crystal defects caused by etching damage when opening portion O is formed. Therefore, the surface has good crystallinity. Then, the inner edge E i surrounding the opening O of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B passes through the outer edge E o of the surface impurity region 200 formed between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B. It is located between about 0.15 μm outside and about 0.15 μm inside with respect to the perpendicular T perpendicular to the type single crystal silicon substrate 101. For this reason, electric charges are efficiently transferred without causing unevenness in potential at the peripheral edge portion of the surface impurity region 200, so that transfer efficiency does not decrease. Further, since there is no portion where a strong electric field is applied, no TAT current is generated and the dark output is not increased.

次に、本実施の形態における垂直CCD112あるいは画素アレイ110の製造方法を説明する。図4(a)から(f)で示したのは、画素アレイ110の垂直方向Dvに沿った断面構造である。図4(a)から(f)中、図2(a)から(c)と同一符号は、同一または同等個所を示す。本実施の形態では、第3の絶縁膜107Cの膜厚を、不純物領域からなる表面不純物領域200の表面で50nm以上250nm以下とする。そして第2層転送電極105を形成するに先立ち、表面不純物領域200上で必要とする酸化膜107Sの膜厚に応じて、第2層転送電極105の不純物濃度を決定している。第2層転送電極105を開口部Oで分離することで形成された一対の第2層転送電極105A,105Bの内縁Eiが、一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁Eoをとおる、p型単結晶シリコン基板101表面に垂直な垂線T上に位置するようにし、第3の絶縁膜107Cを形成することを特徴とするものである。 Next, a method for manufacturing the vertical CCD 112 or the pixel array 110 in the present embodiment will be described. Shown in FIGS. 4 (a) from (f), a sectional structure along the vertical direction D v of the pixel array 110. 4A to 4F, the same reference numerals as those in FIGS. 2A to 2C indicate the same or equivalent portions. In this embodiment, the thickness of the third insulating film 107C is set to 50 nm or more and 250 nm or less on the surface of the surface impurity region 200 including the impurity regions. Prior to forming the second layer transfer electrode 105, the impurity concentration of the second layer transfer electrode 105 is determined according to the thickness of the oxide film 107S required on the surface impurity region 200. The inner edge E i of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B formed by separating the second layer transfer electrode 105 at the opening O is a surface formed between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B. The third insulating film 107C is formed so as to be positioned on a perpendicular line T perpendicular to the surface of the p-type single crystal silicon substrate 101 passing through the outer edge E o of the impurity region 200.

まず、図4(a)に示すように、p型単結晶シリコン基板101の表面であって、p型単結晶シリコン基板101上に垂直CCD112および水平CCD113を形成する領域に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、不純物拡散層を形成し、nチャネル領域101n、画素分離領域103R、OFG103G、およびOFD103Dとする。図4(a)から(f)では、画素分離領域103R、OFG103G、およびOFD103Dを通らない断面をみたものであるため、図示されていない。次に、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)分離法もしくはトレンチ分離法によって、規定位置に図示しない分離酸化膜を形成する。次に、p型単結晶シリコン基板101上に熱酸化により、第1の絶縁膜107Aを形成する。   First, as shown in FIG. 4A, an impurity diffusion method or an ion is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 101 where the vertical CCD 112 and the horizontal CCD 113 are formed on the p-type single crystal silicon substrate 101. An impurity diffusion layer is formed using an implantation method, and an n-channel region 101n, a pixel isolation region 103R, an OFG 103G, and an OFD 103D are formed. 4A to 4F are not shown because they are cross sections that do not pass through the pixel isolation region 103R, OFG 103G, and OFD 103D. Next, an isolation oxide film (not shown) is formed at a specified position by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) isolation method or a trench isolation method. Next, a first insulating film 107A is formed on the p-type single crystal silicon substrate 101 by thermal oxidation.

次に、第1の絶縁膜107A上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図4(b)に示すように垂直方向Dvにおいて間隔をあけて第1層転送電極104を形成する。ここで第1層転送電極104を構成するリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度に特段の制限は無い。ただ、配線電極の比抵抗としての観点から考慮すると、1.0×1019cm-3以上とし、この範囲から、最適値を選択するのが望ましい。第1層転送電極104は、垂直方向Dvに直角な方向、つまり水平方向DHに沿って延在する。次に、熱酸化により、第1層転送電極104を酸化して第2の絶縁膜107Bを形成する。 Next, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film is formed over the first insulating film 107A by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Is then patterned by photolithography to form a first layer transfer electrode 104 at an interval in the vertical direction D v, as shown in Figure 4 (b). Here, the phosphorus concentration of the phosphorus-doped polycrystalline silicon film constituting the first layer transfer electrode 104 is not particularly limited. However, considering from the viewpoint of the specific resistance of the wiring electrode, it is preferably set to 1.0 × 10 19 cm −3 or more, and the optimum value is preferably selected from this range. The first layer transfer electrode 104 extends along a direction perpendicular to the vertical direction D v , that is, along the horizontal direction DH . Next, the first layer transfer electrode 104 is oxidized by thermal oxidation to form a second insulating film 107B.

次に、第2の絶縁膜107B上に、CVD法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図4(c)に示すように、垂直方向Dvにおいて第1層転送電極104と交互の配置にて第2層転送電極105を形成する。ここで第2層転送電極105を構成するリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下とし、この範囲から、最適値を選択する。第2層転送電極105も垂直方向Dvに直角な方向、つまり水平方向DHに沿って延在する。 Next, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film is formed over the second insulating film 107B by a CVD method. Is then patterned by photolithography, as shown in FIG. 4 (c), to form the second layer transfer electrodes 105 in an alternating arrangement and first layer transfer electrodes 104 in the vertical direction D v. Here, the phosphorus-doped polycrystalline silicon film constituting the second layer transfer electrode 105 has a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less. select. Second layer transfer electrodes 105 perpendicular to the vertical direction D v, i.e. extending along a horizontal direction D H.

次に、フォトリソグラフィにより図4(d)に示すように、第2層転送電極105に開口部Oを形成する。これにより、第2層転送電極105は、一対の第2層転送電極105Aと第2層転送電極105Bに分割され、多数対の第2層転送電極105A,105Bが形成される。また、開口部Oの一部に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、表面不純物領域200を形成する。   Next, as shown in FIG. 4D, an opening O is formed in the second layer transfer electrode 105 by photolithography. Thus, the second layer transfer electrode 105 is divided into a pair of second layer transfer electrodes 105A and second layer transfer electrodes 105B, and a plurality of pairs of second layer transfer electrodes 105A and 105B are formed. Further, the surface impurity region 200 is formed in a part of the opening O by using an impurity diffusion method or an ion implantation method.

次に、900℃から1000℃で30分程度の熱処理を行うことにより、一対の第2層転送電極105A,105Bおよび開口部Oから露呈する表面不純物領域200の表面を酸化して図4(e)に示すように、酸化膜107Sを形成する。このとき、表面不純物領域200の表面に膜厚50nm以上250nm以下の酸化シリコン膜が形成される。一方一対の第2層転送電極105A,105Bの上部および側壁には、増殖酸化によって酸化シリコン膜から成る第3の絶縁膜107Cが形成される。一対の第2層転送電極105A,105Bの上部および側壁に形成される第3の絶縁膜107Cの膜厚は第2層転送電極105のリン濃度と熱処理条件によって決まる。   Next, by performing a heat treatment at 900 ° C. to 1000 ° C. for about 30 minutes, the surface of the surface impurity region 200 exposed from the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B and the opening O is oxidized, and FIG. ), An oxide film 107S is formed. At this time, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm to 250 nm is formed on the surface of the surface impurity region 200. On the other hand, a third insulating film 107C made of a silicon oxide film is formed on the upper and side walls of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B by growth oxidation. The film thickness of the third insulating film 107C formed on the upper and side walls of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B is determined by the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 and the heat treatment conditions.

本実施の形態では、この表面不純物領域200の表面で、酸化膜107Sの膜厚が50nm以上250nm以下である。そして一対の第2層転送電極105A,105Bの、開口部Oを囲む内縁Eiが、この一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁Eoをとおる、p型単結晶シリコン基板101に垂直な垂線Tに対して0.15μm程度外側から0.15μm程度内側までの間に位置している。本実施の形態ではこの程度のずれ範囲も垂線T上とみなすものとする。 In the present embodiment, on the surface of surface impurity region 200, oxide film 107S has a thickness of 50 nm to 250 nm. The inner edge E i surrounding the opening O of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B passes through the outer edge E o of the surface impurity region 200 formed between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B. It is located between about 0.15 μm outside and about 0.15 μm inside with respect to the perpendicular T perpendicular to the p-type single crystal silicon substrate 101. In the present embodiment, such a deviation range is assumed to be on the perpendicular line T.

次に、開口部O上にTEOS(TetraEthyl OrthoSilicate)からなる第4の絶縁膜108aを形成した後、この上層にアルミニウム層を形成しフォトリソグラフィによりパターニングして配線層109を形成する。   Next, after forming a fourth insulating film 108a made of TEOS (Tetra Ethyl OrthoSilicate) on the opening O, an aluminum layer is formed on this upper layer and patterned by photolithography to form a wiring layer 109.

最後に、図4(f)に示すように、TEOSからなる保護膜108bを形成する。このようにして、本実施の形態における固体撮像装置100の電荷結合素子が完成する。   Finally, as shown in FIG. 4F, a protective film 108b made of TEOS is formed. In this way, the charge coupled device of the solid-state imaging device 100 in the present embodiment is completed.

本実施の形態の要点について述べる。本実施の形態では、開口部O形成後に基板表面を十分に酸化し、膜厚50nm以上250nm以下の酸化膜107Sを形成しているため、酸化膜107S中に結晶欠陥を閉じ込めることによって、生成再結合電流が生じるのを防ぐことができ、暗時出力の増大を抑制することができる。この酸化膜107Sは第3の絶縁膜107Cと同一工程で形成されるが、第2層転送電極105を構成する多結晶シリコンの不純物濃度によって第3の絶縁膜107Cの膜厚は変化するので、酸化膜107Sとは膜厚が異なっている場合が多い。本実施の形態では、第2層転送電極105を構成する多結晶シリコン層のリン濃度を1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下としているため、第2層転送電極105の側壁酸化量を適切に制御することができる。従って、表面不純物領域200の外縁Eoと第2層転送電極105の内縁Eiとが一致するように形成することができる。そのため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャルの凹凸が生じることなく、かつ、強電界が加わる個所が無いため、効率よい電荷転送および低い暗時出力が実現される。 The main points of the present embodiment will be described. In this embodiment mode, after the opening O is formed, the substrate surface is sufficiently oxidized, and the oxide film 107S having a thickness of 50 nm to 250 nm is formed. Generation of a coupling current can be prevented, and an increase in dark output can be suppressed. The oxide film 107S is formed in the same process as the third insulating film 107C, but the film thickness of the third insulating film 107C changes depending on the impurity concentration of the polycrystalline silicon constituting the second layer transfer electrode 105. The film thickness is often different from that of the oxide film 107S. In the present embodiment, since the phosphorous concentration of the polycrystalline silicon layer constituting the second layer transfer electrode 105 is set to 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less, the second layer The amount of side wall oxidation of the transfer electrode 105 can be appropriately controlled. Therefore, the outer edge E o of the surface impurity region 200 and the inner edge E i of the second layer transfer electrode 105 can be formed to coincide with each other. Therefore, there is no potential unevenness at the periphery of the surface impurity region 200, and there is no portion where a strong electric field is applied, so that efficient charge transfer and low dark output are realized.

ところで、上記構造においても、第2層転送電極105を構成するリンドープの多結晶シリコン膜のリン濃度が高い場合、表面不純物領域200の表面の酸化量を十分に大きくしようとすると、リンドープの多結晶シリコン膜の酸化速度が大きいため、第2層転送電極105の側壁酸化量が大きくなる。このとき、図5(a)に示すように、表面不純物領域200と一対の第2層転送電極105A,105Bが大きく離れる。そのため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャル凹凸が生じ、転送効率が低下する。   By the way, also in the above structure, when the phosphorus concentration of the phosphorus-doped polycrystalline silicon film constituting the second layer transfer electrode 105 is high, an attempt to sufficiently increase the oxidation amount of the surface of the surface impurity region 200 will result in the phosphorus-doped polycrystalline. Since the oxidation rate of the silicon film is high, the amount of side wall oxidation of the second layer transfer electrode 105 increases. At this time, as shown in FIG. 5A, the surface impurity region 200 and the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B are greatly separated. As a result, potential unevenness occurs at the peripheral edge of the surface impurity region 200, and transfer efficiency is reduced.

逆に、第2層転送電極を構成するリンドープの多結晶シリコン膜のリン濃度が低い場合であって、かつ表面不純物領域200の表面の酸化量が小さいと、リンドープの多結晶シリコン膜の酸化速度が小さいため、第2層転送電極105の側壁酸化量が小さい。このとき図5(b)に示すように、第2層転送電極105A,105Bの側壁酸化量が小さくなって、表面不純物領域200と第2層転送電極105が大きく重なってしまう。そのため、強電界が加わる個所でTAT電流が生じ、暗時出力が増大する。   Conversely, if the phosphorus concentration of the phosphorus-doped polycrystalline silicon film constituting the second layer transfer electrode is low and the oxidation amount of the surface of the surface impurity region 200 is small, the oxidation rate of the phosphorus-doped polycrystalline silicon film Therefore, the amount of side wall oxidation of the second layer transfer electrode 105 is small. At this time, as shown in FIG. 5B, the amount of side wall oxidation of the second layer transfer electrodes 105A and 105B becomes small, and the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 overlap greatly. Therefore, a TAT current is generated at a place where a strong electric field is applied, and the dark output is increased.

また、表面不純物領域200の表面の酸化量が不十分であると、図6(a)に示すように、酸化膜107S中に閉じ込めることができない結晶欠陥Mの数が増える。そのため、欠陥準位から生成再結合電流が生じ、暗時出力が増大する。   Further, if the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 is insufficient, as shown in FIG. 6A, the number of crystal defects M that cannot be confined in the oxide film 107S increases. Therefore, a generated recombination current is generated from the defect level, and the dark output is increased.

これに対して、本実施の形態1に係る固体撮像装置100では多結晶シリコンから成る第2層転送電極105のリン濃度を1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下に制限するとともに、表面不純物領域200の表面酸化量を50nm以上250nm以下に制限する。これによって、図5(c)に示すように、第2層転送電極105の側壁酸化量が適度となって、表面不純物領域200と第2層転送電極105の位置関係を最適化できる。このため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャル凹凸は生じることなく、転送効率が低下しない。さらに、強電界が加わる個所が無いのでTAT電流が生じることなく、暗時出力が増大しない。なお、第2層転送電極105のリン濃度を1.0×1019cm-3とした時の比抵抗は5.44mΩcm、1.5×1020cm-3としたときの比抵抗は0.55mΩcmである。従ってリン濃度を上記範囲にとることで、転送電極としての機能を良好に維持しつつ、転送効率を向上し、かつ暗時出力を低減することができる。 In contrast, in the solid-state imaging device 100 according to the first embodiment, the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 made of polycrystalline silicon is 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −. While limiting to 3 or less, the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 is limited to 50 nm or more and 250 nm or less. As a result, as shown in FIG. 5C, the side wall oxidation amount of the second layer transfer electrode 105 becomes moderate, and the positional relationship between the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 can be optimized. For this reason, potential unevenness does not occur in the peripheral portion of the surface impurity region 200, and the transfer efficiency does not decrease. Further, since there is no portion where a strong electric field is applied, no TAT current is generated and the dark output is not increased. The specific resistance when the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 is 1.0 × 10 19 cm −3 is 5.44 mΩcm, and the specific resistance when the phosphorus concentration is 1.5 × 10 20 cm −3 is 0.2. 55 mΩcm. Therefore, by setting the phosphorus concentration within the above range, it is possible to improve the transfer efficiency and reduce the dark output while maintaining a good function as the transfer electrode.

また、図6(b)に示すように、表面不純物領域200の表面の酸化量が、結晶欠陥Mを表面の酸化膜107S中に閉じ込めるのに十分となる。そのため、欠陥準位から生成再結合電流がほとんど生じることなく、暗時出力が低減する。   Further, as shown in FIG. 6B, the amount of oxidation on the surface of the surface impurity region 200 is sufficient to confine the crystal defect M in the surface oxide film 107S. Therefore, almost no generation recombination current is generated from the defect level, and the dark output is reduced.

その結果、本実施の形態の固体撮像装置100は、従来に比べて、表面不純物領域200の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減するとともに、表面不純物領域200と第2層転送電極105の位置関係を最適化してTAT電流を低減することで、暗時出力を低減できる。さらに、表面不純物領域200と第2層転送電極105の位置関係を最適化して表面不純物領域200の周縁部のポテンシャルの凹凸を低減することで、転送効率を向上できる。このため、SN比(Signal to Noise Ratio)が高く、かつ、ボケの小さな画像を取得可能な固体撮像装置100を提供できる。   As a result, the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment sufficiently oxidizes the surface of the surface impurity region 200 to reduce the generated recombination current, and the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode. By optimizing the positional relationship 105 and reducing the TAT current, the dark output can be reduced. Furthermore, by optimizing the positional relationship between the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 and reducing the unevenness of the potential at the peripheral edge of the surface impurity region 200, the transfer efficiency can be improved. For this reason, it is possible to provide the solid-state imaging device 100 having a high SN ratio (Signal to Noise Ratio) and capable of acquiring an image with a small blur.

ここで、TAT電流の発生による暗時出力増大のメカニズムについて述べる。
図7(a)に示すように、pn接合に強電界が印加された時、トンネル現象によって、P型半導体の価電子帯Bvにある電子が、バンドギャップ内の捕獲準位を介して、n型半導体の伝導帯Bcに移動する。これがTAT電流である。もしくは、図7(b)に示すように、pn接合に図7(a)ほど大きくない強電界が印加された時でも、p型半導体の価電子帯Bvにある電子が、バンドギャップ内の捕獲準位に移動した後、ポテンシャルがより高い捕獲準位に熱励起してから、n型半導体の伝導帯Bcに移動する。こちらは熱励起を伴うTAT電流である。以上により、pn接合に強電界が加わる時、捕獲準位の数が多い時、および固体撮像装置100の温度が高い時に、TAT電流は増加することが分かる。
Here, the mechanism of the dark output increase due to the generation of the TAT current will be described.
As shown in FIG. 7A, when a strong electric field is applied to the pn junction, electrons in the valence band B v of the P-type semiconductor are caused to pass through the trap level in the band gap due to the tunnel phenomenon. It moves to the conduction band B c of the n-type semiconductor. This is the TAT current. Alternatively, as shown in FIG. 7B, even when a strong electric field that is not as great as that in FIG. 7A is applied to the pn junction, electrons in the valence band B v of the p-type semiconductor are not within the band gap. After moving to the trap level, it is thermally excited to a trap level having a higher potential and then moved to the conduction band B c of the n-type semiconductor. This is the TAT current with thermal excitation. From the above, it can be seen that the TAT current increases when a strong electric field is applied to the pn junction, when the number of trap levels is large, and when the temperature of the solid-state imaging device 100 is high.

図7(a)および(b)においては、p型不純物領域は表面不純物領域200、n型不純物領域はnチャネル領域101nに相当する。すなわち、光電変換ではなくTAT電流によって、nチャネル領域101nに電子が蓄積することで、暗時出力が増大する。   7A and 7B, the p-type impurity region corresponds to the surface impurity region 200, and the n-type impurity region corresponds to the n-channel region 101n. That is, electrons accumulate in the n-channel region 101n not by photoelectric conversion but by the TAT current, thereby increasing dark output.

実際には、多結晶シリコンから成る転送電極のリン濃度を1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下に制限するとともに、表面不純物領域200の表面酸化量を50nm以上250nm以下に制限する。表面不純物領域200の表面酸化量は、表面不純物領域200の表面の酸化膜の膜厚に等しい。表面不純物領域200の表面酸化量が、50nmに満たないと、エッチングで形成された結晶欠陥を酸化膜中に取り込むことができず、表面不純物領域200の表面に結晶欠陥が残留することになり、生成再結合電流が生じ易い。さらに、リン濃度が低い時、表面不純物領域200と第2層転送電極105が重なってTAT電流が増加する。一方、表面不純物領域200の表面酸化量が250nmを超えると、第2層転送電極の不純物濃度の制御では、効果なく、第2層転送電極の側壁酸化量が増大してしまう。その結果、表面不純物領域200と転送電極が大きく離れる。そのため、表面不純物領域200と転送電極との間にポテンシャルの凹凸が形成され、電荷が円滑に転送されなくなる。 Actually, the phosphorus concentration of the transfer electrode made of polycrystalline silicon is limited to 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less, and the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 is 50 nm. It is limited to 250 nm or less. The surface oxidation amount of the surface impurity region 200 is equal to the thickness of the oxide film on the surface of the surface impurity region 200. If the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 is less than 50 nm, crystal defects formed by etching cannot be taken into the oxide film, and crystal defects remain on the surface of the surface impurity region 200. Produced recombination current is likely to occur. Further, when the phosphorus concentration is low, the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 overlap with each other and the TAT current increases. On the other hand, when the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 exceeds 250 nm, the control of the impurity concentration of the second layer transfer electrode has no effect and the side wall oxidation amount of the second layer transfer electrode increases. As a result, the surface impurity region 200 and the transfer electrode are greatly separated. For this reason, potential unevenness is formed between the surface impurity region 200 and the transfer electrode, and charges are not transferred smoothly.

そこで、表面不純物領域200の表面酸化量を50nm以上250nm以下に制限した上で、多結晶シリコンから成る第2層転送電極105のリン濃度を1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下の範囲から決定することで、表面不純物領域200の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減するとともに、表面不純物領域200と第2層転送電極105の位置関係を最適化してTAT電流を低減する。第2層転送電極105のリン濃度が1.0×1019cm-3に満たないと、第2層転送電極105自体の導電性が十分に得られない。さらに、酸化量が小さい時、表面不純物領域200と第2層転送電極105が重なってTAT電流が増加する。一方1.5×1020cm-3を超えると酸化速度が高く、表面不純物領域200の表面を十分に酸化して結晶欠陥を取り込もうとすると、表面不純物領域200と第2層転送電極105が大きく離れてポテンシャル凹凸が形成され、転送効率が低下する。 Therefore, after limiting the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 to 50 nm or more and 250 nm or less, the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 made of polycrystalline silicon is set to 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 ×. By determining from the range of 10 20 cm −3 or less, the surface impurity region 200 is sufficiently oxidized to reduce the generated recombination current, and the positional relationship between the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 is determined. Optimize to reduce TAT current. If the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 is less than 1.0 × 10 19 cm −3 , the conductivity of the second layer transfer electrode 105 itself cannot be sufficiently obtained. Further, when the oxidation amount is small, the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 overlap with each other and the TAT current increases. On the other hand, if it exceeds 1.5 × 10 20 cm −3 , the oxidation rate is high, and if the surface impurity region 200 is sufficiently oxidized to attempt to incorporate crystal defects, the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105 become large. Potential unevenness is formed apart, and transfer efficiency is lowered.

なお、前記実施の形態1においては、開口部Oに臨む一対の第2層転送電極105A,105Bの内縁Eiが、一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁Eoをとおる、シリコン基板表面に垂直な垂線T上に位置したが、ちょうど線上でなくてもよく、電界が印加可能で、ポテンシャルに凹凸ができない程度に、第2層転送電極105の内縁Eiと表面不純物領域200の外縁Eoとが離れていてもよい。また、TAT電流が発生しない程度に、第2層転送電極105の内縁Eiと表面不純物領域200の外縁Eoとが重なっていてもよい。 In the first embodiment, the inner edge E i of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B facing the opening O is the surface impurity region 200 formed between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B. of passing through the outer edge E o, was located on a line perpendicular T to the silicon substrate surface may not be just lines, electric field can be applied, to the extent that can not be uneven potential, the second layer transfer electrodes 105 The inner edge E i and the outer edge E o of the surface impurity region 200 may be separated from each other. Further, the inner edge E i of the second layer transfer electrode 105 and the outer edge E o of the surface impurity region 200 may overlap so that the TAT current is not generated.

また、前記実施の形態1においては、第1層および第2層転送電極104,105をリンを含む多結晶シリコンで形成したが、リンに限定されることなく、不純物拡散長と拡散温度とを考慮し、第1層および第2層転送電極104,105の不純物としてヒ素あるいはボロンを用いるなど不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御するようにしてもよい。さらには、表面不純物領域200の不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御することで、第2層転送電極105の内縁Eiが、一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁Eoをとおる、p型単結晶シリコン基板1表面に垂直な垂線T上に位置するように構成することができる。 In the first embodiment, the first and second layer transfer electrodes 104 and 105 are formed of polycrystalline silicon containing phosphorus. However, the impurity diffusion length and the diffusion temperature are not limited to phosphorus. Considering this, the heat treatment conditions may be controlled after selecting the type of impurities such as using arsenic or boron as the impurities of the first and second layer transfer electrodes 104 and 105. Furthermore, the inner edge E i of the second layer transfer electrode 105 is formed between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B by controlling the heat treatment conditions after selecting the type of impurities in the surface impurity region 200. The surface impurity region 200 can be configured to lie on a vertical line T passing through the outer edge E o of the surface impurity region 200 and perpendicular to the surface of the p-type single crystal silicon substrate 1.

前記実施の形態1においては、第1層転送電極の不純物濃度を第2層転送電極の不純物濃度よりも高くすることが可能であり、転送距離が長い場合にも抵抗の増大を抑えることができる。また第1層転送電極および第2層転送電極の不純物濃度を同一濃度としてもよいことはいうまでもない。   In the first embodiment, the impurity concentration of the first layer transfer electrode can be made higher than the impurity concentration of the second layer transfer electrode, and the increase in resistance can be suppressed even when the transfer distance is long. . Needless to say, the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode may have the same impurity concentration.

実施の形態2.
図8から図10を参照しつつ、実施の形態2の固体撮像装置について説明する。実施の形態2に係る固体撮像装置100が異なるのは、第1層転送電極104に開口部O1および第2層転送電極105に開口部O0を形成し、この開口部O1,O0内にフォトダイオード部120を形成した点である。全体の構造としては図1に示す実施の形態1の固体撮像装置100と同様である。また、本実施の形態2に係る画素アレイは、実施の形態1の画素アレイ110と同様である。
Embodiment 2. FIG.
The solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The solid-state imaging device 100 according to the second embodiment is different in that an opening O 1 is formed in the first layer transfer electrode 104 and an opening O 0 is formed in the second layer transfer electrode 105, and the openings O 1 , O 0 are formed. The photodiode portion 120 is formed inside. The overall structure is the same as that of the solid-state imaging device 100 of the first embodiment shown in FIG. The pixel array according to the second embodiment is the same as the pixel array 110 according to the first embodiment.

本実施の形態2に係る画素111について、図8(a)から(c)を参照して説明する。本実施の形態2では実施の形態1と異なり、一対の第2層転送電極105A,105Bに挟まれた仮想電極106は存在しない。代わりに、第1層転送電極104および第2層転送電極105が、それぞれ開口部O1,O0を有し、該開口部O1,O0にp型の表面不純物領域200を形成することにより、埋め込みのフォトダイオード部120を形成する。本実施の形態では、素子間部RDivで囲まれた領域全体がp型単結晶シリコン基板101とnチャネル領域101nとでpn接合を構成し、光電変換部RLとなっている。 The pixel 111 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, unlike the first embodiment, there is no virtual electrode 106 sandwiched between the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B. Instead, the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 have the openings O 1 and O 0 , respectively, and the p-type surface impurity region 200 is formed in the openings O 1 and O 0. Thus, the embedded photodiode portion 120 is formed. In the present embodiment, the entire region surrounded by the inter-element portion R Div forms a pn junction with the p-type single crystal silicon substrate 101 and the n-channel region 101n, and serves as a photoelectric conversion portion R L.

ここで、本実施の形態2における画素111の光検出原理は、実施の形態1と同様である。実施の形態1では、仮想電極106は、光電変換部RLで生成された電荷の転送路となるのに対し、実施の形態2においては、フォトダイオード部120は電荷の転送路とならない点が異なる。ただし、マイクロレンズを用いて、画素111への入射光を開口部O1,O0に集光することで、第1および第2層転送電極104,105を透過することなく直接フォトダイオード部120に取り込まれて光電変換される光量が増大し、感度が向上する。フォトダイオード部120は電荷の転送路とはならない点が実施の形態1の仮想電極106と異なる点である。 Here, the principle of light detection of the pixel 111 in the second embodiment is the same as that in the first embodiment. In the first embodiment, the virtual electrode 106 serves as a transfer path for charges generated by the photoelectric conversion unit R L , whereas in the second embodiment, the photodiode unit 120 does not serve as a charge transfer path. Different. However, by using the microlens to collect the incident light to the pixel 111 in the openings O 1 and O 0 , the photodiode unit 120 is directly transmitted without passing through the first and second layer transfer electrodes 104 and 105. The amount of light that is taken in and photoelectrically converted increases, and the sensitivity is improved. The photodiode portion 120 is different from the virtual electrode 106 of Embodiment 1 in that it does not become a charge transfer path.

図9は、表面不純物領域200表面、第1層転送電極104および第2層転送電極105を酸化して第3の絶縁膜107Cを形成した時点における、表面不純物領域200と第1層転送電極104および第2層転送電極105との重なりを示す断面図である。ここで、表面不純物領域200の表面の酸化量と転送電極の側壁酸化量は比例するが、転送電極の側壁は増殖酸化されるので、表面不純物領域200の表面よりも多く酸化される。   FIG. 9 shows the surface impurity region 200 and the first layer transfer electrode 104 when the surface of the surface impurity region 200, the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 are oxidized to form the third insulating film 107C. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the overlap with the second layer transfer electrode 105. Here, although the amount of oxidation on the surface of the surface impurity region 200 is proportional to the amount of side wall oxidation of the transfer electrode, the side wall of the transfer electrode is proliferated and oxidized, so that it is oxidized more than the surface of the surface impurity region 200.

次に図10(a)から(f)を参照して実施の形態2の固体撮像装置の製造工程について説明する。図10(a)から(f)で示したのは、画素アレイ110の垂直方向Dvに沿った断面構造である。図10(a)から(f)中、図8(a)から(c)と同一符号は、同一または同等個所を示す。本実施の形態では、第3の絶縁膜107Cの膜厚を、表面不純物領域200の表面で50nm以上250nm以下とする。そして第1および第2層転送電極104,105を形成するに先立ち、表面不純物領域200上で必要とする酸化膜の膜厚に応じて、第1および第2層転送電極104,105の不純物濃度を決定している。第1および第2層転送電極104,105を開口部O1,O0で分離することで形成された一対の第1および第2層転送電極104A,104B,105A,105Bの内縁を内縁Ei1,Ei0とする。また一対の第1および第2層転送電極104A,104B,105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁を外縁Eo1,Eo0とする。上記内縁Ei1,Ei0が、外縁Eo1,Eo0をとおる、p型単結晶シリコン基板101表面に垂直な垂線T1,T0上に位置するようにし、第3の絶縁膜107Cを形成することを特徴とするものである。 Next, a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Shown in FIG. 10 (a) from (f), a sectional structure along the vertical direction D v of the pixel array 110. 10A to 10F, the same reference numerals as those in FIGS. 8A to 8C denote the same or equivalent portions. In this embodiment, the thickness of the third insulating film 107 </ b> C is set to 50 nm to 250 nm on the surface of the surface impurity region 200. Prior to the formation of the first and second layer transfer electrodes 104 and 105, the impurity concentration of the first and second layer transfer electrodes 104 and 105 depends on the thickness of the oxide film required on the surface impurity region 200. Is determined. The inner edges of the pair of first and second layer transfer electrodes 104A, 104B, 105A, 105B formed by separating the first and second layer transfer electrodes 104, 105 at the openings O 1 , O 0 are defined as inner edges E i1. , E i0 . The outer edges of the surface impurity region 200 formed between the pair of first and second layer transfer electrodes 104A, 104B, 105A, and 105B are referred to as outer edges E o1 and E o0 . A third insulating film 107C is formed such that the inner edges E i1 and E i0 are positioned on the perpendicular lines T 1 and T 0 perpendicular to the surface of the p-type single crystal silicon substrate 101 passing through the outer edges E o1 and E o0. It is characterized by doing.

まず、図10(a)に示すように、p型単結晶シリコン基板101の表面であって、p型単結晶シリコン基板101上に垂直CCD112および水平CCD113を形成する領域に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、不純物拡散層を形成し、nチャネル領域101n、画素分離領域103R、OFG103G、およびOFD103Dとする。図10(a)から(f)は、画素分離領域103R、OFG103G、およびOFD103Dを通らない断面であるため、これらは図示されていない。次に、LOCOS分離法もしくはトレンチ分離法によって、規定位置に図示しない分離酸化膜を形成する。次に、p型単結晶シリコン基板101上に熱酸化により、第1の絶縁膜107Aを形成する。   First, as shown in FIG. 10A, an impurity diffusion method or an ion is applied to the surface of the p-type single crystal silicon substrate 101 where the vertical CCD 112 and the horizontal CCD 113 are formed on the p-type single crystal silicon substrate 101. An impurity diffusion layer is formed using an implantation method, and an n-channel region 101n, a pixel isolation region 103R, an OFG 103G, and an OFD 103D are formed. 10A to 10F are cross sections that do not pass through the pixel isolation region 103R, OFG 103G, and OFD 103D, and are not shown. Next, an isolation oxide film (not shown) is formed at a specified position by LOCOS isolation or trench isolation. Next, a first insulating film 107A is formed on the p-type single crystal silicon substrate 101 by thermal oxidation.

次に、第1の絶縁膜107A上に、CVD法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図10(b)に示すように垂直方向Dvにおいて間隔をあけて第1層転送電極104を形成する。ここでリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下とし、この範囲から、最適値を選択する。第1層転送電極104は、垂直方向Dvに直角な方向、つまり水平方向DHに沿って延在する。次に、熱酸化により、第1層転送電極104を酸化して第2の絶縁膜107Bを形成する。 Next, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film is formed over the first insulating film 107A by a CVD method. Is then patterned by photolithography to form a first layer transfer electrode 104 at an interval in the vertical direction D v, as shown in Figure 10 (b). Here, the phosphorus-doped polycrystalline silicon film has a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 to 1.5 × 10 20 cm −3, and an optimum value is selected from this range. The first layer transfer electrode 104 extends along a direction perpendicular to the vertical direction D v , that is, along the horizontal direction DH . Next, the first layer transfer electrode 104 is oxidized by thermal oxidation to form a second insulating film 107B.

次に、第2の絶縁膜107B上に、CVD法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図10(c)に示すように、垂直方向Dvにおいて第1層転送電極104と交互の配置にて第2層転送電極105を形成する。ここでリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下とし、この範囲から、最適値を選択する。第2層転送電極105も垂直方向Dvに直角な方向、つまり水平方向DHに沿って延在する。 Next, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film is formed over the second insulating film 107B by a CVD method. Is then patterned by photolithography, as shown in FIG. 10 (c), to form the second layer transfer electrodes 105 in an alternating arrangement and first layer transfer electrodes 104 in the vertical direction D v. Here, the phosphorus-doped polycrystalline silicon film has a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 to 1.5 × 10 20 cm −3, and an optimum value is selected from this range. Second layer transfer electrodes 105 perpendicular to the vertical direction D v, i.e. extending along a horizontal direction D H.

次に、フォトリソグラフィにより図10(d)に示すように、第2層転送電極105および第1層転送電極104に開口部O0,O1を形成する。これにより、第1層転送電極104は、一対の第1層転送電極104Aと第1層転送電極104Bに分割され、多数対の第1層転送電極104A,104Bが形成される。第2層転送電極105は、一対の第2層転送電極105Aと第2層転送電極105Bに分割され、多数対の第2層転送電極105A,105Bが形成される。また、開口部O0,O1に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、表面不純物領域200を形成する。 Next, as shown in FIG. 10D, openings O 0 and O 1 are formed in the second layer transfer electrode 105 and the first layer transfer electrode 104 by photolithography. As a result, the first layer transfer electrode 104 is divided into a pair of first layer transfer electrodes 104A and a first layer transfer electrode 104B, and a plurality of pairs of first layer transfer electrodes 104A and 104B are formed. The second layer transfer electrode 105 is divided into a pair of second layer transfer electrodes 105A and second layer transfer electrodes 105B, and a plurality of pairs of second layer transfer electrodes 105A and 105B are formed. Further, the surface impurity region 200 is formed in the openings O 0 and O 1 by using an impurity diffusion method or an ion implantation method.

次に、900℃から1000℃で30分程度の熱処理を行うことにより、一対の第1層転送電極104A,104B、一対の第2層転送電極105A,105Bおよび開口部O,Oから露呈する表面不純物領域200の表面を酸化して図10(e)に示すように、酸化膜107Sを形成する。このとき、表面不純物領域200の表面に膜厚50nm以上250nm以下の酸化シリコン膜が形成される。一方一対の第1層転送電極104A,104B、一対の第2層転送電極105A,105Bの上部および側壁には、増殖酸化によって酸化シリコン膜から成る第3の絶縁膜107Cが形成される。一対の第1層転送電極104A,104B、一対の第2層転送電極105A,105Bの上部および側壁に形成される第3の絶縁膜107Cの膜厚は、第1層転送電極104および第2層転送電極105のリン濃度と熱処理条件によって決まる。 Next, by performing a heat treatment at 900 ° C. to 1000 ° C. for about 30 minutes, the pair of first layer transfer electrodes 104A and 104B, the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B, and the openings O 1 and O 0 are exposed. The surface of the surface impurity region 200 to be oxidized is oxidized to form an oxide film 107S as shown in FIG. At this time, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm to 250 nm is formed on the surface of the surface impurity region 200. On the other hand, a third insulating film 107C made of a silicon oxide film is formed on the upper and side walls of the pair of first layer transfer electrodes 104A and 104B and the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B by growth oxidation. The thickness of the third insulating film 107C formed on the upper and side walls of the pair of first layer transfer electrodes 104A and 104B and the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B is the same as that of the first layer transfer electrode 104 and the second layer. It depends on the phosphorus concentration of the transfer electrode 105 and the heat treatment conditions.

本実施の形態では、表面不純物領域200の表面で、酸化膜107Sの膜厚が50nm以上250nm以下である。そして一対の第2層転送電極105A,105Bの、開口部O0,O1を囲む内縁Ei0,Ei1が、この一対の第1層転送電極104A,104B、一対の第2層転送電極105A,105B間に形成された表面不純物領域200の外縁E0oをとおる、p型単結晶シリコン基板に垂直な垂線T0に対して0.15μm程度外側から0.15μm程度内側までの間に位置している。本実施の形態ではこの程度のずれ範囲も垂線T0上とみなすものとする。 In the present embodiment, the oxide film 107S has a thickness of 50 nm to 250 nm on the surface of the surface impurity region 200. The inner edges E i0 and E i1 surrounding the openings O 0 and O 1 of the pair of second layer transfer electrodes 105A and 105B are the pair of first layer transfer electrodes 104A and 104B and the pair of second layer transfer electrodes 105A. , 105B is located between about 0.15 μm outside and about 0.15 μm inside with respect to the perpendicular T 0 perpendicular to the p-type single crystal silicon substrate through the outer edge E 0o of the surface impurity region 200. ing. In the present embodiment, such a deviation range is assumed to be on the vertical line T 0 .

次に、開口部O0,O1上にTEOSからなる第4の絶縁膜108aを形成した後、この上層にアルミニウム層を形成しフォトリソグラフィによりパターニングして配線層109を形成する。 Next, after forming a fourth insulating film 108a made of TEOS on the openings O 0 and O 1 , an aluminum layer is formed on this upper layer and patterned by photolithography to form a wiring layer 109.

最後に、図10(f)に示すように、TEOSからなる保護膜108bを形成する。このようにして、本実施の形態における固体撮像装置100の電荷結合素子が完成する。   Finally, as shown in FIG. 10F, a protective film 108b made of TEOS is formed. In this way, the charge coupled device of the solid-state imaging device 100 in the present embodiment is completed.

本実施の形態の要点について述べる。本実施の形態では、開口部O0,O1形成後に基板表面を十分に酸化し、膜厚50nm以上250nm以下の酸化膜107Sを形成しているため、酸化膜107S中に結晶欠陥を閉じ込めることによって、生成再結合電流が生じるのを防ぐことができ、暗時出力の増大を抑制することができる。この酸化膜107Sは第3の絶縁膜107Cと同一工程で形成されるが、第2層転送電極105を構成する多結晶シリコンの不純物濃度によって第3の絶縁膜107Cの膜厚は変化するので、酸化膜107Sとは膜厚が異なっている場合が多い。本実施の形態では、第1および第2層転送電極を構成する多結晶シリコン層のリン濃度を1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下としているため、第1層および第2層転送電極の側壁酸化量を適切に制御することができる。従って、表面不純物領域200の外縁Eo0,Eo1と電荷転送電極の内縁Ei0,Ei1とが一致するように形成することができる。そのため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャル凹凸が生じることなく、かつ、強電界が加わる個所が無いため、効率よい電荷転送および低い暗時出力が実現される。 The main points of the present embodiment will be described. In this embodiment, after the openings O 0 and O 1 are formed, the substrate surface is sufficiently oxidized to form the oxide film 107S having a thickness of 50 nm to 250 nm, so that crystal defects are confined in the oxide film 107S. Therefore, generation recombination current can be prevented and increase in dark output can be suppressed. The oxide film 107S is formed in the same process as the third insulating film 107C, but the film thickness of the third insulating film 107C changes depending on the impurity concentration of the polycrystalline silicon constituting the second layer transfer electrode 105. The film thickness is often different from that of the oxide film 107S. In the present embodiment, the phosphorus concentration of the polycrystalline silicon layers constituting the first and second layer transfer electrodes is 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less. The amount of side wall oxidation of the first-layer and second-layer transfer electrodes can be appropriately controlled. Accordingly, the outer edges E o0 and E o1 of the surface impurity region 200 can be formed so as to coincide with the inner edges E i0 and E i1 of the charge transfer electrode. Therefore, potential unevenness does not occur in the peripheral portion of the surface impurity region 200, and there is no portion where a strong electric field is applied, so that efficient charge transfer and low dark output are realized.

本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、リン濃度が高く、かつ表面不純物領域200の表面の酸化量が大きいと、図5(a)に示したのと同様、第1層転送電極104および第2層転送電極105の側壁酸化量が大きくなって、表面不純物領域200と第1層転送電極104または第2層転送電極105が大きく離れる。そのため、表面不純物領域200と第2層転送電極105との間でのポテンシャル凹凸が生じ、転送効率が低下する。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, when the phosphorus concentration is high and the amount of oxidation on the surface of the surface impurity region 200 is large, the first layer is the same as shown in FIG. The amount of side wall oxidation of the transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 increases, and the surface impurity region 200 and the first layer transfer electrode 104 or the second layer transfer electrode 105 are greatly separated. Therefore, potential unevenness occurs between the surface impurity region 200 and the second layer transfer electrode 105, and transfer efficiency decreases.

逆に、リン濃度が低く、かつ表面不純物領域200の表面の酸化量が小さいと、図5(b)に示したのと同様、第1層転送電極104および第2層転送電極105の側壁酸化量が小さくなって、表面不純物領域200と第1層転送電極104または第2層転送電極105が重なってしまう。そのため、強電界が加わる個所でTAT電流が生じ、暗時出力が増大する。   On the other hand, when the phosphorus concentration is low and the oxidation amount on the surface of the surface impurity region 200 is small, the side wall oxidation of the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 is the same as shown in FIG. The amount becomes small, and the surface impurity region 200 and the first layer transfer electrode 104 or the second layer transfer electrode 105 overlap. Therefore, a TAT current is generated at a place where a strong electric field is applied, and the dark output is increased.

また、表面不純物領域200の表面の酸化量が不十分であると、図6(a)に示したのと同様、酸化膜中に閉じ込めることができない結晶欠陥Mの数が増える。そのため、欠陥準位から生成再結合電流が生じ、暗時出力が増大する。   Further, if the surface oxidation amount of the surface impurity region 200 is insufficient, the number of crystal defects M that cannot be confined in the oxide film increases as shown in FIG. 6A. Therefore, a generated recombination current is generated from the defect level, and the dark output is increased.

これに対して、本実施の形態2に係る固体撮像装置100では多結晶シリコンから成る第2層転送電極104および第2層転送電極105のリン濃度を1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下に制限するとともに、表面不純物領域200の表面酸化量を50nm以上250nm以下に制限する。これによって、図9に示すように、第1層転送電極104および第2層転送電極105の側壁酸化量が適度となって、表面不純物領域200と第1層転送電極104または第2層転送電極105の位置関係を最適化できる。そのため、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャルの凹凸は生じることなく、転送効率が低下しない。さらに、強電界が加わる個所が無いのでTAT電流が生じることなく、暗時出力が増大しない。なお、第2層転送電極105のリン濃度を1.0×1019cm-3とした時の比抵抗は5.44mΩcm、1.5×1020cm-3としたときの比抵抗は0.55mΩcmである。従ってリン濃度を上記範囲にとることで、転送電極としての機能を良好に維持しつつ、転送効率を向上し、かつ暗時出力を低減することができる。 On the other hand, in the solid-state imaging device 100 according to the second embodiment, the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 made of polycrystalline silicon is 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1 In addition to limiting to 5 × 10 20 cm −3 or less, the amount of surface oxidation of the surface impurity region 200 is limited to 50 nm to 250 nm. As a result, as shown in FIG. 9, the amount of side wall oxidation of the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 becomes moderate, and the surface impurity region 200 and the first layer transfer electrode 104 or the second layer transfer electrode. The positional relationship of 105 can be optimized. Therefore, the unevenness of the potential does not occur in the peripheral portion of the surface impurity region 200, and the transfer efficiency does not decrease. Further, since there is no portion where a strong electric field is applied, no TAT current is generated and the dark output is not increased. The specific resistance when the phosphorus concentration of the second layer transfer electrode 105 is 1.0 × 10 19 cm −3 is 5.44 mΩcm, and the specific resistance when the phosphorus concentration is 1.5 × 10 20 cm −3 is 0.2. 55 mΩcm. Therefore, by setting the phosphorus concentration within the above range, it is possible to improve the transfer efficiency and reduce the dark output while maintaining a good function as the transfer electrode.

また、図6(b)に示したように、表面不純物領域200の表面の酸化量が、結晶欠陥Mを酸化膜107S中に閉じ込めるのに十分となる。そのため、欠陥準位から生成再結合電流がほとんど生じることなく、暗時出力が低減する。   Further, as shown in FIG. 6B, the amount of oxidation on the surface of the surface impurity region 200 is sufficient to confine the crystal defects M in the oxide film 107S. Therefore, almost no generation recombination current is generated from the defect level, and the dark output is reduced.

その結果、本実施の形態の固体撮像装置100は、表面不純物領域200の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減するとともに、表面不純物領域200と第1層転送電極104または第2層転送電極105の位置関係を最適化してTAT電流を低減することで、暗時出力を低減できる。さらに、表面不純物領域200と第1層転送電極104または第2層転送電極105の位置関係を最適化して表面不純物領域200周縁部のポテンシャル凹凸を低減することで、転送効率を向上できる。このため、SN比が高く、かつ、ボケの小さな画像を取得可能な固体撮像装置100を提供できる。   As a result, the solid-state imaging device 100 of the present embodiment sufficiently oxidizes the surface of the surface impurity region 200 to reduce the generated recombination current, and the surface impurity region 200 and the first layer transfer electrode 104 or the second layer. By optimizing the positional relationship of the transfer electrode 105 and reducing the TAT current, the dark output can be reduced. Further, by optimizing the positional relationship between the surface impurity region 200 and the first layer transfer electrode 104 or the second layer transfer electrode 105 to reduce potential unevenness at the peripheral portion of the surface impurity region 200, transfer efficiency can be improved. For this reason, it is possible to provide the solid-state imaging device 100 that has a high SN ratio and can acquire an image with a small blur.

ここで、本実施の形態2におけるTAT電流の発生による暗時出力増大のメカニズムは、実施の形態1と同様である。   Here, the mechanism of increase in dark output due to generation of the TAT current in the second embodiment is the same as that in the first embodiment.

なお、前記実施の形態2においては、第1層転送電極104および第2層転送電極105の内縁Ei1,Ei0が、前記一対の第1層転送電極間および前記一対の第2層転送電極間に形成された表面不純物領域200の外縁Eo1,Eo0をとおる、シリコン基板表面に垂直な垂線T1,T0上に位置したが、ちょうど線上でなくてもよく、電界が印加可能で、表面不純物領域200の周縁部にポテンシャルに凹凸ができない程度に、第1層および第2層転送電極104,105の内縁Ei1,Ei0と表面不純物領域200の外縁Eo1,Eo0とが離れていてもよい。また、TAT電流が発生しない程度に、第2層転送電極105の内縁Eiと表面不純物領域200の外縁Eoとが重なっていてもよい。 In the second embodiment, the inner edges E i1 and E i0 of the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 105 are arranged between the pair of first layer transfer electrodes and the pair of second layer transfer electrodes. Located on perpendicular lines T 1 and T 0 perpendicular to the surface of the silicon substrate through the outer edges E o1 and E o0 of the surface impurity region 200 formed between them, but not necessarily on the line, and an electric field can be applied. The inner edges E i1 , E i0 of the first layer and second layer transfer electrodes 104, 105 and the outer edges E o1 , E o0 of the surface impurity region 200 are so large that the peripheral edge of the surface impurity region 200 cannot be uneven. May be separated. Further, the inner edge E i of the second layer transfer electrode 105 and the outer edge E o of the surface impurity region 200 may overlap so that the TAT current is not generated.

また、前記実施の形態2においては、第1層および第2層転送電極104,105をリンを含む多結晶シリコンで形成したが、リンに限定されることなく、不純物拡散長と拡散温度とを考慮し、第1層および第2層転送電極104,105の不純物としてヒ素あるいはボロンを用いるなど不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御するようにしてもよい。さらには、表面不純物領域200の不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御することで、第1層転送電極および第2層転送電極104,105の内縁Ei1,Ei0が、前記一対の第1層転送電極間および前記一対の第2層転送電極間に形成された表面不純物領域200の外縁Eo1,Eo0をとおる、p型単結晶シリコン基板101の表面に垂直な垂線T1,T0上に位置するように構成することができる。 In the second embodiment, the first and second layer transfer electrodes 104 and 105 are formed of polycrystalline silicon containing phosphorus. However, the impurity diffusion length and the diffusion temperature are not limited to phosphorus. Considering this, the heat treatment conditions may be controlled after selecting the type of impurities such as using arsenic or boron as the impurities of the first and second layer transfer electrodes 104 and 105. Further, by selecting the type of impurities in the surface impurity region 200 and controlling the heat treatment conditions, the inner edges E i1 and E i0 of the first layer transfer electrode 104 and the second layer transfer electrode 104 105 are first layer transfer electrodes and between the outer edge E of the pair of second layer transfer electrode surface impurity region 200 formed between o1 of, E o0 the passing, p-type single-crystal surface in line perpendicular T 1 of the silicon substrate 101 , T 0 .

なお、前記実施の形態1,2においては、画素アレイ110の形成されたp型単結晶シリコン基板101に、信号処理回路130を集積化して形成した例について説明したが、これに限定されず、信号処理回路130は別設してもよいし、画素アレイ110を搭載した基板上に信号処理回路130を搭載したチップを搭載してハイブリッド構造としてもよい。   In the first and second embodiments, the example in which the signal processing circuit 130 is integrated on the p-type single crystal silicon substrate 101 on which the pixel array 110 is formed has been described. However, the present invention is not limited to this. The signal processing circuit 130 may be provided separately, or a chip having the signal processing circuit 130 mounted on a substrate on which the pixel array 110 is mounted may have a hybrid structure.

ここで、前記実施の形態1,2の固体撮像装置100としては、光領域全体を検出するパンクロマティック検出器と、カラーフィルタを上方に配置することで光領域をいくつかに分割して検出するマルチバンド検出器の2種類がある。本実施の形態においては、パンクロマティック検出器とマルチバンド検出器の両方を対象とする。   Here, as the solid-state imaging device 100 of the first and second embodiments, a panchromatic detector that detects the entire light region and a color filter are arranged above to detect the light region by dividing it into several parts. There are two types of multiband detectors. In the present embodiment, both panchromatic detectors and multiband detectors are targeted.

また、信号電荷の読出し方式によっても、前記実施の形態1,2の固体撮像装置100は2種類に分類できる。1つは、垂直CCD112と光電変換部RLとを並列に配置したエリアセンサであって、読出し方式がフレーム転送およびインターライン転送の場合に用いる検出器である。他の1つは、垂直CCD112が光電変換部RLを含んでおり、ラインセンサであって、読出し方式がTDI(Time Delay Integration)の場合に用いる検出器である。本実施の形態においては、エリアセンサとラインセンサの両方を対象とする。 Also, the solid-state imaging device 100 according to the first and second embodiments can be classified into two types depending on the signal charge readout method. One is an area sensor in which the vertical CCD 112 and the photoelectric conversion unit RL are arranged in parallel, and is a detector used when the readout method is frame transfer or interline transfer. The other one is a detector that is used when the vertical CCD 112 includes a photoelectric conversion unit RL , is a line sensor, and a readout method is TDI (Time Delay Integration). In the present embodiment, both area sensors and line sensors are targeted.

なお、前記実施の形態1,2においては、半導体基板として、p型単結晶シリコン基板101を用いたが、p型に限らずn型でもよく、SiCなどのシリコン系基板でもよく、また基板上に非晶質シリコン系薄膜層を形成した基板あるいは、SOI(Silicon on insulator)基板などの張り合わせ基板でもよい。   In the first and second embodiments, the p-type single crystal silicon substrate 101 is used as the semiconductor substrate. However, the p-type single crystal silicon substrate 101 is not limited to the p-type, and may be an n-type, a silicon-based substrate such as SiC, and the like. Alternatively, a substrate on which an amorphous silicon-based thin film layer is formed, or a bonded substrate such as an SOI (Silicon on Insulator) substrate may be used.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。   The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

100 固体撮像装置、101 p型単結晶シリコン基板、101n nチャネル領域、103R 画素分離領域、103G OFG、103D OFD、104 第1層転送電極、105 第2層転送電極、106 仮想電極、107A 第1の絶縁膜、107B 第2の絶縁膜、107C 第3の絶縁膜、107S 酸化膜、108a 第4の絶縁膜、108b 保護膜、109 配線層、110 画素アレイ、111 画素、RL 光電変換部、RDiv 素子間部、112 垂直CCD、113 水平CCD、114 出力アンプ、120 フォトダイオード部、130 信号処理回路、Dv 垂直方向、DH 水平方向、O,O0,O1 開口部、M 結晶欠陥、Ei,Ei0,Ei1 内縁、Eo,Eo0,Eo1 外縁、T,T0,T1 垂線、RT 転送部、200 表面不純物領域。
100 solid-state imaging device, 101 p-type single crystal silicon substrate, 101 n-n channel region, 103R pixel isolation region, 103G OFG, 103D OFD, 104 first layer transfer electrode, 105 second layer transfer electrode, 106 virtual electrode, 107A first , 107B second insulating film, 107C third insulating film, 107S oxide film, 108a fourth insulating film, 108b protective film, 109 wiring layer, 110 pixel array, 111 pixel, RL photoelectric conversion unit, R Div inter-element section, 112 vertical CCD, 113 horizontal CCD, 114 output amplifier, 120 photodiode section, 130 signal processing circuit, D v vertical direction, DH horizontal direction, O, O 0 , O 1 opening, M crystal defect, E i, E i0, E i1 inner edge, E o, E o0, E o1 outer edge, T, T 0, T 1 perpendicular, R T transfer unit, 200 a surface impurity regions.

Claims (12)

チャネル領域を備えた半導体基板と、
前記半導体基板表面に第1の絶縁膜を介して、形成された複数の第1層転送電極と、前記第1層転送電極間から前記第1層転送電極上に第2の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第2層転送電極とからなり、光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、
前記第1層転送電極および前記第2層転送電極の配列方向に沿って形成され前記第2層転送電極を、一対の第2層転送電極に分離する開口部と、
前記開口部から露呈する、前記チャネル領域および該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなる仮想電極とを備えた電荷結合素子であって、
前記開口部を臨む前記一対の第2層転送電極の内縁が、
前記一対の第2層転送電極間に形成された前記表面不純物領域の外縁をとおる、前記半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、
前記表面不純物領域の表面に50nm以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする電荷結合素子。
A semiconductor substrate with a channel region;
A plurality of first layer transfer electrodes formed on the surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a second insulating film on the first layer transfer electrode from between the first layer transfer electrodes. A transfer unit that partially overlaps and is formed of the formed second layer transfer electrode, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit;
An opening formed along an arrangement direction of the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode and separating the second layer transfer electrode into a pair of second layer transfer electrodes;
A charge coupled device comprising: the channel region exposed from the opening; and a virtual electrode formed of a surface impurity region formed on a surface of the channel region,
Inner edges of the pair of second layer transfer electrodes facing the opening,
Located on a perpendicular line passing through the outer edge of the surface impurity region formed between the pair of second layer transfer electrodes and perpendicular to the surface of the semiconductor substrate;
A charge-coupled device comprising an oxide film having a thickness of 50 nm or more on a surface of the surface impurity region.
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第2層転送電極は、
リン濃度が1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下のリンドープの多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項1に記載の電荷結合素子。
The semiconductor substrate is a silicon substrate;
The second layer transfer electrode is
2. The charge-coupled device according to claim 1, wherein the charge-coupled device is a phosphorus-doped polycrystalline silicon layer having a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less.
前記酸化膜の膜厚は、250nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の電荷結合素子。   The charge coupled device according to claim 1, wherein the oxide film has a thickness of 250 nm or less. 請求項1から3のいずれか1項に記載の電荷結合素子を垂直方向および水平方向に複数配列して形成された画素アレイと、
前記画素アレイの出力を処理する信号処理回路とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array formed by arranging a plurality of the charge coupled devices according to any one of claims 1 to 3 in a vertical direction and a horizontal direction;
A solid-state imaging device comprising: a signal processing circuit that processes an output of the pixel array.
チャネル領域を備えた半導体基板と、
前記半導体基板表面に第1の絶縁膜を介して、形成された複数の第1層転送電極と、前記第1層転送電極間から前記第1層転送電極上に第2の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第2層転送電極とからなり、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、
前記第1層転送電極および前記第2層転送電極の配列方向に沿って形成され前記第1層転送電極および第2層転送電極を、それぞれ一対の第1層転送電極および一対の第2層転送電極に分離する開口部と、
前記開口部から露呈する、前記チャネル領域および該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなるフォトダイオード部とを備えた電荷結合素子であって、
前記開口部を臨む前記一対の第1層転送電極および前記一対の第2層転送電極の内縁が、
前記一対の第1層転送電極間および前記一対の第2層転送電極間に形成された前記表面不純物領域の外縁をとおる、前記半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、
前記表面不純物領域の表面に50nm以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする電荷結合素子。
A semiconductor substrate with a channel region;
A plurality of first layer transfer electrodes formed on the surface of the semiconductor substrate via a first insulating film, and a second insulating film on the first layer transfer electrode from between the first layer transfer electrodes. A transfer unit that partially overlaps and is formed of the formed second layer transfer electrode, and transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
The first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode formed along the arrangement direction of the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode are respectively connected to a pair of first layer transfer electrode and a pair of second layer transfer. An opening that separates into electrodes;
A charge coupled device comprising: the channel region exposed from the opening; and a photodiode portion comprising a surface impurity region formed on a surface of the channel region,
Inner edges of the pair of first layer transfer electrodes and the pair of second layer transfer electrodes facing the opening,
Located on a perpendicular perpendicular to the surface of the semiconductor substrate passing through the outer edge of the surface impurity region formed between the pair of first layer transfer electrodes and between the pair of second layer transfer electrodes,
A charge-coupled device comprising an oxide film having a thickness of 50 nm or more on a surface of the surface impurity region.
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第1層転送電極および第2層転送電極は、
リン濃度が1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下の多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項5に記載の電荷結合素子。
The semiconductor substrate is a silicon substrate;
The first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode are:
6. The charge-coupled device according to claim 5, wherein the charge-coupled device is a polycrystalline silicon layer having a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less.
前記酸化膜の膜厚は、250nm以下であることを特徴とする請求項5または6に記載の電荷結合素子。   The charge coupled device according to claim 5, wherein the oxide film has a thickness of 250 nm or less. 請求項5から7のいずれか1項に記載の電荷結合素子を垂直方向および水平方向に複数配列して形成された画素アレイと、
前記画素アレイの出力を処理する信号処理回路とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array formed by arranging a plurality of the charge coupled devices according to claim 5 in the vertical direction and the horizontal direction,
A solid-state imaging device comprising: a signal processing circuit that processes an output of the pixel array.
第1導電型の半導体基板表面に第2導電型の不純物領域を形成するチャネル形成工程と、
前記半導体基板表面に第1の絶縁膜を形成した後、不純物を含有する多結晶シリコン層からなる第1層転送電極を形成する工程と、
前記第1層転送電極間から第2の絶縁膜を介して前記第1層転送電極上に一部重なって、不純物を含有する多結晶シリコン層からなる第2層転送電極を形成する工程と、
前記第2層転送電極の一部をエッチングして開口部を形成し、一対の第2層転送電極を形成する工程と、
前記開口部から露呈する前記半導体基板表面に表面不純物領域を形成する工程と、
熱酸化を行い、前記表面不純物領域の表面および前記第2層転送電極表面に酸化膜を形成する工程とを含み、
前記表面不純物領域の表面に第2層転送電極を形成する工程は、
前記表面不純物領域の表面に形成すべき酸化膜の膜厚に応じて、前記第2層転送電極の不純物濃度を決定する工程を含み、
前記開口部で分離することで形成された一対の第2層転送電極の内縁が、
前記一対の第2層転送電極間に形成された表面不純物領域の外縁をとおる、前記半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、
前記酸化膜の膜厚が、前記表面不純物領域の表面で50nm以上であることを特徴とする電荷結合素子の製造方法。
A channel forming step of forming a second conductivity type impurity region on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a first transfer film comprising a polycrystalline silicon layer containing impurities after forming a first insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a second layer transfer electrode made of a polycrystalline silicon layer containing impurities, partially overlapping between the first layer transfer electrodes via the second insulating film on the first layer transfer electrode;
Etching a part of the second layer transfer electrode to form an opening and forming a pair of second layer transfer electrodes;
Forming a surface impurity region on the surface of the semiconductor substrate exposed from the opening;
Performing a thermal oxidation, and forming an oxide film on the surface of the surface impurity region and the surface of the second layer transfer electrode,
Forming the second layer transfer electrode on the surface of the surface impurity region,
Determining the impurity concentration of the second layer transfer electrode according to the thickness of the oxide film to be formed on the surface of the surface impurity region,
Inner edges of a pair of second layer transfer electrodes formed by separating at the opening,
Located on a perpendicular line passing through the outer edge of the surface impurity region formed between the pair of second layer transfer electrodes and perpendicular to the surface of the semiconductor substrate;
The method of manufacturing a charge coupled device, wherein the oxide film has a thickness of 50 nm or more on the surface of the surface impurity region.
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第2層転送電極は、
リン濃度が1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下の多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項9に記載の電荷結合素子の製造方法。
The semiconductor substrate is a silicon substrate;
The second layer transfer electrode is
The method for manufacturing a charge-coupled device according to claim 9, wherein the polycrystalline silicon layer has a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less.
前記酸化膜の膜厚は、250nm以下であることを特徴とする請求項9または10に記載の電荷結合素子の製造方法。   11. The method of manufacturing a charge coupled device according to claim 9, wherein the oxide film has a thickness of 250 nm or less. 前記第1層転送電極は、
リン濃度が1.0×1019cm-3以上1.5×1020cm-3以下の多結晶シリコン層であり、
前記開口部を形成する工程は、
前記第1層転送電極および前記第2層転送電極をエッチングして開口部を形成する工程であり、
前記酸化膜を形成する工程は、
熱酸化を行い、前記開口部に露呈する前記不純物領域および前記第1層転送電極および前記第2層転送電極表面に酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載の電荷結合素子の製造方法。
The first layer transfer electrode is
A polycrystalline silicon layer having a phosphorus concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 1.5 × 10 20 cm −3 or less,
The step of forming the opening includes
Etching the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode to form an opening;
The step of forming the oxide film includes
12. The method according to claim 9, further comprising a step of performing thermal oxidation to form an oxide film on the surface of the impurity region exposed to the opening, the first layer transfer electrode, and the second layer transfer electrode. The manufacturing method of the charge coupled device of any one of Claims 1.
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