JP2017152438A - Solid state image pickup device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
従来の固体撮像装置は、フォトダイオードで生成される光電変換キャリアが一時蓄積するための浮遊拡散層に転送ゲート電極によって転送され、浮遊拡散層に一時蓄積されたキャリアはリセットゲート電極によって拡散層に放出されるようになっている(例えば特許文献1参照)。転送ゲート電極、フォトダイオードの蓄積層及び浮遊拡散層によって転送トランジスターが構成され、リセットゲート電極、浮遊拡散層及び高濃度拡散層によってリセットトランジスターが構成される。 In a conventional solid-state imaging device, photoelectric conversion carriers generated by a photodiode are transferred to a floating diffusion layer for temporary storage by a transfer gate electrode, and the carriers temporarily stored in the floating diffusion layer are transferred to a diffusion layer by a reset gate electrode. It is made to discharge | release (for example, refer patent document 1). The transfer gate electrode, the storage layer of the photodiode, and the floating diffusion layer constitute a transfer transistor, and the reset gate electrode, the floating diffusion layer, and the high concentration diffusion layer constitute a reset transistor.
上記の固体撮像装置において、転送ゲート電極及びリセットゲート電極それぞれのオフ時のポテンシャル高さが異なる場合、浮遊拡散層の容量低下または転送残りが起きる場合がある。 In the above-described solid-state imaging device, when the transfer gate electrode and the reset gate electrode have different potential heights when they are turned off, the capacity of the floating diffusion layer may be reduced or the transfer residue may occur.
図16(A)および図16(B)に詳細を示す。ここでは、ポテンシャル井戸が深いほどポテンシャル高さが高く、電位が高い。図16(A)に示すように、リセットゲート電極のオフ時のポテンシャル高さ41より転送ゲート電極のオフ時のポテンシャル高さ40の方が低い場合は、転送ゲート電極及びリセットゲート電極それぞれがオフ時に浮遊拡散層に蓄積されたキャリアの一部が放出され、リセットトランジスターの拡散層へ落ちてしまうことがある。そのため、浮遊拡散層の容量が低下することになる。また、図16(B)に示すように、転送ゲート電極のオフ時のポテンシャル高さ40よりリセットゲート電極のオフ時のポテンシャル高さ41の方が低い場合は、浮遊拡散層の容量は減らないものの、転送元から浮遊拡散層に転送ゲート電極によって転送されたキャリアの一部が逆流して転送元に残される転送残りが生じることがある。
Details are shown in FIG. 16 (A) and FIG. 16 (B). Here, the deeper the potential well, the higher the potential height and the higher the potential. As shown in FIG. 16A, when the
本発明の幾つかの態様は、浮遊拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる固体撮像装置またはその製造方法に関連している。 Some embodiments of the present invention relate to a solid-state imaging device or a method of manufacturing the same that can suppress the capacity reduction or transfer residue of the floating diffusion layer.
本発明の一態様は、第1の第2導電型拡散層と、前記第1の第2導電型拡散層上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記第1の第2導電型拡散層に形成された第2の第2導電型拡散層と、前記第1の第2導電型拡散層上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第1の第2導電型拡散層に形成された第3の第2導電型拡散層と、を有し、前記第1の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第2の第2導電型拡散層と接続されており、前記第2の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第3の第2導電型拡散層と接続されており、前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、前記第1の第2導電型拡散層、前記第2の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第2の第2導電型拡散層、前記第3の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置である。 One embodiment of the present invention includes a first second conductivity type diffusion layer, a first gate insulating film formed on the first second conductivity type diffusion layer, and the first gate insulating film. The first gate electrode formed, the second second conductivity type diffusion layer formed in the first second conductivity type diffusion layer, and the first second conductivity type diffusion layer formed on the first gate electrode. A second gate insulating film; a second gate electrode formed on the second gate insulating film; and a third second conductive type diffusion layer formed on the first second conductive type diffusion layer. The first second conductivity type diffusion layer is connected to the second second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode, and the second second conductivity type diffusion layer is connected to the second second conductivity type diffusion layer. The layer is connected to the third second conductivity type diffusion layer by the second gate electrode, and the gate length of the first gate electrode is the second gate electrode. A gate width of the first gate electrode is substantially the same as a gate width of the second gate electrode, and the first second conductivity type diffusion layer, The threshold voltage of the first transistor including the second second conductivity type diffusion layer and the first gate electrode is set to be the second second conductivity type diffusion layer, the third second conductivity type diffusion layer, and The solid-state imaging device is characterized by being substantially the same as a threshold voltage of a second transistor including the second gate electrode.
上記本発明の一態様によれば、第1のゲート電極のゲート長を、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一とし、前記第1のゲート電極のゲート幅を、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一とし、前記第1の第2導電型拡散層、前記第2の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧を、前記第2の第2導電型拡散層、前記第3の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一とする。これにより、第1のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さと第2のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さを略同一にすることができる。その結果、第2の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, the gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode, and the gate width of the first gate electrode is set to be the second gate. The threshold voltage of the first transistor including the first second conductivity type diffusion layer, the second second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the electrode. The threshold voltage of the second transistor including the second second conductivity type diffusion layer, the third second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode is substantially the same. Thereby, the potential height when the first gate electrode is off and the potential height when the second gate electrode is off can be made substantially the same. As a result, it is possible to suppress a decrease in capacity or transfer residue of the second second conductivity type diffusion layer.
また、上記の本発明の一態様において、前記第1の第2導電型拡散層は、第1導電型ウェルに形成されていてもよい。この態様においても、第2の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 In the aspect of the present invention described above, the first second conductivity type diffusion layer may be formed in a first conductivity type well. Also in this aspect, it is possible to suppress the capacity drop or the transfer residue of the second second conductivity type diffusion layer.
本発明の一態様は、第1導電型ウェルと、前記第1導電型ウェルに形成された第4の第2導電型拡散層と、前記第1導電型ウェル上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記第1導電型ウェルに形成された第5の第2導電型拡散層と、前記第1導電型ウェル上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第1導電型ウェルに形成された第6の第2導電型拡散層と、を有し、前記第4の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第5の第2導電型拡散層と接続されており、前記第5の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第6の第2導電型拡散層と接続されており、前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、前記第4の第2導電型拡散層、前記第5の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第5の第2導電型拡散層、前記第6の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置である。 One embodiment of the present invention includes a first conductivity type well, a fourth second conductivity type diffusion layer formed in the first conductivity type well, and a first gate formed on the first conductivity type well. An insulating film; a first gate electrode formed on the first gate insulating film; a fifth second conductive type diffusion layer formed on the first conductive type well; and the first conductive type well. A second gate insulating film formed thereon; a second gate electrode formed on the second gate insulating film; and a sixth second conductivity type diffusion formed in the first conductivity type well. And the fourth second conductivity type diffusion layer is connected to the fifth second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode, and the fifth second conductivity type. The diffusion layer is connected to the sixth second conductivity type diffusion layer by the second gate electrode, and the first gate electrode The gate length of the second gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode, and the gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode. The threshold voltage of the first transistor including the second conductivity type diffusion layer, the fifth second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is set to be the fifth second conductivity type diffusion layer, the first 6 is a solid-state imaging device characterized by being substantially the same as the threshold voltage of the second transistor including the second conductive type diffusion layer 6 and the second gate electrode.
上記本発明の一態様によれば、第1のゲート電極のゲート長を、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一とし、前記第1のゲート電極のゲート幅を、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一とし、前記第4の第2導電型拡散層、前記第5の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧を、前記第5の第2導電型拡散層、前記第6の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一とする。これにより、第1のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さと第2のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さを略同一にすることができる。その結果、第5の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, the gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode, and the gate width of the first gate electrode is set to be the second gate. The threshold voltage of the first transistor including the fourth second conductivity type diffusion layer, the fifth second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the electrode. The threshold voltage of the second transistor including the fifth second conductivity type diffusion layer, the sixth second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode is substantially the same. Thereby, the potential height when the first gate electrode is off and the potential height when the second gate electrode is off can be made substantially the same. As a result, it is possible to suppress a decrease in capacity or transfer residue of the fifth second conductivity type diffusion layer.
また、上記の本発明の一態様において、前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚と略同一であるとよい。この態様においても、第5の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 In the above embodiment of the present invention, the thickness of the first gate insulating film is preferably substantially the same as the thickness of the second gate insulating film. Also in this aspect, it is possible to suppress the capacity reduction or transfer residue of the fifth second conductivity type diffusion layer.
また、上記の本発明の一態様において、前記第1の第2導電型拡散層における前記第1のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度は、前記第1の第2導電型拡散層における前記第2のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度と略同一であるとよい。この態様においても、第5の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 In the aspect of the present invention described above, the concentration of the impurity region located below the first gate electrode in the first second conductivity type diffusion layer may be the same as that in the first second conductivity type diffusion layer. The concentration of the impurity region located below the second gate electrode is preferably substantially the same. Also in this aspect, it is possible to suppress the capacity reduction or transfer residue of the fifth second conductivity type diffusion layer.
また、上記の本発明の一態様において、前記第1導電型ウェルにおける前記第1のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度は、前記第1導電型ウェルにおける前記第2のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度と略同一であるとよい。この態様においても、第5の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 In the aspect of the present invention described above, the concentration of the impurity region located below the first gate electrode in the first conductivity type well is below the second gate electrode in the first conductivity type well. It is preferable that the concentration is substantially the same as the concentration of the impurity region located in the region. Also in this aspect, it is possible to suppress the capacity reduction or transfer residue of the fifth second conductivity type diffusion layer.
本発明の一態様は、第1の第2導電型拡散層に第2の第2導電型拡散層を形成する工程と、前記第1の第2導電型拡散層上に第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程と、前記第1の第2導電型拡散層に第3の第2導電型拡散層を前記第2のゲート電極に対して自己整合的に形成する工程と、を有し、前記第1の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第2の第2導電型拡散層と接続されており、前記第2の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第3の第2導電型拡散層と接続されており、前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、前記第1の第2導電型拡散層、前記第2の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第2の第2導電型拡散層、前記第3の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法である。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a second second conductivity type diffusion layer in the first second conductivity type diffusion layer, and a first gate insulating film on the first second conductivity type diffusion layer. And forming a second gate insulating film, and forming a first gate electrode on the first gate insulating film and forming a second gate electrode on the second gate insulating film. And forming a third second conductivity type diffusion layer in the first second conductivity type diffusion layer in a self-aligned manner with respect to the second gate electrode. The second conductivity type diffusion layer is connected to the second second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode, and the second second conductivity type diffusion layer is connected to the second gate electrode by the second gate electrode. The gate length of the first gate electrode is connected to the third second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode The gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode, and the first second conductivity type diffusion layer, the second second gate electrode, The threshold voltage of the first transistor including the two-conductivity type diffusion layer and the first gate electrode is the second second-conductivity type diffusion layer, the third second-conductivity type diffusion layer, and the second transistor. A method for manufacturing a solid-state imaging device, characterized in that the threshold voltage of the second transistor including the gate electrode is substantially the same.
上記本発明の一態様によれば、第1のゲート電極のゲート長を、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一とし、前記第1のゲート電極のゲート幅を、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一とし、前記第1の第2導電型拡散層、前記第2の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧を、前記第2の第2導電型拡散層、前記第3の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一とする。これにより、第1のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さと第2のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さを略同一にすることができる。その結果、第2の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, the gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode, and the gate width of the first gate electrode is set to be the second gate. The threshold voltage of the first transistor including the first second conductivity type diffusion layer, the second second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the electrode. The threshold voltage of the second transistor including the second second conductivity type diffusion layer, the third second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode is substantially the same. Thereby, the potential height when the first gate electrode is off and the potential height when the second gate electrode is off can be made substantially the same. As a result, it is possible to suppress a decrease in capacity or transfer residue of the second second conductivity type diffusion layer.
本発明の一態様は、第1導電型ウェルに第4の第2導電型拡散層及び第5の第2導電型拡散層を形成する工程と、前記第1導電型ウェル上に第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程と、前記第1導電型ウェルに第6の第2導電型拡散層を前記第2のゲート電極に対して自己整合的に形成する工程と、を有し、前記第4の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第5の第2導電型拡散層と接続されており、前記第5の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第6の第2導電型拡散層と接続されており、前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、前記第4の第2導電型拡散層、前記第5の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第5の第2導電型拡散層、前記第6の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法である。 According to one embodiment of the present invention, a step of forming a fourth second conductivity type diffusion layer and a fifth second conductivity type diffusion layer in the first conductivity type well, and a first gate on the first conductivity type well Forming an insulating film and a second gate insulating film; forming a first gate electrode on the first gate insulating film; and forming a second gate electrode on the second gate insulating film And a step of forming a sixth second conductivity type diffusion layer in the first conductivity type well in a self-aligned manner with respect to the second gate electrode, and the fourth second conductivity. The type diffusion layer is connected to the fifth second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode, and the fifth second conductivity type diffusion layer is connected to the sixth gate electrode by the second gate electrode. A gate length of the first gate electrode is the second gate type diffusion layer. The gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode, and the fourth second conductivity type diffusion layer, The threshold voltage of the first transistor including the second conductivity type diffusion layer 5 and the first gate electrode is set to the fifth second conductivity type diffusion layer, the sixth second conductivity type diffusion layer, and The solid-state imaging device manufacturing method is characterized in that the threshold voltage of the second transistor including the second gate electrode is substantially the same.
上記本発明の一態様によれば、第1のゲート電極のゲート長を、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一とし、前記第1のゲート電極のゲート幅を、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一とし、前記第4の第2導電型拡散層、前記第5の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧を、前記第5の第2導電型拡散層、前記第6の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一とする。これにより、第1のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さと第2のゲート電極のオフ時のポテンシャル高さを略同一にすることができる。その結果、第5の第2導電型拡散層の容量低下または転送残りを抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, the gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode, and the gate width of the first gate electrode is set to be the second gate. The threshold voltage of the first transistor including the fourth second conductivity type diffusion layer, the fifth second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the electrode. The threshold voltage of the second transistor including the fifth second conductivity type diffusion layer, the sixth second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode is substantially the same. Thereby, the potential height when the first gate electrode is off and the potential height when the second gate electrode is off can be made substantially the same. As a result, it is possible to suppress a decrease in capacity or transfer residue of the fifth second conductivity type diffusion layer.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.
[実施の形態1]
図1(A)は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図1(B)は、図1(A)に示すa−a'線に沿った断面図であり、図1(C)は、図1(A)に示すb−b'線に沿った断面図である。
[Embodiment 1]
1A is a plan view illustrating a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line aa ′ illustrated in FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line bb ′ shown in FIG.
半導体基板としてのN型シリコン基板11にはP型ウェル12が形成されており、P型ウェル12には素子分離膜としてのLOCOS酸化膜13が形成されている。LOCOS酸化膜13の内側にはアクティブ領域14が形成される。LOCOS酸化膜13の下及びアクティブ領域14側(素子領域側)にはP型高濃度ウェル15が形成されている。P型高濃度ウェル15はP型ウェル12より高濃度のウェルである。これにより、P型高濃度ウェル15が画素の分離領域を形成するウェルを兼ねることができ、素子分離の機能を高めることができる。なお、本実施の形態では、素子分離膜としてLOCOS酸化膜13を用いているが、これに限定されるものではなく、トレンチ素子分離膜等の他の素子分離膜を用いることも可能である。
A P-
P型高濃度ウェル15の内側に位置するP型ウェル12にはN型蓄積層17が形成されている。N型蓄積層17は、光電変換キャリアを蓄積する層であり、光電変換素子(フォトダイオード)23の一部を構成する。
An N-
P型ウェル12の表面上にはゲート絶縁膜11aを介して転送ゲート電極(以下、「転送電極」ともいう。)21が形成されており、P型ウェル12の表面上にはゲート絶縁膜11bを介してリセットゲート電極(以下、「リセット電極」ともいう。)22が形成されている。
A transfer gate electrode (hereinafter also referred to as “transfer electrode”) 21 is formed on the surface of the P-type well 12 via a
P型高濃度ウェル15の内側に位置するP型ウェル12にはN型低濃度拡散層18が形成されており、N型低濃度拡散層18は転送電極21とリセット電極22の相互間に位置する。N型低濃度拡散層18は、転送電極21とリセット電極22の相互間に位置するLOCOS酸化膜13、転送電極21及びリセット電極22に対して自己整合的に形成されている。N型低濃度拡散層18の表面にはN型中濃度拡散層19が形成されており、N型低濃度拡散層18及びN型中濃度拡散層19によってN型浮遊拡散層24が形成される。つまり、N型浮遊拡散層24は、LOCOS酸化膜13の相互間に位置し、且つ転送電極21とリセット電極22との間に位置する。
An N-type low
N型浮遊拡散層24は、転送電極21によってN型蓄積層17と接続されている。つまり、転送電極21、N型蓄積層17及びN型浮遊拡散層24によって転送トランジスターが構成され、光電変換素子23のN型蓄積層17に光電変換キャリアが蓄積され、その光電変換キャリアは転送電極21によってN型浮遊拡散層24に転送される。
The N-type floating
P型高濃度ウェル15の内側に位置するP型ウェル12にはN型高濃度拡散層20が形成されており、N型高濃度拡散層20はリセット電極22に対して自己整合的に形成されている。N型高濃度拡散層20、N型低濃度拡散層18、N型蓄積層17の順に深さが深くなっている(図1(B)参照)。
An N-type high
N型浮遊拡散層24は、リセット電極22によってN型高濃度拡散層20と接続されている。つまり、リセット電極22、N型浮遊拡散層24及びN型高濃度拡散層20によってリセットトランジスターが構成され、N型浮遊拡散層24に一時蓄積されたキャリアはリセット電極22によってN型高濃度拡散層20に放出される。
The N-type floating
N型蓄積層17の表面及びN型蓄積層17に隣接するP型高濃度ウェル15の表面にはP型表面拡散層16が形成されている。このP型表面拡散層16の濃度はP型ウェル12の濃度より高い。このP型表面拡散層16は、光電変換素子23において光によらない熱励起キャリアによって生じる暗電流を抑制する為に設けるピニング層を兼ねる。
A P-type
また、P型表面拡散層16は、N型低濃度拡散層18の表面にも形成され、転送電極21からリセット電極22まで連続的に形成されている。P型表面拡散層16は、転送電極21、リセット電極22、LOCOS酸化膜13及びレジストマスク(図示せず)をマスクとしてイオン注入されることで形成されている。このレジストマスクの開口領域16aは図1(A)に示されている。P型表面拡散層16は、LOCOS酸化膜13のアクティブ領域14側(素子領域側)に形成されている。P型表面拡散層16はP型高濃度ウェル15に電気的に接続されており、P型高濃度ウェル15はP型ウェル12に電気的に接続されている。これにより、P型ウェル12の電位を表面に伝えることができる。
The P-type
また、N型低濃度拡散層18の表面に形成されるP型表面拡散層16と、N型蓄積層17の表面に形成されるP型表面拡散層16を同じイオン注入工程で形成することにより、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。
Further, the P-type
図1(C)に示すように、P型高濃度ウェル15は、N型浮遊拡散層24のN型低濃度拡散層18の側面とP型ウェル12との境界に形成されており、N型低濃度拡散層18の底面には形成されていない。
As shown in FIG. 1C, the P-type
P型高濃度ウェル15は、転送トランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域14の端部、リセットトランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域14の端部、N型浮遊拡散層24のキャリア転送方向に垂直な方向のアクティブ領域14の端部に連続的に形成されている。
The P-type
P型表面拡散層16は、転送トランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域14の端部、リセットトランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域14の端部、N型浮遊拡散層24のキャリア転送方向に垂直な方向のアクティブ領域14の端部を含み、N型中濃度拡散層19近くまで延在する。
The P-type
本実施の形態によれば、図1(C)に示すようにN型浮遊拡散層24が反対導電型のP型表面拡散層16とP型高濃度ウェル15に挟まれることにより、N型浮遊拡散層24のキャリア蓄積領域の周囲を空乏化させることができ、キャリア蓄積領域の容量を小さくすることができる。従って、転送効率を犠牲にすることなく(転送路の幅に関係なく)、N型浮遊拡散層24の低容量化を実現できる。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 1C, the N-type floating
つまり、転送路の幅を大きくして転送効率を高くしても、N型浮遊拡散層24がP型表面拡散層16とP型高濃度ウェル15に挟まれることで、N型浮遊拡散層24のキャリア蓄積領域の周囲を空乏化して、キャリア蓄積領域の容量を小さくすることができる。従って、光電変換キャリアを電圧に変換する変換ゲインを大きくすることができる。
That is, even if the width of the transfer path is increased to increase the transfer efficiency, the N-type floating
上記の効果をさらに詳細に説明する。
図2は、図1(C)に示すN型浮遊拡散層24のN型低濃度領域18からP型表面拡散層16とP型高濃度ウェル15を無くしたものの断面図である。
The above effect will be described in more detail.
FIG. 2 is a sectional view of the N-type low-
図1(C)に示すN型低濃度拡散層18にはP型表面拡散層16とP型高濃度ウェル15によって空乏層が形成されるのに対し、図2に示すN型低濃度拡散層18には、P型表面拡散層16とP型高濃度ウェル15が無いため、そのような空乏層は形成されない。それにより、図1(C)に示すN型浮遊拡散層24では、キャリア蓄積領域の容量(断面積)を小さくすることができる。キャリアの蓄積量Qとキャリア蓄積領域の容量Cと出力電圧Vとの関係はV=Q/Cであるため、容量Cを小さくすればキャリア蓄積領域に蓄積されるキャリアが同じ数でも出力電圧Vを高くすることができる。よって、光電変換キャリアを電圧に変換する変換ゲインを大きくすることができる。
A depletion layer is formed by the P-type
なお、N型浮遊拡散層24の低容量化を実現するためにはP型表面拡散層16及びP型高濃度ウェル15それぞれの濃度がP型ウェル12の濃度より高くなくてもよい。
In order to realize a reduction in the capacity of the N-type floating
N型蓄積層17は、転送電極21によってN型浮遊拡散層24と接続されている。N型浮遊拡散層24は、リセット電極22によってN型濃度拡散層20と接続されている。転送電極21のゲート長L4は、リセット電極22のゲート長L3と略同一である。ここでいう「L4がL3と略同一」とは、リセット電極22の寸法L3及び転送電極21の寸法L4を所定の寸法に設定した場合、その所定の寸法に対して±14%以内の範囲にL3とL4が含まれていることを意味する。
The N-
転送電極21のゲート幅W4は、リセット電極22のゲート幅W3と略同一である。ゲート幅W3及びゲート幅W4は、図1(A)に示すアクティブ領域14の寸法W3及びW4に相当する。ここでいう「W4がW3と略同一」とは、W3とW4を所定の寸法に設定した場合、その所定の寸法に対して±11%以内の範囲にW3とW4が含まれていることを意味する。
The gate width W4 of the
また、N型蓄積層17、N型浮遊拡散層24及び転送電極21を含む転送トランジスターのしきい値電圧Vth3は、N型浮遊拡散層24、N型高濃度拡散層20及びリセット電極22を含むリセットトランジスターのしきい値電圧Vth4と略同一である。ここでいう「Vth3がVth4と略同一」とは、Vth3とVth4を所定のしきい値に設定した場合、その所定のしきい値に対して±3.0%以内の範囲にVth3とVth4が含まれていることを意味する。
The threshold voltage Vth3 of the transfer transistor including the N-
ゲート絶縁膜11aの膜厚T4は、ゲート絶縁膜11bの膜厚T3と略同一である。ここでいう「T4がT3と略同一」とは、T3とT4を所定の厚さに設定した場合、その所定の厚さに対して±10%以内の範囲にT3とT4が含まれていることを意味する。
The film thickness T4 of the
P型ウェル12における転送電極21の下方に位置する不純物領域12aの濃度は、P型ウェル12におけるリセット電極22の下方に位置する不純物領域12bの濃度と略同一である。ここでいう「不純物領域12aの濃度が不純物領域12bの濃度と略同一」とは、転送電極21の下方に位置する不純物領域12aの濃度とリセット電極22下方に位置する不純物領域12bの濃度を所定の濃度に設定した場合、その所定の濃度に対して±3%以内の範囲に不純物領域12aの濃度と不純物領域12bの濃度が含まれていることを意味する。
The concentration of the
次に、図1に示す固体撮像装置の製造方法について説明する。
まず、N型シリコン基板11にLOCOS酸化膜13を形成する。これにより、LOCOS酸化膜13の内側にはアクティブ領域14が形成される。次いで、N型シリコン基板11に不純物をイオン注入することでP型ウェル12を形成する。次いで、P型ウェル12に不純物をイオン注入することでP型高濃度ウェル15を形成する。P型高濃度ウェル15は分離領域としても機能する。
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described.
First, the
次に、P型ウェル12に不純物をイオン注入することでN型蓄積層17、N型浮遊拡散層24のN型低濃度拡散層18及びN型中濃度拡散層19を形成する。
Next, the N-
この後、N型シリコン基板11の表面を熱酸化することで、N型シリコン基板11の表面にゲート絶縁膜11a,11bとなるゲート酸化膜を形成する。次いで、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜を成膜し、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりパターニングする。これにより、ゲート絶縁膜11a上には転送電極21が形成され、ゲート絶縁膜11b上にはリセット電極22が形成される。
Thereafter, the surface of the N-
次に、転送電極21、リセット電極22、LOCOS酸化膜13及びレジストマスク(図示せず)をマスクとして、N型蓄積層17に不純物をイオン注入することでP型表面拡散層16を形成する。また、リセット電極22をマスクとして自己整合的にP型ウェル12にN型高濃度拡散層20を形成する。
Next, using the
本実施の形態によれば、転送電極21のゲート長L4をリセット電極22のゲート長L3と略同一とし、転送電極21のゲート幅W4をリセット電極22のゲート幅W3と略同一とする。また、N型蓄積層17、N型浮遊拡散層24及び転送電極21を含む転送トランジスターのしきい値電圧Vth3を、N型浮遊拡散層24、N型高濃度拡散層20及びリセット電極22を含むリセットトランジスターのしきい値電圧Vth4と略同一とする。これにより、図15に示すように、転送電極21のオフ時のポテンシャル高さ38とリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さ39を略同一にすることができる。その結果、転送電極21及びリセット電極22それぞれがオフ時にN型浮遊拡散層24に蓄積されたキャリアの一部が放出されてN型浮遊拡散層24の容量が低下することを抑制できる。別言すれば、定められた拡散濃度の中でN型浮遊拡散層24の容量を最大化することができる。また、転送電極21及びリセット電極22それぞれがオフ時に、転送元からN型浮遊拡散層24に転送電極21によって転送されたキャリアの一部が転送元に残される転送残りを抑制できる。なお、図15は、図1(B)に示す固体撮像装置の断面図と、その固体撮像装置の電荷転送動作を示す図である。
According to the present embodiment, the gate length L4 of the
また、ゲート絶縁膜11aの膜厚T4をゲート絶縁膜11bの膜厚T3と略同一とすることで、転送電極21のオフ時のポテンシャル高さとリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さをより同一に近づけることができる。これにより、N型浮遊拡散層24の容量低下または転送残りをより抑制することができる。
Further, by making the film thickness T4 of the
また、P型ウェル12における転送電極21の下方に位置する不純物領域12aの濃度を、P型ウェル12におけるリセット電極22の下方に位置する不純物領域12bの濃度と略同一とする。これにより、転送電極21のオフ時のポテンシャル高さとリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さをより同一に近づけることができる。これにより、N型浮遊拡散層24の容量低下または転送残りをより抑制することができる。
Further, the concentration of the
また、本実施の形態1では、P型ウェル12を第1導電型ウェルと読み替え、N型蓄積層17を第4の第2導電型拡散層と読み替え、N型浮遊拡散層24を第5の第2導電型拡散層と読み替え、N型高濃度拡散層20を第6の第2導電型拡散層と読み替え、転送電極21を第1のゲート電極と読み替え、リセット電極22を第2のゲート電極と読み替えてもよい。
In the first embodiment, the P-
[実施の形態2]
図3は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図1(A)と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a plan view illustrating a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention, in which the same portions as those in FIG.
転送電極21と対向するリセット電極22の側面の長手方向と平行方向のN型浮遊拡散層のN型低濃度拡散層18aは、転送電極21側の幅52よりリセット電極22側の幅51の方が広い。つまり、N型低濃度拡散層18aの幅51,52はP型高濃度ウェル15aの相互間隔に相当するため、本実施の形態では、P型高濃度ウェル15aの相互間隔を転送電極21側よりリセット電極22側の方を広くすることで、転送電極21側のN型低濃度拡散層18aの幅52よりリセット電極22側のN型低濃度拡散層18aの幅51を広くすることができる。
The N-type low-
本実施の形態においても実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
また、P型高濃度ウェル15aを形成するアクティブ領域14の端部からの幅を、転送トランジスターからリセットトランジスターへ向かうほど小さくすることで、N型浮遊拡散層のN型低濃度拡散層18aの空乏化する領域(断面積)を大きくすることがでる。その結果、キャリアが流れ易いポテンシャルプロファイルを形成させることができる。よって、キャリアの転送が容易となる。
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
In addition, the width from the end of the
[実施の形態3]
図4は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図1(A)と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
[Embodiment 3]
FIG. 4 is a plan view illustrating a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention. The same portions as those in FIG.
転送電極21と対向するリセット電極22の側面の長手方向と平行方向のP型表面拡散層は、転送電極21側の幅54よりリセット電極22側の幅53の方が狭い。これにより、P型表面拡散層の相互間に位置するN型低濃度拡散層18の幅を、転送電極21側よりリセット電極22側の方が広くすることができる。
In the P-type surface diffusion layer parallel to the longitudinal direction of the side surface of the
P型表面拡散層は、転送電極21、リセット電極22、LOCOS酸化膜13及びレジストマスク(図示せず)をマスクとしてイオン注入されることで形成されている。このレジストマスクの開口領域16bは図4に示されている。
The P-type surface diffusion layer is formed by ion implantation using the
本実施の形態においても実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
また、P型表面拡散層を形成するアクティブ領域14の端部からの幅を、転送トランジスターからリセットトランジスターへ向かうほど小さくすることで、N型浮遊拡散層のN型低濃度拡散層18の空乏化する領域(断面積)を大きくすることがでる。その結果、キャリアが流れ易いポテンシャルプロファイルを形成させることができる。よって、キャリアの転送が容易となる。
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
In addition, the width from the end of the
[実施の形態4]
図5(A)は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図5(B)は、図5(A)に示すa−a'線に沿った断面図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
[Embodiment 4]
5A is a plan view illustrating a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line aa ′ illustrated in FIG. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described.
本実施の形態による固体撮像装置は、転送電極21とN型浮遊拡散層24との間にキャリア一時蓄積層32と転送電極31を配置する点が実施の形態1と異なる。つまり、P型ウェル12の表面にゲート絶縁膜11cを介して転送電極31が形成されており、P型ウェル12にはキャリアを一時蓄積するN型蓄積層33が形成されている。N型蓄積層33の表面にはP型表面拡散層16が形成されている。
The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the temporary
N型蓄積層33は、転送電極21によってN型蓄積層17と接続され、転送電極31によってN型浮遊拡散層24と接続されている。つまり、転送電極21、N型蓄積層17及びN型蓄積層33によって転送トランジスターが構成され、光電変換素子23のN型蓄積層17に光電変換キャリアが蓄積され、その光電変換キャリアは転送電極21によってN型蓄積層33に転送される。また、転送電極31、N型浮遊拡散層24及びN型蓄積層33によって転送トランジスターが構成され、N型蓄積層33に一時蓄積されたキャリアは転送電極31によってN型浮遊拡散層24に転送される。
The N-
本実施の形態においても実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
また、N型蓄積層33にキャリアを一時蓄積することで、読み出し処理等の他の処理を行う時間をかせぐことができ、また一括電子シャッターの動作や解像度の制御が容易となる。
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, by temporarily accumulating carriers in the N-
[実施の形態5]
図6(A)は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図6(B)は、図6(A)に示すa−a'線に沿った断面図であり、図6(C)は、図6(A)に示すb−b'線に沿った断面図であり、図5と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
[Embodiment 5]
6A is a plan view illustrating a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line aa ′ illustrated in FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line bb ′ shown in FIG. 6A. The same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 5, and only different portions will be described.
本実施の形態による固体撮像装置は、N型浮遊拡散層のN型低濃度拡散層18の表面にゲート絶縁膜11dを介して障壁電極35が形成されている点が実施の形態4と異なり、障壁電極35は転送電極31の隣に位置する。
The solid-state imaging device according to the present embodiment differs from the fourth embodiment in that a
本実施の形態では、障壁電極35を接地電位(GND)に固定することで、N型蓄積層33に一時蓄積されたキャリアを転送電極31によってN型浮遊拡散層24に転送する際の障壁を作ることができる。それにより、読み出し時間を短くするなどの高速処理が容易になり、ノイズの低減にも役立つ。
In the present embodiment, by fixing the
N型低濃度拡散層18は、障壁電極35によってN型中濃度拡散層19と接続されている。つまり障壁電極35、N型低濃度拡散層18及びN型中濃度拡散層19によって転送トランジスター(第1のトランジスター)が構成される。N型中濃度拡散層19は、リセット電極22によってN型高濃度拡散層20と接続されている。つまりリセット電極22、N型中濃度拡散層19及びN型高濃度拡散層20によってリセットトランジスター(第2のトランジスター)が構成される。障壁電極35のゲート長L2は、リセット電極22のゲート長L1と略同一である。ここでいう「L2がL1と略同一」とは、リセット電極22の寸法L1及び障壁電極35の寸法L2を所定の寸法に設定した場合、その所定の寸法に対して±14%以内の範囲にL1とL2が含まれていることを意味する。
The N-type low
障壁電極35のゲート幅W2は、リセット電極22のゲート幅W1と略同一である。ゲート幅W1及びゲート幅W2は、図6(A)に示すアクティブ領域14の寸法W1及びW2に相当する。ここでいう「W2がW1と略同一」とは、W1とW2を所定の寸法に設定した場合、その所定の寸法に対して±11%以内の範囲にW1とW2が含まれていることを意味する。
The gate width W2 of the
また、N型低濃度拡散層18、N型中濃度拡散層19及び障壁電極35を含む第1のトランジスターのしきい値電圧Vth1は、N型中濃度拡散層19、N型高濃度拡散層20及びリセット電極22を含む第2のトランジスターのしきい値電圧Vth2と略同一である。ここでいう「Vth1がVth2と略同一」とは、Vth1とVth2を所定のしきい値に設定した場合、その所定のしきい値に対して±3.0%以内の範囲にVth1とVth2が含まれていることを意味する。
The threshold voltage Vth1 of the first transistor including the N-type low-
ゲート絶縁膜11dの膜厚T2は、ゲート絶縁膜11bの膜厚T1と略同一である。ここでいう「T2がT1と略同一」とは、T1とT2を所定の厚さに設定した場合、その所定の厚さに対して±10%以内の範囲にT1とT2が含まれていることを意味する。
The film thickness T2 of the
N型低濃度拡散層18における障壁電極35の下方に位置する不純物領域18bの濃度は、N型低濃度拡散層18におけるリセット電極22の下方に位置する不純物領域18cの濃度と略同一である。ここでいう「不純物領域18bの濃度が不純物領域18cの濃度と略同一」とは、障壁電極35の下方に位置する不純物領域18bの濃度とリセット電極22下方に位置する不純物領域18cの濃度を所定の濃度に設定した場合、その所定の濃度に対して±3%以内の範囲に不純物領域18bの濃度と不純物領域18cの濃度が含まれていることを意味する。
The concentration of the
図7及び図8は、図6に示す固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 7 and 8 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG.
まず、図7(A)に示すように、N型シリコン基板11にLOCOS酸化膜13を形成する。これにより、LOCOS酸化膜13の内側にはアクティブ領域14が形成される。次いで、N型シリコン基板11に不純物をイオン注入することでP型ウェル12を形成する。次いで、P型ウェル12に不純物をイオン注入することでP型高濃度ウェル15を形成する。P型高濃度ウェル15は分離領域としても機能する。
First, as shown in FIG. 7A, a
次に、図7(B)に示すように、P型ウェル12に不純物をイオン注入することでN型蓄積層17,33、N型浮遊拡散層のN型低濃度拡散層18及びN型中濃度拡散層19を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, by implanting impurities into the P-
この後、図8(A)に示すように、N型シリコン基板11の表面を熱酸化することで、N型シリコン基板11の表面にゲート絶縁膜11a,11b,11c,11dとなるゲート酸化膜を形成する。次いで、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜を成膜し、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりパターニングする。これにより、ゲート絶縁膜11a上には転送電極21が形成され、ゲート絶縁膜11b上にはリセット電極22が形成され、ゲート絶縁膜11c上には転送電極31が形成され、ゲート絶縁膜11d上には障壁電極35が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 8A, the surface of the N-
次に、図8(B),(C)に示すように、転送電極21,31、障壁電極35、リセット電極22、LOCOS酸化膜13及びレジストマスク(図示せず)をマスクとして、N型蓄積層17,33及びN型低濃度拡散層18に不純物をイオン注入することでP型表面拡散層16を形成する。この際に使用するレジストマスクは、図6(A)に示す開口領域16cを有している。また、リセット電極22をマスクとして自己整合的にN型低濃度拡散層18にN型高濃度拡散層20を形成する。
Next, as shown in FIGS. 8B and 8C, N-type accumulation is performed using the
本実施の形態によれば、障壁電極35のゲート長L2をリセット電極22のゲート長L1と略同一とし、障壁電極35のゲート幅W2をリセット電極22のゲート幅W1と略同一とする。また、N型低濃度拡散層18、N型中濃度拡散層19及び障壁電極35を含む第1のトランジスターのしきい値電圧Vth1を、N型中濃度拡散層19、N型高濃度拡散層20及びリセット電極22を含む第2のトランジスターのしきい値電圧Vth2と略同一とする。これにより、障壁電極35のオフ時のポテンシャル高さとリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さを略同一にすることができる。その結果、障壁電極35及びリセット電極22それぞれがオフ時にN型中濃度拡散層19に蓄積されたキャリアの一部が放出されてN型中濃度拡散層19の容量が低下することを抑制できる。別言すれば、定められた拡散濃度の中でN型中濃度拡散層19の容量を最大化することができる。また、障壁電極35及びリセット電極22それぞれがオフ時に、転送元からN型中濃度拡散層19に障壁電極35によって転送されたキャリアの一部が転送元に残される転送残りを抑制できる。
According to the present embodiment, the gate length L2 of the
また、ゲート絶縁膜11dの膜厚T2をゲート絶縁膜11bの膜厚T1と略同一とすることで、障壁電極35のオフ時のポテンシャル高さとリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さをより同一に近づけることができる。これにより、N型中濃度拡散層19の容量低下または転送残りをより抑制することができる。
Further, by making the film thickness T2 of the
また、N型低濃度拡散層18における障壁電極35の下方に位置する不純物領域18bの濃度を、N型低濃度拡散層18におけるリセット電極22の下方に位置する不純物領域18cの濃度と略同一とする。これにより、障壁電極35のオフ時のポテンシャル高さとリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さをより同一に近づけることができる。これにより、N型中濃度拡散層19の容量低下または転送残りをより抑制することができる
In addition, the concentration of the
また、本実施の形態では、N型低濃度拡散層18の表面に形成されるP型表面拡散層16と、N型蓄積層17,33の表面に形成されるピニング層を兼ねるP型表面拡散層16を同じイオン注入工程で形成することにより、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。
In the present embodiment, the P-type
[実施の形態6]
図9(A)は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図9(B)は、図9(A)に示すa−a'線に沿った断面図であり、図9(C)は、図9(A)に示すb−b'線に沿った断面図であり、図6と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
[Embodiment 6]
9A is a plan view illustrating a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line aa ′ illustrated in FIG. 9A. 9C is a cross-sectional view taken along the line bb ′ shown in FIG. 9A. The same reference numerals are given to the same portions as FIG. 6, and only different portions will be described.
本実施の形態による固体撮像装置は、P型表面拡散層16を形成する際のレジストマスクの開口領域16dが、図9(A)に示すとおりであり、図6(A)に示す開口領域16cと異なる。つまり、図9(A)に示すレジストマスクの開口領域16dでは、N型中濃度拡散層19及びその周囲が開口されていないのに対し、図6(A)に示すレジストマスクの開口領域16cでは、N型中濃度拡散層19及びその周囲と障壁電極35からリセット電極22まで連続的に開口されていない。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the
本実施の形態においても実施の形態5と同様の効果を得ることができる。 Also in this embodiment, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.
[実施の形態7]
図10〜図13は、図6に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための図である。図14は、図6に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための駆動シーケンスである。
[Embodiment 7]
10 to 13 are diagrams for explaining the charge transfer operation of the solid-state imaging device shown in FIG. FIG. 14 is a drive sequence for explaining the charge transfer operation of the solid-state imaging device shown in FIG.
図10に示すように、フォトダイオードで電荷が蓄積され、N型蓄積層33に電荷が一時蓄積される(0)。次いで、N型浮遊拡散層に蓄積された電荷をリセットトランジスターRst Trによってリセットする(1)。これが図14に示す1画素目のリセット動作に相当する。 As shown in FIG. 10, charges are accumulated in the photodiode, and charges are temporarily accumulated in the N-type accumulation layer 33 (0). Next, the charge accumulated in the N-type floating diffusion layer is reset by the reset transistor Rst Tr (1). This corresponds to the reset operation of the first pixel shown in FIG.
次に、図11に示すように、N型蓄積層33に蓄積された電荷を、第二転送ゲートをOnすることで第二転送ゲートとN型低濃度拡散層18の低濃度蓄積領域のオーバーラップ領域に転送する(2)。これが図14に示す1画素目の第2転送動作に相当する。次いで、第二転送ゲートをOnのままで、N型浮遊拡散層の電位レベルを増幅トランジスターのソースフォロアで読み出してNoiseレベルの読み出しを行う(3)。これが図14に示す1画素目のNoise読み出しに相当する。
Next, as shown in FIG. 11, the charge accumulated in the N-
次に、図12に示すように、第二転送ゲートとN型低濃度拡散層18の低濃度蓄積領域のオーバーラップ領域の電荷を、第二転送ゲートをOffすることでN型浮遊拡散層のN型低濃度拡散層18に転送する(4)。この際、障壁電極35のオフ時のポテンシャル高さ36とリセット電極22のオフ時のポテンシャル高さ37を略同一にしている。このため、N型浮遊拡散層に蓄積されたキャリアの一部が放出されてN型浮遊拡散層の容量が低下することを抑制できる。また、障壁電極35及びリセット電極22それぞれがオフ時に、転送元からN型浮遊拡散層に障壁電極35によって転送されたキャリアの一部が転送元に残される転送残りを抑制できる。これが図14に示す1画素目の第三転送動作に相当する。次いで、第二転送ゲートをOffしたまたでN型浮遊拡散層の電位レベルを増幅トランジスターのソースフォロアで読み出してSignalレベルの読み出しを行う(5)。これが図14に示す1画素目のSignal読み出しに相当する。
Next, as shown in FIG. 12, the charge of the overlap region of the second transfer gate and the low concentration accumulation region of the N type low
次に、図13に示すように、フォトダイオードに蓄積された電荷を、第一転送ゲートをOnとOffすることで、一時蓄積層であるN型蓄積層33に転送する(6)。次いで、フォトダイオードで電荷が蓄積される(0)。
Next, as shown in FIG. 13, the charge accumulated in the photodiode is transferred to the N-
なお、本発明の種々の態様において、特定のA(以下「A」という)の上(または下)に特定のB(以下「B」という)を形成する(Bが形成される)というとき、Aの上(または下)に直接Bを形成する(Bが形成される)場合に限定されない。Aの上(または下)に本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してBを形成する(Bが形成される)場合も含む。 In various aspects of the present invention, when a specific B (hereinafter referred to as “B”) is formed above (or below) a specific A (hereinafter referred to as “A”) (B is formed), It is not limited to the case where B is formed directly on (or below) A (B is formed). It includes the case where B is formed (otherwise B) is formed on the upper side (or the lower side) of A through other things as long as the effects of the present invention are not inhibited.
また、上記の実施の形態1〜7では、P型ウェル12を第1導電型ウェルと読み替え、N型低濃度拡散層18を第1の第2導電型拡散層と読み替え、N型中濃度拡散層19を第2の第2導電型拡散層と読み替え、N型高濃度拡散層20を第3の第2導電型拡散層と読み替え、障壁電極35を第1のゲート電極と読み替え、リセット電極22を第2のゲート電極と読み替えてもよい。
In the first to seventh embodiments, the P-
また、上記の実施の形態1〜7を適宜組合せて実施することも可能である。 Moreover, it is also possible to implement combining said Embodiment 1-7 suitably.
11…N型シリコン基板、11a,11b,11c,11d…ゲート絶縁膜、12…P型ウェル、13…LOCOS酸化膜、14…アクティブ領域、15,15a…P型高濃度ウェル、16…P型表面拡散層、16a,16b,16c,16d…レジストマスクの開口領域、17…N型蓄積層、18,18a…N型低濃度拡散層、18b,18c…不純物領域、19…N型中濃度拡散層、20…N型高濃度拡散層、21…転送電極、22…リセット電極、23…光電変換素子(フォトダイオード)、24…N型浮遊拡散層、31…転送電極、32…キャリア一時蓄積層、33…N型蓄積層、35…障壁電極、36,37,38,39…ポテンシャル高さ、51…N型低濃度拡散層のリセット電極側の幅、52…N型低濃度拡散層の転送電極側の幅、53…P型表面拡散層のリセット電極側の幅、54…P型表面拡散層の転送電極側の幅、L1,L3…リセット電極のゲート長、L2…障壁電極のゲート長、L4…転送電極のゲート長、W1,W3…リセット電極のゲート幅、W2…障壁電極のゲート幅、W4…転送電極のゲート幅、T1,T3…ゲート絶縁膜11bの膜厚、T2…ゲート絶縁膜11dの膜厚、T4…ゲート絶縁膜11aの膜厚。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1の第2導電型拡散層上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、
前記第1の第2導電型拡散層に形成された第2の第2導電型拡散層と、
前記第1の第2導電型拡散層上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、
前記第1の第2導電型拡散層に形成された第3の第2導電型拡散層と、
を有し、
前記第1の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第2の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第2の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第3の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、
前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、
前記第1の第2導電型拡散層、前記第2の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第2の第2導電型拡散層、前記第3の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置。 A first second conductivity type diffusion layer;
A first gate insulating film formed on the first second conductivity type diffusion layer;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A second second conductivity type diffusion layer formed in the first second conductivity type diffusion layer;
A second gate insulating film formed on the first second conductivity type diffusion layer;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A third second conductivity type diffusion layer formed in the first second conductivity type diffusion layer;
Have
The first second conductivity type diffusion layer is connected to the second second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode;
The second second conductivity type diffusion layer is connected to the third second conductivity type diffusion layer by the second gate electrode,
The gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode;
The gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode;
The threshold voltage of the first transistor including the first second conductivity type diffusion layer, the second second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is the second second conductivity type diffusion. A solid-state imaging device having substantially the same threshold voltage as a second transistor including a layer, the third second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode.
前記第1の第2導電型拡散層は、第1導電型ウェルに形成されていることを特徴とする固体撮像装置。 In claim 1,
The solid-state imaging device, wherein the first second conductivity type diffusion layer is formed in a first conductivity type well.
前記第1導電型ウェルに形成された第4の第2導電型拡散層と、
前記第1導電型ウェル上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、
前記第1導電型ウェルに形成された第5の第2導電型拡散層と、
前記第1導電型ウェル上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、
前記第1導電型ウェルに形成された第6の第2導電型拡散層と、
を有し、
前記第4の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第5の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第5の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第6の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、
前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、
前記第4の第2導電型拡散層、前記第5の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第5の第2導電型拡散層、前記第6の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置。 A first conductivity type well;
A fourth second conductivity type diffusion layer formed in the first conductivity type well;
A first gate insulating film formed on the first conductivity type well;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A fifth second conductivity type diffusion layer formed in the first conductivity type well;
A second gate insulating film formed on the first conductivity type well;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A sixth second conductivity type diffusion layer formed in the first conductivity type well;
Have
The fourth second conductivity type diffusion layer is connected to the fifth second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode;
The fifth second conductivity type diffusion layer is connected to the sixth second conductivity type diffusion layer by the second gate electrode;
The gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode;
The gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode;
The threshold voltage of the first transistor including the fourth second conductivity type diffusion layer, the fifth second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is the fifth second conductivity type diffusion. The solid-state imaging device is characterized by being substantially the same as a threshold voltage of a second transistor including a layer, the sixth second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode.
前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚と略同一であることを特徴とする固体撮像装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The film thickness of the first gate insulating film is substantially the same as the film thickness of the second gate insulating film.
前記第1の第2導電型拡散層における前記第1のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度は、前記第1の第2導電型拡散層における前記第2のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度と略同一であることを特徴とする固体撮像装置。 In claim 1 or 2,
The concentration of the impurity region located below the first gate electrode in the first second conductivity type diffusion layer is located below the second gate electrode in the first second conductivity type diffusion layer. A solid-state imaging device having substantially the same concentration as an impurity region.
前記第1導電型ウェルにおける前記第1のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度は、前記第1導電型ウェルにおける前記第2のゲート電極の下方に位置する不純物領域の濃度と略同一であることを特徴とする固体撮像装置。 In claim 3,
The concentration of the impurity region located below the first gate electrode in the first conductivity type well is substantially the same as the concentration of the impurity region located below the second gate electrode in the first conductivity type well. There is a solid-state imaging device.
前記第1の第2導電型拡散層上に第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程と、
前記第1の第2導電型拡散層に第3の第2導電型拡散層を前記第2のゲート電極に対して自己整合的に形成する工程と、
を有し、
前記第1の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第2の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第2の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第3の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、
前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、
前記第1の第2導電型拡散層、前記第2の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第2の第2導電型拡散層、前記第3の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming a second second conductivity type diffusion layer in the first second conductivity type diffusion layer;
Forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the first second conductivity type diffusion layer;
Forming a first gate electrode on the first gate insulating film and forming a second gate electrode on the second gate insulating film;
Forming a third second conductivity type diffusion layer in the first second conductivity type diffusion layer in a self-aligned manner with respect to the second gate electrode;
Have
The first second conductivity type diffusion layer is connected to the second second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode;
The second second conductivity type diffusion layer is connected to the third second conductivity type diffusion layer by the second gate electrode,
The gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode;
The gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode;
The threshold voltage of the first transistor including the first second conductivity type diffusion layer, the second second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is the second second conductivity type diffusion. A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the threshold voltage of a second transistor including a layer, the third second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode is substantially the same.
前記第1導電型ウェル上に第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程と、
前記第1導電型ウェルに第6の第2導電型拡散層を前記第2のゲート電極に対して自己整合的に形成する工程と、
を有し、
前記第4の第2導電型拡散層は、前記第1のゲート電極によって前記第5の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第5の第2導電型拡散層は、前記第2のゲート電極によって前記第6の第2導電型拡散層と接続されており、
前記第1のゲート電極のゲート長は、前記第2のゲート電極のゲート長と略同一であり、
前記第1のゲート電極のゲート幅は、前記第2のゲート電極のゲート幅と略同一であり、
前記第4の第2導電型拡散層、前記第5の第2導電型拡散層及び前記第1のゲート電極を含む第1のトランジスターのしきい値電圧は、前記第5の第2導電型拡散層、前記第6の第2導電型拡散層及び前記第2のゲート電極を含む第2のトランジスターのしきい値電圧と略同一であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming a fourth second conductivity type diffusion layer and a fifth second conductivity type diffusion layer in the first conductivity type well;
Forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the first conductivity type well;
Forming a first gate electrode on the first gate insulating film and forming a second gate electrode on the second gate insulating film;
Forming a sixth second conductivity type diffusion layer in the first conductivity type well in a self-aligned manner with respect to the second gate electrode;
Have
The fourth second conductivity type diffusion layer is connected to the fifth second conductivity type diffusion layer by the first gate electrode;
The fifth second conductivity type diffusion layer is connected to the sixth second conductivity type diffusion layer by the second gate electrode;
The gate length of the first gate electrode is substantially the same as the gate length of the second gate electrode;
The gate width of the first gate electrode is substantially the same as the gate width of the second gate electrode;
The threshold voltage of the first transistor including the fourth second conductivity type diffusion layer, the fifth second conductivity type diffusion layer, and the first gate electrode is the fifth second conductivity type diffusion. A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the threshold voltage of a second transistor including a layer, the sixth second conductivity type diffusion layer, and the second gate electrode is substantially the same.
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