JP3326798B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP3326798B2
JP3326798B2 JP09388891A JP9388891A JP3326798B2 JP 3326798 B2 JP3326798 B2 JP 3326798B2 JP 09388891 A JP09388891 A JP 09388891A JP 9388891 A JP9388891 A JP 9388891A JP 3326798 B2 JP3326798 B2 JP 3326798B2
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conversion element
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隆男 黒田
茂 岡本
克也 石川
澄雄 寺川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関する
ものである。
The present invention relates are those which relate to the solid-state imaging equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電荷結合素子(以下、CCDと呼
ぶ)に代表される電荷転送装置を用いた固体撮像装置は
その低雑音特性等が得られる点から広く使用されるよう
になってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, solid-state imaging devices using a charge transfer device represented by a charge-coupled device (hereinafter, referred to as a CCD) have been widely used because of their low noise characteristics and the like. I have.

【0003】以下、図面を参照しながら従来の固体撮像
装置に用いられている構造について説明する。
Hereinafter, a structure used in a conventional solid-state imaging device will be described with reference to the drawings.

【0004】図24はいわゆるCCD型固体撮像装置の
平面図である。固体撮像装置は光電変換素子部1、垂直
CCD転送電極部2、水平CCD転送電極部3及び出力
部4から構成されている。
FIG. 24 is a plan view of a so-called CCD type solid-state imaging device. The solid-state imaging device includes a photoelectric conversion element unit 1, a vertical CCD transfer electrode unit 2, a horizontal CCD transfer electrode unit 3, and an output unit 4.

【0005】光電変換素子部1に被写体から発っせられ
た光が入射すると、光によって光電変換素子部1内に電
子−正孔対が発生する。このようにして発生した電子は
光電変換素子部1より垂直CCD転送電極部2に送られ
る。垂直CCD転送電極部2には、垂直CCD転送電極
部2の長手方向に配列された各光電変換素子部1の電子
が同時に送り込まれる。さらに、垂直CCD転送電極部
2に取り出された電子は、水平CCD転送電極部3に送
られる。水平CCD転送電極部3には、水平CCD転送
電極部3の長手方向と垂直に配列された各垂直CCD転
送電極2の電子が同時に送り込まれる。
When light emitted from a subject enters the photoelectric conversion element 1, electron-hole pairs are generated in the photoelectric conversion element 1 by the light. The electrons generated in this manner are sent from the photoelectric conversion element unit 1 to the vertical CCD transfer electrode unit 2. The electrons of the photoelectric conversion element units 1 arranged in the longitudinal direction of the vertical CCD transfer electrode unit 2 are simultaneously sent to the vertical CCD transfer electrode unit 2. Further, the electrons taken out by the vertical CCD transfer electrode unit 2 are sent to the horizontal CCD transfer electrode unit 3. The electrons of the vertical CCD transfer electrodes 2 arranged perpendicular to the longitudinal direction of the horizontal CCD transfer electrode unit 3 are simultaneously sent to the horizontal CCD transfer electrode unit 3.

【0006】このようにして水平CCD転送電極部3に
取り出された電子は出力部4を通して出力される。この
出力信号は画像の再生回路を通ってディスプレイ等の出
力媒体から被写体の画像として出力される。
The electrons taken out by the horizontal CCD transfer electrode unit 3 in this manner are output through the output unit 4. This output signal is output as an image of a subject from an output medium such as a display through an image reproducing circuit.

【0007】図25に光電変換素子部1及び垂直CCD
転送電極部2を通るA−A’線での固体撮像装置の断面
図を示す。
FIG. 25 shows a photoelectric conversion element section 1 and a vertical CCD.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device taken along line AA ′ passing through the transfer electrode unit 2.

【0008】n型基板5上に形成された所定範囲の深さ
と濃度を有したp層6がある。p層6の内部の所定領域
にn層7の光電変換素子が形成されている。また、p層
6にあってn層7と離間した位置に高濃度のp層8が形
成されている。p層8内に垂直CCDである転送チャン
ネルとなるn層9が設けられている。
There is a p-layer 6 formed on an n-type substrate 5 and having a predetermined range of depth and concentration. An n-layer photoelectric conversion element is formed in a predetermined region inside the p-layer 6. A high concentration p layer 8 is formed in the p layer 6 at a position separated from the n layer 7. An n-layer 9 serving as a transfer channel which is a vertical CCD is provided in the p-layer 8.

【0009】n層7に蓄積された信号電荷はn層9に読
み出され、n層9内であって紙面に垂直な方向に信号電
荷は転送される。
The signal charges stored in the n-layer 7 are read out to the n-layer 9, and the signal charges are transferred in the n-layer 9 in a direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0010】n層7上に形成された高濃度p層10は、
Si−SiO2の界面準位に起因する暗電流の発生を防
止するために形成されている。
The high concentration p layer 10 formed on the n layer 7
It is formed in order to prevent the generation of dark current due to the Si-SiO 2 interface state.

【0011】p層6と基板5の間には基板に正電位、p
層6に負電位となる逆バイアス電圧Vsubが電源11
によって印加されている。すなわち、p層8と基板5の
間に逆バイアス電圧Vsubが印加されている。このた
めn層7で形成された光電変換素子下のp層6は空乏化
する。p層6が空乏化すると、n層7に蓄積することの
できる電荷量より過剰となった電荷を基板5側に排出す
る。このようにしてブルーミング現象を防止することが
行なわれている。
Between the p layer 6 and the substrate 5, a positive potential is applied to the substrate,
A reverse bias voltage Vsub, which becomes a negative potential, is
Is applied. That is, a reverse bias voltage Vsub is applied between the p layer 8 and the substrate 5. Therefore, the p layer 6 below the photoelectric conversion element formed by the n layer 7 is depleted. When the p-layer 6 is depleted, the charge that has become excessive in the amount of charge that can be accumulated in the n-layer 7 is discharged to the substrate 5 side. Thus, the blooming phenomenon is prevented.

【0012】また、更にn型基板5にパルス電圧を印加
することによってn層7内の信号電荷をすべて基板5側
に排出する、いわゆる電子シャッタの動作を行なうこと
が可能となる。
Further, by applying a pulse voltage to the n-type substrate 5, it is possible to perform a so-called electronic shutter operation of discharging all signal charges in the n-layer 7 to the substrate 5 side.

【0013】基板5の表面上には、SiO2等の絶縁膜
12が形成されている。絶縁膜12上には垂直CCD部
2を構成しているp層8とn層9上、及びn層7とp層
8の間隙領域を含む領域上に垂直CCD転送電極13が
形成されている。さらに、固体撮像装置を物理的な衝撃
から保護するために転送電極13の側壁及び上面に絶縁
膜12を形成している。
An insulating film 12 such as SiO 2 is formed on the surface of the substrate 5. On the insulating film 12, the vertical CCD transfer electrodes 13 are formed on the p layer 8 and the n layer 9 constituting the vertical CCD section 2 and on the region including the gap region between the n layer 7 and the p layer 8. . Further, an insulating film 12 is formed on the side wall and the upper surface of the transfer electrode 13 to protect the solid-state imaging device from physical impact.

【0014】垂直CCD転送電極13は、n層7に蓄積
された電子を垂直CCD転送チャンネルとなるp層8あ
るいはp層9に読み出させるための電極として作用して
いる。
The vertical CCD transfer electrode 13 functions as an electrode for reading electrons accumulated in the n-layer 7 to the p-layer 8 or the p-layer 9 serving as a vertical CCD transfer channel.

【0015】以上のようにブルーミング現象を防止した
り、電子シャッタ動作を行なうためには、p層6が所定
範囲の濃度と深さを有していることが必要である。
As described above, in order to prevent the blooming phenomenon and perform the electronic shutter operation, it is necessary that the p layer 6 has a concentration and a depth in a predetermined range.

【0016】図26に、図25の光電変換素子部1を通
るB−B’線に沿った不純物濃度分布を示す。また、図
27に、図26の不純物濃度のネット値を示す。両図面
において、縦軸は不純物の濃度を示す。横軸は基板表面
からの距離を示す。縦軸の上側にp型不純物原子の濃度
を示し、縦軸の下側にn型不純物原子の濃度を示す。
FIG. 26 shows an impurity concentration distribution along the line BB 'passing through the photoelectric conversion element portion 1 of FIG. FIG. 27 shows the net value of the impurity concentration in FIG. In both figures, the vertical axis indicates the impurity concentration. The horizontal axis indicates the distance from the substrate surface. The upper side of the vertical axis indicates the concentration of p-type impurity atoms, and the lower side of the vertical axis indicates the concentration of n-type impurity atoms.

【0017】図26の破線14,15,16,17はそ
れぞれ図25のp層10、p層6、基板5、n層7の不
純物濃度を示している。
The broken lines 14, 15, 16, 17 in FIG. 26 p layer 10, p layer 6, respectively, of FIG 25 shows the impurity concentration of the substrate 5, n layer 7.

【0018】図27の実線18は、図26の各々の不純
物濃度のネット値を示している。斜線19の領域は光電
変換素子のn層7のネット不純物分布であって、n層に
蓄積される有効ドナーの総量を示している。
The solid line 18 in FIG. 27 shows the net value of each impurity concentration in FIG. The hatched area 19 is the net impurity distribution of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, and indicates the total amount of effective donors accumulated in the n-layer.

【0019】光電変換素子であるn層7の不純物濃度1
7は、基板5表面で最も高濃度であり、基板5内部に行
くにつれて濃度が低下する。n層7の上部には暗電流を
低減するためにp層10が形成されている。p層10の
不純物濃度14は、n層7の濃度より高濃度で、基板5
内部への広がりが少ない。このためn層7はネット不純
物19になる。
The impurity concentration 1 of the n-layer 7 as a photoelectric conversion element
7 has the highest concentration on the surface of the substrate 5, and the concentration decreases toward the inside of the substrate 5. Above the n-layer 7, a p-layer 10 is formed to reduce dark current. The impurity concentration 14 of the p layer 10 is higher than that of the n
Little spread inside. Therefore, the n layer 7 becomes the net impurity 19.

【0020】p層6は、不純物濃度は低いが、その分布
状態は広く分布している。すなわち、基板5表面を濃度
の極大点として基板5内部に行くにつれて、徐々にその
濃度が減少する。
Although the p-layer 6 has a low impurity concentration, its distribution is widely distributed. That is, the concentration gradually decreases as the surface of the substrate 5 reaches the inside of the substrate 5 with the maximum concentration point.

【0021】固体撮像素子ではブルーミング現象を生じ
させないように、光電変換素子に蓄積された電子を垂直
CCD転送電極部に読みだした後、光電変換素子のn層
7がほぼ完全に空乏化させる必要がある。このため、ネ
ット不純物濃度19に示された有効ドナーの総量がn層
7に蓄積できる電荷量の上限にしておくことが必要であ
る。すなわち、有効ドナーの総量が光電変換素子の飽和
特性の上限値を決定することになる。
In order to prevent the blooming phenomenon in the solid-state image pickup device, it is necessary to read out the electrons accumulated in the photoelectric conversion device to the vertical CCD transfer electrode portion and then to completely deplete the n-layer 7 of the photoelectric conversion device. There is. For this reason, it is necessary that the total amount of effective donors indicated by the net impurity concentration 19 is set to the upper limit of the amount of charges that can be accumulated in the n-layer 7. That is, the total amount of effective donors determines the upper limit of the saturation characteristics of the photoelectric conversion element.

【0022】ネット不純物濃度19は不純物濃度17に
基板5の不純物濃度16を加えた値から、p層10の不
純物濃度14とp層6の不純物濃度15を差し引いたも
のである。各々のプロセス上の制約からネット不純物濃
度19は、不純物濃度14と不純物濃度17によって決
まる。不純物濃度17は基板5表面での濃度が最も高く
なっている。この濃度が最も高くなっている部分を逆導
電型のp層10の不純物濃度14によって補償してい
る。
The net impurity concentration 19 is obtained by subtracting the impurity concentration 14 of the p layer 10 and the impurity concentration 15 of the p layer 6 from the value obtained by adding the impurity concentration 16 of the substrate 5 to the impurity concentration 17. The net impurity concentration 19 is determined by the impurity concentration 14 and the impurity concentration 17 from each process restriction. The impurity concentration 17 has the highest concentration on the surface of the substrate 5. The portion having the highest concentration is compensated by the impurity concentration 14 of the p-type layer 10 of the opposite conductivity type.

【0023】図28〜図31に従来のCCD型固体撮像
装置の断面工程図を示す。n型基板5の主面上にp型不
純物であるボロンをイオン注入する。この後、高温の熱
処理によってp層6を形成する。この後、通常のフォト
リソグラフィを用いて垂直CCD転送チャネルとなる領
域以外にレジストパターンを形成する。レジストパター
ンをマスクとしてボロンをイオン注入しp層8を形成す
る。この後、再度、フォトリソグラフィを用いて垂直C
CD転送チャネルとなるp層8内のn層9を形成する領
域以外にレジストパターンを形成する。レジストパター
ンをマスクとしてリンをイオン注入しn層9を形成す
る。この後、基板5主面に絶縁膜12を熱酸化により堆
積する。さらに、絶縁膜12上に垂直CCD転送電極1
3となる電極材料を形成する(図28)。
FIGS. 28 to 31 are sectional process views of a conventional CCD solid-state imaging device. Boron, which is a p-type impurity, is ion-implanted on the main surface of the n-type substrate 5. Thereafter, a p-layer 6 is formed by a high-temperature heat treatment. After that, a resist pattern is formed by using normal photolithography in a region other than a region serving as a vertical CCD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, boron is ion-implanted to form a p-layer 8. Thereafter, the vertical C is again formed using photolithography.
A resist pattern is formed in a region other than the region where the n-layer 9 is formed in the p-layer 8 serving as a CD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, phosphorus is ion-implanted to form an n-layer 9. Thereafter, an insulating film 12 is deposited on the main surface of the substrate 5 by thermal oxidation. Further, the vertical CCD transfer electrode 1 is formed on the insulating film 12.
An electrode material to be No. 3 is formed (FIG. 28).

【0024】さらに、電極材料上にフォトリソグラフィ
を用いて転送電極13となる領域より広い領域にレジス
トパターン20を形成する。レジストパターン20をマ
スクに電極材料をドライエッチングを施し、絶縁膜12
が露出するまでエッチングする。次にレジストパターン
20をマスクにさらに絶縁膜20を保護膜としてリンの
イオン注入を行なう。このイオン注入によって光電変換
素子となるn層7が形成される(図29)。
[0024] Further, a registry <br/> bets pattern 20 wider realm than the area to be the transfer electrodes 13 by using a photolithography on the electrode material. The electrode material is dry-etched using the resist pattern 20 as a mask to form the insulating film 12.
Etch until is exposed. Next, phosphorus ions are implanted using the resist pattern 20 as a mask and using the insulating film 20 as a protective film. By this ion implantation, an n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed (FIG. 29).

【0025】この後、レジストパターン20を除去す
る。基板5表面には絶縁膜12と転送電極13より広い
領域の電極材料が形成されている。次に、転送電極13
となる領域以外にレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクに電極材料をドライエッチングす
る。以上の工程で転送電極13が形成される。この時、
光電変換素子より電子が垂直CCD転送チャンネルに読
み出されるn層7とp層8の間隙上に転送電極13が設
けられていなければならない。このため転送電極13作
製時のドライエッチングでは、もともと光電変換素子と
なるn層7の側壁端と転送電極13の側壁端が一致して
いるため、転送電極13の一方の側壁端を短くして所定
の長さに形成する(図30)。
After that, the resist pattern 20 is removed. On the surface of the substrate 5, an electrode material in a region wider than the insulating film 12 and the transfer electrode 13 is formed. Next, the transfer electrode 13
A resist pattern is formed in a region other than the region to be formed, and the electrode material is dry-etched using the resist pattern as a mask. The transfer electrode 13 is formed by the above steps. At this time,
A transfer electrode 13 must be provided in the gap between the n-layer 7 and the p-layer 8 from which electrons are read out from the photoelectric conversion element to the vertical CCD transfer channel. For this reason, in the dry etching at the time of manufacturing the transfer electrode 13, since the side wall end of the n-layer 7 originally serving as the photoelectric conversion element and the side wall end of the transfer electrode 13 match, one side wall end of the transfer electrode 13 is shortened. It is formed to a predetermined length (FIG. 30).

【0026】次に、この転送電極13の一端およびレジ
ストをマスクにボロンをイオン注入する。これによって
n層7上に暗電流を防止するためのp層10が形成され
る(図31)。
Next, boron is ion-implanted using one end of the transfer electrode 13 and a resist as a mask. Thus, a p-layer 10 for preventing dark current is formed on n-layer 7 (FIG. 31).

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の電荷
転送装置では以下のような欠点があった。
However, such a conventional charge transfer device has the following drawbacks.

【0028】不純物濃度17は基板5表面での濃度が最
も高くなっており、この濃度が最も高くなっている部分
を逆導電型のp層10の不純物濃度14によって補償し
ている。このため、光電変換素子として導入されたn層
7の不純物濃度17の内、比較的濃度の低い領域を光電
変換素子として用いている。すなわち、濃度の低い光電
変換素子では、そこに蓄積できる有効ドナー総量が少な
くなり飽和電荷量を十分に高くとることができない。
The impurity concentration 17 has the highest concentration on the surface of the substrate 5, and the portion having the highest concentration is compensated by the impurity concentration 14 of the p-type layer 10 of the opposite conductivity type. Therefore, of the impurity concentration 17 of the n-layer 7 introduced as a photoelectric conversion element, a region having a relatively low concentration is used as the photoelectric conversion element. That is, in a photoelectric conversion element having a low concentration, the total amount of effective donors that can be accumulated therein is small, and the saturated charge amount cannot be sufficiently increased.

【0029】このため、不純物濃度17に導入される不
純物の導入量を増やしている。また、導入された不純物
を高温熱処理によって基板深部へ拡散させて、光電変換
素子の積を増加させることが行なわれる。
For this reason, the amount of impurities introduced to the impurity concentration 17 is increased. Furthermore, the introduced impurities to diffuse into the deep portion of the substrate by a high-temperature heat treatment, increasing the body volume of the photoelectric conversion element is performed.

【0030】しかし、高温熱処理を行なうと基板5表面
と垂直な方向に不純物濃度17が広がる。このためp層
8とn層7の間隙部や、垂直CCD転送チャンネルであ
n層9へも拡散してしまう。
However, when the high-temperature heat treatment is performed, the impurity concentration 17 spreads in a direction perpendicular to the surface of the substrate 5. For this reason, it also diffuses into the gap between the p layer 8 and the n layer 7 and the n layer 9 which is a vertical CCD transfer channel.

【0031】n層7の端部と垂直CCD転送電極12と
の位置関係は、転送電極12を形成する時に行なわれる
露光工程でのマスクの位置合わせ精度と拡散によって形
成されるn層7の拡散領域によって定まる。このため高
温での熱拡散によって形成される位置を制御することが
極めて困難である。n層7の端部と垂直CCD転送電極
12との位置の制御性が悪いと、光電変換素子より垂直
CCD転送チャンネルに取り出す読み出しの際に光電変
換素子に信号となる電子が取り残されてしまう。
The positional relationship between the end of the n-layer 7 and the vertical CCD transfer electrode 12 is determined by the mask alignment accuracy in the exposure step performed when the transfer electrode 12 is formed and the diffusion of the n-layer 7 formed by diffusion. It depends on the area. For this reason, it is extremely difficult to control the position formed by the thermal diffusion at a high temperature. If the controllability of the position between the end of the n-layer 7 and the vertical CCD transfer electrode 12 is poor, electrons that become signals are left in the photoelectric conversion element when reading out from the photoelectric conversion element to the vertical CCD transfer channel.

【0032】このように取り残された電子は、残像現象
を生じさせる原因となり、著しく画質を劣化させる。
The electrons left behind in this manner cause an afterimage phenomenon, and significantly degrade the image quality.

【0033】一方、導入量を増加した時、イオン注入時
の欠陥が増加し、いわゆる白キズが増加する。このため
歩留まりが低下する
On the other hand, when the introduction amount is increased, defects during ion implantation increase, and so-called white flaws increase. For this reason, the yield decreases .

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置は
上記問題点を解決するために、半導体基板に、信号電荷
を蓄積する光電変換素子部の主たる一導電型不純物が分
布した第1領域と、第1領域の基板表面側に逆導電型不
純物が分布した第2領域とを備え、第1領域の一導電型
不純物の基板深さ方向の濃度極大部が、第2領域の基板
内部側の端部よりも基板深くにある。
According to the present invention, there is provided a solid-state image pickup device comprising: a semiconductor substrate;
The main impurity of one conductivity type in the photoelectric conversion element part that accumulates
The first region and the substrate surface side of the first region are opposite in conductivity type.
A second region in which pure substances are distributed, and one conductivity type of the first region.
The concentration maximum of the impurity in the substrate depth direction is the substrate in the second region.
It is deeper than the inner end.

【0035】また、半導体基板に、信号電荷を蓄積する
光電変換素子部の主たる一導電型不純物が分布した第1
領域と、第1領域の基板表面側に逆導電型不純物が分布
した第2領域とを備え、第1領域の基板表面側の端部
が、第2領域の逆導電型不純物の基板深さ方向の濃度極
大部よりも基板深くにある。
Further , signal charges are stored in the semiconductor substrate.
The first one where the main one conductivity type impurity of the photoelectric conversion element portion is distributed
Reverse conductivity type impurities are distributed in the region and the substrate surface side of the first region
End portion of the first region on the substrate surface side
Is the concentration electrode of the impurity of the opposite conductivity type in the second region in the depth direction of the substrate.
It is deeper than most of the substrate.

【0036】[0036]

【0037】[0037]

【作用】以上述べたように本発明による固体撮像装置で
は、光電変換素子となるn層を高加速エネルギーのイオ
ン注入を用いて実現するため、不純物濃度分布は基板内
部に最も濃度の高い領域を持たせることができる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, the n-layer serving as the photoelectric conversion element is realized by ion implantation with high acceleration energy. You can have.

【0038】このため、光電変換素子に蓄積できる有効
ドナー総量が増加し飽和電荷量を十分に高くすることが
できる
For this reason, it is possible to increase the total amount of effective donors that can be stored in the photoelectric conversion element and to sufficiently increase the saturation charge.
I can .

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【0041】また、光電変換素子のn層上には、暗電流
防止用のp層が形成されている。イオン注入によって基
板内部に光電変換素子となるn層の濃度の極大値を形成
されている。このため基板表面でのp層の不純物濃度の
ネット値は、従来の固体撮像素子のp層の濃度より高濃
度にすることができる。このため低い暗電流特性を有す
る光電変換素子を備えた固体撮像装置を得ることができ
る。
On the n-layer of the photoelectric conversion element, a p-layer for preventing dark current is formed. A maximum value of the concentration of the n-layer serving as a photoelectric conversion element is formed inside the substrate by ion implantation. Therefore, the net value of the impurity concentration of the p-layer on the substrate surface can be made higher than the concentration of the p-layer of the conventional solid-state imaging device. Therefore, a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having low dark current characteristics can be obtained.

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【0046】[0046]

【0047】[0047]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0048】図1に本発明の第一の実施例の固体撮像装
置の断面図を示す。この実施例は図25で示した従来の
固体撮像装置と全く同じ構成をしている。
FIG. 1 is a sectional view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. This embodiment has the same structure as the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 25.

【0049】n型基板5上に形成された所定範囲の深さ
と濃度を有したp層6がある。p層6の内部の所定領域
にn層7の光電変換素子が形成されている。また、p層
6にあってn層7と離間した位置に高濃度のp層8が形
成されている。p層8内に垂直CCDである転送チャン
ネルとなるn層9が設けられている。n層7に蓄積され
た信号電荷はn層9に読み出され、n層9内であって紙
面に垂直な方向に信号電荷は転送される。n層7上であ
って基板5の表面に高濃度のp層10が形成されてい
る。p層10は、Si−SiO2の界面準位に起因する
暗電流の発生を防止するために形成されている。
There is a p-layer 6 formed on an n-type substrate 5 and having a predetermined range of depth and concentration. An n-layer photoelectric conversion element is formed in a predetermined region inside the p-layer 6. A high concentration p layer 8 is formed in the p layer 6 at a position separated from the n layer 7. An n-layer 9 serving as a transfer channel which is a vertical CCD is provided in the p-layer 8. The signal charges stored in the n-layer 7 are read out to the n-layer 9, and the signal charges are transferred in the n-layer 9 in a direction perpendicular to the plane of the drawing. A high concentration p layer 10 is formed on n layer 7 and on the surface of substrate 5. The p layer 10 is formed to prevent generation of dark current due to the interface state of Si—SiO 2 .

【0050】基板5の表面上には、SiO2等の絶縁膜
12が形成されている。絶縁膜12上には垂直CCD部
2を構成しているp層8とn層9上、及びn層7とp層
8の間隙領域を含む領域上に垂直CCD転送電極13が
形成されている。さらに、固体撮像装置を物理的な衝撃
から保護するために転送電極13の側壁及び上面に絶縁
膜12を形成している。
An insulating film 12 such as SiO 2 is formed on the surface of the substrate 5. On the insulating film 12, the vertical CCD transfer electrodes 13 are formed on the p layer 8 and the n layer 9 constituting the vertical CCD section 2 and on the region including the gap region between the n layer 7 and the p layer 8. . Further, an insulating film 12 is formed on the side wall and the upper surface of the transfer electrode 13 to protect the solid-state imaging device from physical impact.

【0051】垂直CCD転送電極13は、n層7に蓄積
された電子をp層8を経由して垂直CCD転送チャンネ
ルとなるn層9に読み出させるための電極としても作用
している。
The vertical CCD transfer electrode 13 transfers electrons accumulated in the n-layer 7 via the p-layer 8 to the vertical CCD transfer channel.
It also functions as an electrode for causing the n-layer 9 to be read out.

【0052】図2に、図1に示されたp層10と光電変
換素子のn層7、p層6及び基板5を通るA−A’線に
沿った基板内の不純物濃度分布を示す。また、図3に、
図2の不純物濃度分布のネット不純物分布を示す。
FIG. 2 shows the impurity concentration distribution in the substrate along the line AA ′ passing through the p-layer 10 and the n-layer 7 and the p-layer 6 of the photoelectric conversion element and the substrate 5 shown in FIG. Also, in FIG.
3 shows a net impurity distribution of the impurity concentration distribution of FIG.

【0053】本発明では図1に示されているように固体
撮像装置の断面形状については、従来のそれと全く同じ
であるが、形成されている不純物層の不純物濃度分布が
異なっている。このことについてより詳細に説明してい
く。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the sectional shape of the solid-state imaging device is exactly the same as that of the conventional one, but the impurity concentration distribution of the formed impurity layer is different. This will be described in more detail.

【0054】両図面において、縦軸は不純物濃度を示
す。横軸は基板5表面からの距離を示す。横軸より上側
すなわち縦軸の上側にp型不純物の濃度を示し、横軸よ
り下側すなわち縦軸の下側にn型不純物の濃度を示す。
In both figures, the vertical axis indicates the impurity concentration. The horizontal axis indicates the distance from the substrate 5 surface. Above the horizontal axis, that is, above the vertical axis, the concentration of the p-type impurity is shown, and below the horizontal axis, that is, below the vertical axis, the concentration of the n-type impurity is shown.

【0055】図2の破線21,22,23,24はそれ
ぞれ図1のp層6、基板5、n層7、p層10の不純物
濃度を示している。
Dashed lines 21, 22, 23, and 24 in FIG. 2 indicate the impurity concentrations of the p layer 6, the substrate 5, the n layer 7, and the p layer 10 of FIG.

【0056】図3の実線25は、図2の各々の不純物濃
度を合成した値(以下、ネット値と呼ぶ)を示してい
る。斜線26の領域は光電変換素子のn層7のネット不
純物濃度である。n層7に蓄積される有効ドナーの総量
を示している。
A solid line 25 in FIG. 3 indicates a value obtained by combining the respective impurity concentrations in FIG. 2 (hereinafter referred to as a net value). The shaded area 26 indicates the net impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. The total amount of effective donors stored in the n-layer 7 is shown.

【0057】光電変換素子であるn層7の不純物濃度2
3は、基板5の内部に最も高濃度すなわち濃度が極大と
なる点が存在する。基板5表面では、n層7の不純物濃
度は低く、基板5内部に行くにつれて濃度が高くなる。
このように基板5内部にn層7の不純物濃度の極大値が
存在し、極大値となる深さよりさらに基板内部に行くに
つれてn層7の不純物濃度は低下する。従来の固体撮像
装置ではn層7の不純物濃度は、基板5表面あるいは暗
電流を低減するp層10の不純物濃度が分布している深
さ程度に浅い領域に極大となる領域を持つように形成さ
れている。
The impurity concentration 2 of the n-layer 7 as the photoelectric conversion element
No. 3 has a point where the highest concentration, that is, the highest concentration, exists inside the substrate 5. On the surface of the substrate 5, the impurity concentration of the n-layer 7 is low, and the concentration increases toward the inside of the substrate 5.
As described above, the maximum value of the impurity concentration of the n-layer 7 exists inside the substrate 5, and the impurity concentration of the n-layer 7 decreases further toward the inside of the substrate than the depth at which the maximum value is obtained. In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the n-layer 7 is formed so as to have a maximum region in a region as shallow as the impurity concentration of the surface of the substrate 5 or the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. Have been.

【0058】n層7の上部には暗電流を低減するために
p層10が形成されている。p層10の不純物濃度24
は、n層7の濃度より高濃度で、基板5内部への広がり
が少なくなるように形成されている。
A p-layer 10 is formed on the n-layer 7 to reduce dark current. impurity concentration 24 of p layer 10
Are formed so as to have a higher concentration than the concentration of the n-layer 7 and to be less spread into the substrate 5.

【0059】さらに、p層6は基板5内部にあって、光
電変換素子のn層7の基板5内部の深部にある端部に少
なくとも重なるように形成されている。その不純物濃度
21は、n層7と重なり合った部分より濃度が高くなり
始め、さらに基板5深部に極大値を持つように分布して
いる。従来の固体撮像装置ではp層6の不純物濃度は、
基板5表面あるいは暗電流を低減するp層10の不純物
濃度が分布している深さ程度に浅い領域に極大となる領
域を持つように形成されている。またその不純物濃度の
分布状態は低濃度で基板5のかなり深部にまで及んでい
る。
Further, the p-layer 6 is formed inside the substrate 5 so as to at least overlap the end of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element which is deep inside the substrate 5. The impurity concentration 21 starts to increase from a portion overlapping with the n-layer 7 and is distributed so as to have a maximum value in a deep portion of the substrate 5. In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the p layer 6 is
It is formed so as to have a maximum region in a region as shallow as the depth where the impurity concentration of the p-layer 10 for reducing the dark current is distributed on the surface of the substrate 5. The distribution of the impurity concentration is low and extends to a considerably deep portion of the substrate 5.

【0060】本発明の固体撮像装置と従来のそれとの不
純物濃度の分布状態の相違により、光電変換素子に蓄積
される有効ドナーの総量に大きな違いが生じる。
[0060] The difference in the distribution of impurity concentration as that of the solid-state imaging device of the conventional invention, a large difference in the amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element is caused.

【0061】すなわち、ネット不純物濃度26で示され
る有効ドナーの総量は、次のようにして求められる。不
純物濃度23に基板5の不純物濃度22を加えた値か
ら、p層10の不純物濃度24とp層6の不純物濃度2
1を差し引いた値から求められる。
That is, the total amount of effective donors represented by the net impurity concentration 26 is obtained as follows. From the value obtained by adding the impurity concentration 22 of the substrate 5 to the impurity concentration 23, the impurity concentration 24 of the p layer 10 and the impurity concentration 2 of the p layer 6 are obtained.
It is obtained from a value obtained by subtracting one.

【0062】従来の固体撮像装置では、光電変換素子の
n層7の不純物濃度は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度
浅い領域に極大となる領域を持つように形成されてい
る。このため、光電変換素子となるn層7の内、最も不
純物濃度の高い領域は、基板5の表面に形成された高濃
度で、分布状態の浅いp層10によって打ち消されてし
まう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナーの
絶対量は低下することになる。さらに、p層6の不純物
濃度が低濃度であるが基板5深部にまで深く分布してい
るため光電変換素子のn層7の濃度は全体に低くなって
しまう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナー
の絶対量は低下することになる。
In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is about the depth at which the impurity concentration of the surface of the substrate 5 or the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. It is formed so as to have a maximum region in a shallow region. Therefore, the region having the highest impurity concentration in the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the high-concentration, shallow p-layer 10 formed on the surface of the substrate 5. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases. Further, although the impurity concentration of the p-layer 6 is low, it is distributed deeply to the deep portion of the substrate 5, so that the concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is reduced as a whole. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases.

【0063】一方、本発明の固体撮像装置では、光電変
換素子であるn層7は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度に
浅い領域では不純物濃度は極端に低くなるように形成さ
れている。このため、光電変換素子となるn層7が、基
板5の表面に形成された高濃度の不純物濃度24すなわ
ち分布状態の浅いp層10によって打ち消される濃度は
殆ど問題にならない程度である。このため光電変換素子
に蓄積される有効ドナーの絶対量は従来の場合と比べて
問題にならない程度低下するのみである。
On the other hand, in the solid-state imaging device of the present invention, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is in a region as shallow as the surface of the substrate 5 or a depth where the impurity concentration of the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. The impurity concentration is formed to be extremely low. For this reason, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element has almost no problem with the high impurity concentration 24 formed on the surface of the substrate 5, that is, the concentration that is canceled out by the shallow p-layer 10 in the distribution state. For this reason, the absolute amount of the effective donor accumulated in the photoelectric conversion element is reduced to a level that does not cause a problem as compared with the conventional case.

【0064】さらに、p層6の不純物濃度21は、基板
5の深部に不純物濃度21が形成されている。不純物濃
度21の端部は光電変換素子のn層7の端部と重なるよ
うに分布している。ここでも、不純物濃度21と重なり
合う不純物濃度23の領域では、そのn型不純物の濃度
は極端に低くなるように形成されている。このため、光
電変換素子となるn層7が、不純物濃度21によって打
ち消される濃度は殆ど問題にならない程度である。この
ため光電変換素子に蓄積される有効ドナーの絶対量は従
来の場合と比べて問題にならない程度低下するのみであ
る。このようにp層6とn層7を重ねる時、不純物濃度
21には次のような制限が加えられる。第1に重なりが
ない場合には、図3で示されるネット不純物濃度の実線
25が図4に示すような形状になる。有効ドナーが蓄積
される領域が基板5深部に突起状に突き出た領域ができ
る。このような形状の光電変換素子では、ネット不純物
濃度26が不純物濃度21によって打ち消されることが
ないため、実質的なネット不純物濃度26が大きくな
る。ネット不純物濃度26が大きくなると有効ドナー総
量が大きくなる。
Further, the impurity concentration 21 of the p layer 6 is formed deep in the substrate 5. The end of the impurity concentration 21 is distributed so as to overlap the end of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. Also here, in the region of the impurity concentration 23 overlapping with the impurity concentration 21, the n-type impurity concentration is formed to be extremely low. For this reason, the concentration at which the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the impurity concentration 21 is such that there is almost no problem. For this reason, the absolute amount of the effective donor accumulated in the photoelectric conversion element is reduced to a level that does not cause a problem as compared with the conventional case. As described above, when the p layer 6 and the n layer 7 are overlapped, the impurity concentration 21 is restricted as follows. First, when there is no overlap, the solid line 25 of the net impurity concentration shown in FIG. 3 has a shape as shown in FIG. A region where effective donors are accumulated is formed as a protruding region in a deep portion of the substrate 5. In the photoelectric conversion element having such a shape, since the net impurity concentration 26 is not canceled by the impurity concentration 21, the net net impurity concentration 26 is substantially increased. As the net impurity concentration 26 increases, the total effective donor amount increases.

【0065】また、重なり合う領域が浅い場合には、重
なり合う領域の不純物濃度21の最大値aの濃度が、基
板5の不純物濃度bより大きくなくてはならない。すな
わちaの濃度はn層7の不純物濃度の分布端部での不純
物濃度6の濃度を示している。もし、aの値がbの値よ
り小さい場合には、図4に示されたネット不純物濃度の
実線25のように基板5深部で不純物濃度は突起形状と
なる。
When the overlapping region is shallow, the concentration of the maximum value a of the impurity concentration 21 in the overlapping region must be higher than the impurity concentration b of the substrate 5. That is, the concentration of “a” indicates the concentration of the impurity concentration 6 at the end of the impurity concentration distribution of the n-layer 7. If the value of a is smaller than the value of b, the impurity concentration has a protruding shape at the deep portion of the substrate 5 as shown by the solid line 25 of the net impurity concentration shown in FIG.

【0066】逆にaの値が極端にbの値より大きい場合
には、実線25のp側の盛り上がりの壁が高くなる。す
なわち、n層7と基板5との間に形成される電位障壁が
高くなる。電位障壁が高いと、基板5に印加すべき電圧
を高くすることでブルーミング現象を防止することがで
きる。
Conversely, when the value of a is extremely larger than the value of b, the wall of the solid line 25 on the p-side rises. That is, the potential barrier formed between n layer 7 and substrate 5 is increased. If the potential barrier is high, the blooming phenomenon can be prevented by increasing the voltage to be applied to the substrate 5.

【0067】しかし、不純物濃度21の分布が、急峻で
あってn層7とp層6の重なり合う領域が浅く、aの値
が極端にbの値より大きくかつp層6の厚さが薄い場合
には、ネット不純物濃度26が不純物濃度25によって
打ち消される量が少なくなるためネット不純物濃度26
は高くなる。このため有効ドナー総量は大きくなる。ま
た、基板5に印加すべき電圧は低くても十分な効果が得
られる。
However, when the distribution of the impurity concentration 21 is steep, the region where the n layer 7 and the p layer 6 overlap is shallow, the value of a is extremely larger than the value of b, and the thickness of the p layer 6 is thin. The net impurity concentration 26 is reduced by the amount by which the net impurity concentration 26 is canceled by the impurity concentration 25.
Will be higher. Therefore, the total amount of effective donors becomes large. Further, a sufficient effect can be obtained even if the voltage to be applied to the substrate 5 is low.

【0068】n層7の不純物濃度23の極大点は、p層
10とp層6の不純物濃度21,24と全く重ならない
領域に持っている。このように不純物濃度23を形成す
ることによって有効ドナーの総量を多くすることができ
る。
The maximum point of the impurity concentration 23 of the n-layer 7 is located in a region which does not overlap with the impurity concentrations 21 and 24 of the p-layer 10 and the p-layer 6 at all. By forming the impurity concentration 23 in this manner, the total amount of effective donors can be increased.

【0069】このようにn層7の不純物濃度23は、p
層10及びp層6の不純物濃度21,24とそれぞれ端
部でのみ重なり合っている。すなわち、p層10の不純
物濃度24とp層6の不純物濃度21とは重なり合うこ
とがなく、両者をn層7の不純物濃度23によって連続
している。このような不純物濃度分布を造ることで、光
電変換素子のn層7に蓄積される有効ドナーの総量を顕
著に増加させることができる。
As described above, the impurity concentration 23 of the n-layer 7 is
It overlaps with the impurity concentrations 21 and 24 of the layer 10 and the p-layer 6 only at the respective ends. That is, the impurity concentration 24 of the p layer 10 and the impurity concentration 21 of the p layer 6 do not overlap with each other, and both are continuous by the impurity concentration 23 of the n layer 7. By forming such an impurity concentration distribution, the total amount of effective donors accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element can be significantly increased.

【0070】一方、ネット不純物濃度25において、光
電変換素子のn層7に蓄積される有効ドナー総量を示す
斜線26の面積は、従来の総量を示す斜線19の面積よ
り大きくなっている。
On the other hand, at the net impurity concentration 25, the area of the diagonal line 26 indicating the total effective donor amount accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is larger than the area of the diagonal line 19 indicating the conventional total amount.

【0071】このため、光電変換素子の飽和特性の上限
値が従来のものより大きくなり、固体撮像素子の飽和電
荷量、すなわちダイナミックレンジを大幅に向上させる
ことができる。
For this reason, the upper limit of the saturation characteristic of the photoelectric conversion element becomes larger than that of the conventional one, and the saturation charge amount of the solid-state imaging device, that is, the dynamic range can be greatly improved.

【0072】ここで、基板5の濃度は、約1015cm-3
である。p層10の濃度は、1018〜1019cm-3で、
その拡散長は0.5ミクロンである。また、p層6の濃
度は、約1015cm-3で、その領域は基板5表面から
1.5ミクロンから拡散長3.0ミクロンである。n層7
の濃度は、1016〜1017cm-3で、その拡散長は1.
8ミクロンである。よってn層7とp層6の重なり合う
領域は0.3ミクロンとなる。
Here, the concentration of the substrate 5 is about 10 15 cm −3.
It is. The concentration of the p layer 10 is 10 18 to 10 19 cm −3 ,
Its diffusion length is 0.5 microns. The concentration of the p layer 6 is about 10 15 cm −3 , and the region has a diffusion length of 1.5 μm to 3.0 μm from the surface of the substrate 5. n-layer 7
Has a concentration of 10 16 to 10 17 cm -3 and a diffusion length of 1.
8 microns. Therefore, the area where the n-layer 7 and the p-layer 6 overlap is 0.3 μm.

【0073】図5に、第2の実施例である固体撮像装置
内の不純物濃度を示す。具体的には、図1に示されたp
層10と光電変換素子のn層7、p層6及び基板5を通
るA−A’線に沿った基板内の不純物濃度を示す。
FIG. 5 shows the impurity concentration in the solid-state imaging device according to the second embodiment. Specifically, the p shown in FIG.
The impurity concentration in the substrate along the line AA ′ passing through the layer 10, the n-layer 7, the p-layer 6, and the substrate 5 of the photoelectric conversion element is shown.

【0074】図6に、図5の不純物濃度のネット値を示
す。本発明では図1に示されているように固体撮像装置
の断面形状については、従来のそれと全く同じである
が、形成されている不純物層の不純物濃度分布が異なっ
ている。このことについてより詳細に説明していく。
FIG. 6 shows the net value of the impurity concentration in FIG. In the present invention, as shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the solid-state imaging device is exactly the same as that of the conventional one, but the impurity concentration distribution of the formed impurity layer is different. This will be described in more detail.

【0075】両図面において、縦軸、横軸は図2、3と
全く同じものを示す。図5の破線27,28,29,3
0はそれぞれ図1のp層6、基板5、n層7、p層10
の不純物濃度を示している。
In both figures, the ordinate and abscissa show exactly the same as in FIGS. Dashed lines 27, 28, 29, 3 in FIG.
0 denotes the p layer 6, the substrate 5, the n layer 7, and the p layer 10 of FIG.
Is shown.

【0076】図6の実線31は、図2の各々の不純物濃
度のネット値を示している。斜線32の領域は光電変換
素子のn層7のネット不純物濃度である。n層7に蓄積
される有効ドナーの総量を示している。
The solid line 31 in FIG. 6 shows the net value of each impurity concentration in FIG. The shaded region 32 indicates the net impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. The total amount of effective donors stored in the n-layer 7 is shown.

【0077】光電変換素子であるn層7の不純物濃度2
9は、基板5の内部に最も高濃度すなわち濃度が極大と
なる点が存在する。基板5表面では、n層7の不純物濃
度は低く、基板5内部に行くにつれて濃度が高くなる。
このように基板5内部にn層7の不純物濃度の極大値が
存在し、極大値となる深さよりさらに基板内部に行くに
つれてn層7の不純物濃度は低下する。以上のようにn
層7の不純物濃度の分布は第1の実施例と同じである。
The impurity concentration 2 of the n-layer 7 as the photoelectric conversion element
No. 9 has the highest concentration inside the substrate 5, that is, the point where the concentration is maximum. On the surface of the substrate 5, the impurity concentration of the n-layer 7 is low, and the concentration increases toward the inside of the substrate 5.
As described above, the maximum value of the impurity concentration of the n-layer 7 exists inside the substrate 5, and the impurity concentration of the n-layer 7 decreases further toward the inside of the substrate than the depth at which the maximum value is obtained. As described above, n
The distribution of the impurity concentration of the layer 7 is the same as in the first embodiment.

【0078】また、n層7の上部には暗電流を低減する
ためにp層10が形成されている。p層10の不純物濃
度30は、n層7の濃度より高濃度で、基板5内部への
広がりが少なくなるように形成されているのも第1の実
施例と同じである。
Further, a p-layer 10 is formed on the n-layer 7 to reduce dark current. As in the first embodiment, the impurity concentration 30 of the p-layer 10 is higher than that of the n-layer 7 and is formed so as to be less spread inside the substrate 5.

【0079】第1の実施例と異なる点は、p層6が従来
の固体撮像装置の不純物濃度15と同じように低濃度
で、基板5表面から基板5深部にまで形成されている点
である。
The difference from the first embodiment is that the p-layer 6 is formed at a low concentration from the surface of the substrate 5 to the deep portion of the substrate 5 like the impurity concentration 15 of the conventional solid-state imaging device. .

【0080】すなわち、不純物濃度6は、基板5表面に
濃度の極大値を持つ。またその分布状態は基板5深部に
広がっている。p層6の拡散深さはn層7の拡散深さよ
り深くまで形成されている。
That is, the impurity concentration 6 has a local maximum value on the surface of the substrate 5. Further, the distribution state extends to the deep part of the substrate 5. The diffusion depth of the p layer 6 is formed deeper than the diffusion depth of the n layer 7.

【0081】本発明の固体撮像装置と従来のそれとの不
純物濃度の分布状態の相違は、光電変換素子に蓄積され
る有効ドナーの総量に大きな違いが生じる。
The difference in the distribution of the impurity concentration between the solid-state image pickup device of the present invention and the conventional solid-state image pickup device causes a large difference in the total amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element.

【0082】すなわち、ネット不純物濃度32で示され
る有効ドナーの総量は、次のようにして求められる。不
純物濃度29に基板5の不純物濃度28を加えた値か
ら、p層10の不純物濃度30とp層6の不純物濃度2
7を差し引いた値から求められる。
That is, the total amount of effective donors represented by the net impurity concentration 32 is obtained as follows. From the value obtained by adding the impurity concentration 28 of the substrate 5 to the impurity concentration 29, the impurity concentration 30 of the p layer 10 and the impurity concentration 2 of the p layer 6 are obtained.
It is obtained from the value obtained by subtracting 7.

【0083】従来の固体撮像装置では、光電変換素子の
n層7の不純物濃度は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度
浅い領域に極大となる領域を持つように形成されてい
る。このため、光電変換素子となるn層7の内、最も不
純物濃度の高い領域は、基板5の表面に形成された高濃
度で、分布状態の浅いp層10によって打ち消されてし
まう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナーの
絶対量は低下することになる。さらに、p層6の不純物
濃度が低濃度であるが基板5深部にまで深く分布してい
るため光電変換素子のn層7の濃度は全体に低くなって
しまう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナー
の絶対量は低下することになる。
In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is about the depth at which the impurity concentration of the surface of the substrate 5 or the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. It is formed so as to have a maximum region in a shallow region. Therefore, the region having the highest impurity concentration in the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the high-concentration, shallow p-layer 10 formed on the surface of the substrate 5. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases. Further, although the impurity concentration of the p-layer 6 is low, it is distributed deeply to the deep portion of the substrate 5, so that the concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is reduced as a whole. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases.

【0084】一方、本発明の固体撮像装置では、光電変
換素子であるn層7は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度に
浅い領域では不純物濃度は極端に低くなるように形成さ
れている。このため、光電変換素子となるn層7が、基
板5の表面に形成された高濃度の不純物濃度30すなわ
ち分布状態の浅いp層10によって打ち消される濃度は
殆ど問題にならない程度である。このため光電変換素子
に蓄積される有効ドナーの絶対量は従来の場合と比べて
問題にならない程度低下するのみである。しかし、第
の実施例においてp層6の不純物濃度27が、基板5
の深部に形成されている。不純物濃度27の端部は光電
変換素子のn層7の端部と重なるように分布している。
このため、光電変換素子となるn層7が、不純物濃度2
7によって打ち消される濃度は殆ど問題にならない程度
であった。これと比較すると第2の実施例では、p層6
が基板5表面から拡散されて形成されている点で従来の
固体撮像装置と同じである。このため、第1の実施例よ
りは光電変換素子に蓄積される有効ドナーの絶対量は少
なくなる。従来の場合と比べた場合には、第2の実施例
でも問題にならない程度有効ドナーの総量が低下するの
みである。
On the other hand, in the solid-state imaging device according to the present invention, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed on the surface of the substrate 5 or in a region as shallow as the depth where the impurity concentration of the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. The impurity concentration is formed to be extremely low. For this reason, the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element has a concentration that is negligible by the high impurity concentration 30 formed on the surface of the substrate 5, that is, the concentration that is canceled out by the shallow p-layer 10 in the distribution state. For this reason, the absolute amount of the effective donor accumulated in the photoelectric conversion element is reduced to a level that does not cause a problem as compared with the conventional case. But the first
In the embodiment, the impurity concentration 27 of the p layer 6 is
Is formed in the deep part of. The end of the impurity concentration 27 is distributed so as to overlap the end of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element.
Therefore, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element has an impurity concentration of 2
The density canceled by 7 was of little concern. In comparison with this, in the second embodiment, the p-layer 6
Is formed by diffusing from the surface of the substrate 5 in the same manner as the conventional solid-state imaging device. For this reason, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element is smaller than in the first embodiment. Compared with the conventional case, the total amount of effective donors is reduced to the extent that no problem occurs in the second embodiment.

【0085】また、第2の実施例ではn層7のみが従来
の固体撮像装置と異なる部分である。第1の実施例では
n層7とp層6の重なり合う領域が問題となったが、第
2の実施例では従来のプロセスで容易に形成することが
できる。
In the second embodiment, only the n-layer 7 is different from the conventional solid-state imaging device. In the first embodiment, the region where the n-layer 7 and the p-layer 6 overlap is a problem, but in the second embodiment, it can be easily formed by a conventional process.

【0086】ネット不純物濃度31において、光電変換
素子のn層7に蓄積される有効ドナー総量を示す斜線3
2の面積は、従来の総量を示す斜線15の面積より大き
くなっている。
At net impurity concentration 31, hatched line 3 indicating the total effective donor amount accumulated in n layer 7 of the photoelectric conversion element.
The area of 2 is larger than the area of the oblique line 15 indicating the conventional total amount.

【0087】このため、光電変換素子の飽和特性の上限
値が従来のものより大きくなり、固体撮像素子の飽和電
荷量を大きくすることができる。
For this reason, the upper limit value of the saturation characteristic of the photoelectric conversion element is larger than that of the conventional one, and the saturation charge of the solid-state imaging device can be increased.

【0088】ここで、基板5の濃度は、1015cm-3
ある。p層10の濃度は、1018〜1019cm-3で、そ
の拡散長は0.5ミクロンである。また、p層6の濃度
は、約2×1014cm-3で、その領域は基板5表面か
散長5.5ミクロンである。n層7の濃度は、1016
〜1017cm-3で、その拡散長は1.8ミクロンであ
る。よってn層7とp層6の重なり合う領域は1.8ミ
クロンとなる。
Here, the concentration of the substrate 5 is 10 15 cm −3 . The concentration of the p layer 10 is 10 18 to 10 19 cm −3 , and the diffusion length is 0.5 μm. The concentration of the p layer 6 is about 2 × 10 14 cm -3, the region surface of the substrate 5 or al
It is an expansion Chicho 5.5 micron. The concentration of the n-layer 7 is 10 16
At 〜1010 17 cm -3 , its diffusion length is 1.8 microns. Therefore, the area where the n layer 7 and the p layer 6 overlap is 1.8 microns.

【0089】以上のような条件で固体撮像装置を形成す
ると、従来の固体撮像装置ではその飽和電荷量が4×1
4/画素程度であったのが、1.2×105/画素程度
の値が得られる。
When the solid-state imaging device is formed under the above conditions, the saturation charge amount of the conventional solid-state imaging device is 4 × 1.
0 4 / of was about pixel is obtained a value of about 1.2 × 10 5 / pixel.

【0090】図7に発明の第の実施例である固体撮
像装置の断面構造を示す。この図は従来技術の図25
示された固体撮像装置に対応した領域の断面図である。
[0090] illustrates a cross-sectional structure of a solid-state imaging device according to a first embodiment of another invention in FIG. This figure is a cross-sectional view of a region corresponding to the solid-state imaging device shown in FIG. 25 of the prior art.

【0091】n型基板5上に形成された所定範囲の深さ
と濃度を有したp層33が形成されている。p層33に
n層の光電変換素子7の一部の領域が形成されている。
また、p層33には高濃度のp層8が形成され、p層8
内に垂直CCD転送チャンネルとなるn層9が設けられ
ている。さらに、光電変換素子7の底部に接して高濃度
で厚さの薄いp層34が形成されている。p層34はp
層33とそれと隣合うp層33で挟まれたn型基板5に
形成されている。光電変換素子7の上には高濃度のp層
10が形成されている。また、p層8は、n層7及びp
層10と離間して形成されている。
A p-layer 33 having a predetermined range of depth and concentration is formed on an n-type substrate 5. A partial region of the n-layer photoelectric conversion element 7 is formed in the p-layer 33.
A high concentration p layer 8 is formed on the p layer 33, and the p layer 8
An n layer 9 serving as a vertical CCD transfer channel is provided therein. Further, a p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed in contact with the bottom of the photoelectric conversion element 7. p layer 34
It is formed on an n-type substrate 5 sandwiched between a layer 33 and a p-layer 33 adjacent thereto. A high concentration p layer 10 is formed on the photoelectric conversion element 7. Further, the p layer 8 is formed by the n layer 7 and the p layer
It is formed separately from the layer 10.

【0092】n型基板5上には、少なくとも光電変換素
子7の所定領域を除く領域にSiO2等の絶縁膜12を
介して垂直CCD転送電極13が形成されている。
On the n-type substrate 5, a vertical CCD transfer electrode 13 is formed at least in a region other than a predetermined region of the photoelectric conversion element 7 via an insulating film 12 such as SiO 2 .

【0093】光電変換素子のn層7は低濃度で厚いp層
33と、高濃度で厚さの薄いp層34の2つの領域上に
形成されている。
The n-layer 7 of the photoelectric conversion element is formed on two regions of a low-concentration thick p-layer 33 and a high-concentration thin p-layer 34.

【0094】光電変換素子のn層7に蓄積された信号電
荷はn層9に読み出され、n層9内であって紙面に垂直
な方向に信号電荷は転送される。
The signal charges stored in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element are read out to the n-layer 9, and the signal charges are transferred in the n-layer 9 in a direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0095】光電変換素子のn層7上に形成された高濃
度p層10は、Si−SiO2の界面準位に起因する暗
電流の発生を防止するために形成されている。
The high-concentration p-layer 10 formed on the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is formed to prevent the generation of dark current due to the interface state of Si—SiO 2 .

【0096】以上のようにこの発明の固体撮像装置で、
従来の固体撮像装置と異なっている構成は、光電変換素
子のn層7が、低濃度で厚いp層23と、高濃度で厚さ
の薄いp層34の2つの領域上に少なくとも形成されて
いる点である。
As described above, in the solid-state imaging device of the present invention,
Forming the structure is different from the conventional solid-state imaging device, n layer 7 of the photoelectric conversion element, a thick p layer 23 at low concentrations, even without least a high concentration in a thickness thin two regions of the p layer 34 That is the point.

【0097】ここで、基板5の濃度は1015cm-3のも
のを用いた。また、p層33の濃度は1015cm-3で、
その拡散長は3ミクロンである。n層7の濃度は1016
〜1017cm-3で、その拡散長は1.8ミクロンであ
る。また、p層10の濃度は1018〜1019cm-3で、
その拡散長は0.5ミクロンである。p層8の濃度は3
×1017cm-3で、その拡散長は1.2ミクロンであ
る。n層9の濃度は5×1016cm-3で、その拡散長は
0.8ミクロンである。p層34の濃度は4×1015
-3で、その拡散長は1.5ミクロンである。
Here, a substrate 5 having a concentration of 10 15 cm -3 was used. The concentration of the p layer 33 is 10 15 cm −3 ,
Its diffusion length is 3 microns. The concentration of the n-layer 7 is 10 16
At 〜1010 17 cm -3 , its diffusion length is 1.8 microns. The concentration of the p layer 10 is 10 18 to 10 19 cm −3 ,
Its diffusion length is 0.5 microns. The concentration of the p layer 8 is 3
At × 10 17 cm -3 , its diffusion length is 1.2 microns. The concentration of the n-layer 9 is 5 × 10 16 cm −3 and its diffusion length is 0.8 μm. The concentration of the p layer 34 is 4 × 10 15 c
At m -3 , its diffusion length is 1.5 microns.

【0098】p層34は、光電変換素子であるn層7の
垂直CCD転送部であるn層9から離れた位置に形成さ
れている。p層34は光電変換素子のn層7の長辺に沿
って形成されている。p層34の長辺方向への長さは3
ミクロンである。この長さが、さらに長く光電変換素子
のn層7の長辺に沿って形成されていると電子シャッタ
を動作させるための印加電圧を低くすることができる。
すなわち、n層7に蓄積された信号電荷を全て基板5に
排出するために基板5に印加すべきパルス電圧を低くす
ることができる。
The p-layer 34 is formed at a position separated from the n-layer 9 which is a vertical CCD transfer section of the n-layer 7 which is a photoelectric conversion element. The p layer 34 is formed along the long side of the n layer 7 of the photoelectric conversion element. The length in the long side direction of the p layer 34 is 3
Micron. If this length is longer and formed along the long side of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, the applied voltage for operating the electronic shutter can be reduced.
That is, the pulse voltage to be applied to the substrate 5 to discharge all the signal charges accumulated in the n-layer 7 to the substrate 5 can be reduced.

【0099】また、光電変換素子のn層7とp層34
の、垂直CCD転送部であるn層9から最も離れた端部
がこの実施例では一致している。n層7の端部よりp層
34の端部が隣接するp層33にまで伸びて形成されて
いても同様の効果を得ることができる。このように、端
部を形成するのにその位置関係に余裕があるため製造上
のマージンが大きくなる。
The n-layer 7 and the p-layer 34 of the photoelectric conversion element
The end farthest from the n-layer 9, which is the vertical CCD transfer section, coincides in this embodiment. The same effect can be obtained even when the end of the p layer 34 extends from the end of the n layer 7 to the adjacent p layer 33. As described above, since there is a margin in the positional relationship for forming the end portion, a margin in manufacturing is increased.

【0100】一方、n層7の端部よりp層34の端部が
短くなる場合には、n層7が基板5と直接接触すること
となり、n層7には信号電荷が蓄積できなくなる。
On the other hand, when the end of the p layer 34 is shorter than the end of the n layer 7, the n layer 7 comes into direct contact with the substrate 5 and no signal charges can be stored in the n layer 7.

【0101】さらに、p層34の基板5深部方向への厚
さは、1.5ミクロンである。この厚さは固体撮像装置
の電子シャッタを動作させるときにn層7に印加すべき
パルス電圧の値を左右する。すなわち、この厚さより薄
い場合には、n層7と基板5の間に生じる電位障壁が低
くなる。このため基板5に印加すべき電圧を低くするこ
とができる。
Further, the thickness of the p layer 34 in the depth direction of the substrate 5 is 1.5 μm. This thickness affects the value of the pulse voltage to be applied to the n-layer 7 when operating the electronic shutter of the solid-state imaging device. That is, when the thickness is smaller than this thickness, the potential barrier generated between n layer 7 and substrate 5 becomes low. Therefore, the voltage to be applied to the substrate 5 can be reduced.

【0102】また、この厚さより厚く形成されている場
合には、n層7と基板5の間に生じる電位障壁が高くな
る。このため基板5に印加すべき電圧を高くする必要が
ある。
When the thickness is larger than this thickness, the potential barrier generated between n layer 7 and substrate 5 becomes higher. Therefore, it is necessary to increase the voltage to be applied to the substrate 5.

【0103】p層33とn型基板5の間にはn型基板5
に正電位、p層33に負電位となる逆バイアス電圧Vs
ubが印加される。
The n-type substrate 5 is provided between the p-layer 33 and the n-type substrate 5.
Reverse voltage Vs which becomes a positive potential and the p-layer 33 becomes a negative potential.
ub is applied.

【0104】ブルーミング現象を防止するために正電圧
Vsubをn型基板5に印加したときに、図7で示され
たC−C’線、及びD−D’線に沿った電位分布を図
8,9に示す。
When a positive voltage Vsub is applied to the n-type substrate 5 in order to prevent the blooming phenomenon, the potential distribution along the lines CC ′ and DD ′ shown in FIG. 7 is shown in FIG. , 9.

【0105】図8はこの発明の固体撮像装置がブルーミ
ング現象を減少させるのに効果があることを詳細に説明
するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining in detail that the solid-state imaging device of the present invention is effective in reducing the blooming phenomenon.

【0106】図8の破線36は、図7で示されたC−
C’線、及び実線37はD−D’線に沿った電位分布を
示す。領域10,7,33,5はそれぞれ高濃度p層1
0、光電変換素子のn層7,低濃度で厚いp層33,n
型基板5の深さ方向の厚さを示している。
A broken line 36 in FIG. 8 indicates the C- line shown in FIG.
The C ′ line and the solid line 37 show the potential distribution along the DD ′ line. The regions 10, 7, 33 and 5 are each a high concentration p layer 1
0, n layer 7 of photoelectric conversion element, p layer 33 with low concentration and thick, n
3 shows the thickness of the mold substrate 5 in the depth direction.

【0107】Vsubの電位が印加された時、低濃度で
厚いp層33内での極小電位38の値が高濃度で厚さの
薄いp層34の極小電位39の値よりも高くなってい
る。
When the potential Vsub is applied, the value of the minimum potential 38 in the low-concentration thick p-layer 33 is higher than the value of the minimum potential 39 in the high-concentration thin p-layer 34. .

【0108】光電変換素子のn層7では、電位の井戸を
形成している。このためn層7及びその周辺で発生した
電荷は、この電位の井戸を形成するポテンシャルに沿っ
て移動する。この結果電位の井戸内に電荷が蓄積されて
いく。さらに蓄積される電荷が多くなり、極小電位38
を越える電位を持つ電荷がでてくると、過剰電荷となっ
てp層33の電位分布に沿って移動する。この結果、過
剰電荷はn型基板5へ排出される。
In the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, a potential well is formed. Therefore, the charges generated in the n-layer 7 and the periphery thereof move along the potential forming the well of this potential. As a result, charges are accumulated in the potential well. Further, the accumulated electric charge increases, and the minimum potential 38
When an electric charge having a potential exceeding the above occurs, it becomes an excess electric charge and moves along the electric potential distribution of the p layer 33. As a result, excess charges are discharged to the n-type substrate 5.

【0109】ブルーミング現象は、光電変換素子のn層
7に高輝度の光が入射したときに生じる現象である。す
なわち、入射した光によって光電変換素子内に瞬時に多
量の電子が生じる。光電変換素子内には一定容量の電子
しか蓄積することができない。そこで瞬時に生じた電子
の量が多量で光電変換素子に蓄積される容量より多い場
合には、隣接した垂直CCDの転送チャンネル内に過剰
な電子が流入することによってが生じる。このような現
象をブルーミング現象と呼ばれている。
The blooming phenomenon is a phenomenon that occurs when high-brightness light enters the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. That is, a large amount of electrons are instantaneously generated in the photoelectric conversion element by the incident light. Only a certain amount of electrons can be stored in the photoelectric conversion element. Therefore, when the amount of electrons generated instantaneously is large and is larger than the capacity stored in the photoelectric conversion element, excessive electrons flow into the transfer channel of the adjacent vertical CCD. Such a phenomenon is called a blooming phenomenon.

【0110】図8から、光電変換素子内の電位分布は、
図8に示される破線36と実線37の2つのタイプの分
布を示す。光電変換素子のn層7で形成された電子は、
電位の井戸内に蓄積されていく。その蓄積量が多くなる
と、光電変換素子のn層7の2つの分布形状の内、より
電位の低い方の電位分布の部分から電子がp層33へ流
れていく。実線37で示される分布状態の極小電位38
は破線36の極小電位39より低いため、実線37の電
位分布を持つ領域から最初に電子がp層33へ流れてい
く。
FIG. 8 shows that the potential distribution in the photoelectric conversion element is
FIG. 9 shows two types of distributions shown by a broken line 36 and a solid line 37 shown in FIG. 8. The electrons formed in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element are
The potential is accumulated in the well. When the accumulation amount increases, electrons flow to the p-layer 33 from the lower potential portion of the two distribution shapes of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. The minimum potential 38 in the distribution state indicated by the solid line 37
Is lower than the minimum potential 39 of the dashed line 36, so that electrons flow from the region having the potential distribution of the solid line 37 to the p-layer 33 first.

【0111】図9はこの発明の固体撮像装置が電子シャ
ッタの動作を行なうのに有効な構成であることを詳細に
説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining in detail that the solid-state imaging device according to the present invention has a configuration effective for performing the operation of the electronic shutter.

【0112】電子シャッタは光電変換素子のn層7に蓄
積された全ての信号電荷をn型基板5に排出することで
ある。図9は電子シャッタの動作を行わせた時の基板5
内の電位分布である。すなわち電子シャッタの動作は光
電変換素子のn層7に蓄積された電子が全て基板5に排
出することである。蓄積された電子が完全に排出されな
ければ電子シャッタを動作させた時に、光電変換素子単
位に各々異なる電荷量が内部に蓄積された(取り残され
た)状態となる。このため取り残された電荷によって固
定パターンを発生させることになる。
The electronic shutter is to discharge all the signal charges accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element to the n-type substrate 5. FIG. 9 shows the substrate 5 when the operation of the electronic shutter is performed.
It is a potential distribution in the inside. That is, the operation of the electronic shutter is to discharge all the electrons accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element to the substrate 5. If the stored electrons are not completely discharged, when the electronic shutter is operated, a different amount of electric charge is accumulated (remaining) inside each photoelectric conversion element. Therefore, a fixed pattern is generated by the remaining charges.

【0113】電子シャッタを動作させるためにn型基板
5に図8より更に高い正電圧Vsubを印加されてい
る。
A positive voltage Vsub higher than that in FIG. 8 is applied to the n-type substrate 5 in order to operate the electronic shutter.

【0114】図9に、図7のC−C’線、及びD−D’
線に沿った電位分布をそれぞれ破線40及び実線41に
示す。
FIG. 9 shows a line CC ′ and a line DD ′ in FIG.
The potential distribution along the line is shown by a broken line 40 and a solid line 41, respectively.

【0115】図9の領域10,7,33,5はそれぞれ
高濃度p層10、光電変換素子のn層7,低濃度で厚い
p層33,n型基板5の深さ方向の厚さを示している。
The regions 10, 7, 33 and 5 in FIG. 9 respectively show the high-concentration p-layer 10, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, the low-concentration thick p-layer 33, and the Is shown.

【0116】Vsubの電位が印加されると、高濃度で
厚さの薄いp層34の極小電位42が低濃度で厚いp層
33の極小電位43よりも高くなっており、かつ極小電
位42はn層7の電位44よりも低くなっている。この
ため、光電変換素子のn層7に蓄積された信号電荷は、
電位の低い破線42に沿って移動する。この時、光電変
換素子のn層7内の極小電位44より破線42の電位が
低くなっているため、光電変換素子に蓄積された信号電
荷が全てn型基板5に排出される。
When the potential Vsub is applied, the minimum potential 42 of the p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is higher than the minimum potential 43 of the p-layer 33 having a low concentration and a large thickness, and the minimum potential 42 is It is lower than the potential 44 of the n-layer 7. Therefore, the signal charges stored in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element are:
It moves along the dashed line 42 with a lower potential. At this time, since the potential indicated by the broken line 42 is lower than the minimum potential 44 in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, all signal charges accumulated in the photoelectric conversion element are discharged to the n-type substrate 5.

【0117】図10はこのようになる理由を説明するた
めのVsubに対する電位の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between Vsub and the potential for explaining the reason for this.

【0118】図10中の実線45及び破線46はそれぞ
れ低濃度で厚いp層33、及び高濃度で厚さの薄いp層
34内の極小電位のVsub電圧依存性を示している。
The solid line 45 and the broken line 46 in FIG. 10 show the Vsub voltage dependency of the minimum potential in the low-concentration thick p-layer 33 and the high-concentration thin p-layer 34, respectively.

【0119】実線45はVsub電位が高くなるにつれ
て、p層33内の極小電位が徐々に高くなる。
The solid line 45 shows that the minimum potential in the p-layer 33 gradually increases as the Vsub potential increases.

【0120】一方、破線46はVsub電位が高くなる
につれて、p層34内の極小電位が急激に高くなる。
On the other hand, the broken line 46 indicates that the minimum potential in the p layer 34 sharply increases as the Vsub potential increases.

【0121】この差はp層33とp層34を比較した場
合、p層33の不純物濃度がp層34の不純物濃度より
低く、かつその厚さが厚くなっている点に起因する。す
なわち、p層34は逆に不純物濃度は高く、かつその厚
さが薄く形成されている。
This difference is due to the fact that, when comparing the p-layer 33 and the p-layer 34, the impurity concentration of the p-layer 33 is lower than the impurity concentration of the p-layer 34 and the thickness thereof is larger. That is, the p-layer 34 has a high impurity concentration and a small thickness.

【0122】したがって、光電変換素子のn層7の蓄積
電荷量のVsub電位依存性は、図10の交点47以下
では実線45によって、また交点47以上では破線46
で決定される。すなわち、光電変換素子の蓄積電荷量は
図11に示すようなVsub電位依存性を持つ。これよ
り光電変換素子に蓄積されている間、すなわち図8で示
された状態が図11の領域48に相当している。
Therefore, the dependence of the amount of charge stored in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element on the Vsub potential is represented by the solid line 45 below the intersection 47 and the broken line 46 above the intersection 47 in FIG.
Is determined. That is, the amount of charge stored in the photoelectric conversion element has Vsub potential dependence as shown in FIG. The state shown in FIG. 8 during accumulation in the photoelectric conversion element, that is, the state shown in FIG. 8 corresponds to the region 48 in FIG.

【0123】電子シャッタを動作させて信号電荷を排出
する時には図9に示された状態、すなわち図11で示さ
れた実線よりも高電圧の時の状態で動作させる。このよ
うにすることで、高い飽和電荷量を持つ光電変換素子を
低いVsubとなるパルス電圧で電子シャッタの動作を
行なうことができる。
When discharging the signal charges by operating the electronic shutter, the electronic shutter is operated in a state shown in FIG. 9, that is, in a state where the voltage is higher than the solid line shown in FIG. By doing so, the operation of the electronic shutter can be performed with the pulse voltage that causes the photoelectric conversion element having a high saturated charge amount to have a low Vsub.

【0124】これより、ブルーミングの発生を防止する
ためには、領域48のように最大蓄積電荷量の変化がV
sub電位に対して緩やかなVsub電位依存性領域で
行うのがよい。
Thus, in order to prevent the occurrence of blooming, the change in the maximum accumulated charge amount is V
It is preferable to perform the process in a Vsub potential dependent region that is gentle with respect to the sub potential.

【0125】このような領域で用いることで、カメラ一
体型VTRのVsub電位調整が容易となる。また、こ
のようなVsub電位領域で用いることで光電変換素子
の最大蓄積電荷量の減少を少なくすることができる。
The use in such a region facilitates the adjustment of the Vsub potential of the camera-integrated VTR. Further, by using such a Vsub potential region, a decrease in the maximum accumulated charge amount of the photoelectric conversion element can be reduced.

【0126】その一方で電子シャッタを動作させる時
は、領域49のように最大蓄積電荷量の変化がVsub
に対して急峻なVsub依存性を有する領域で用いるの
がよい。
On the other hand, when the electronic shutter is operated, the change in the maximum accumulated charge amount is Vsub as in the region 49.
Is preferably used in a region having a sharp Vsub dependency with respect to

【0127】というのも電子シャッタを動作させる電位
は、ブルーミングの発生を防止する時に印加される電位
に更にクロック電圧を加えて実現する。
The potential for operating the electronic shutter is realized by adding a clock voltage to the potential applied when preventing blooming.

【0128】この発明の固体撮像装置では従来の固体撮
像装置で電子シャッタを動作させる時に、印加されるク
ロック電圧より低い電圧で電子シャッタを動作させるこ
とができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, when operating the electronic shutter in the conventional solid-state imaging device, the electronic shutter can be operated at a voltage lower than the applied clock voltage.

【0129】すなわち、従来の固体撮像装置で電子シャ
ッタを動作させる時に、印加されるクロック電圧は、3
0ボルトであるのに対しての実施例の固体撮像装置で
は18ボルトという低い電圧で電子シャッタを動作させ
ることができる。
That is, when operating the electronic shutter in the conventional solid-state imaging device, the clock voltage applied is 3
0 In the solid-state imaging device of this embodiment whereas the bolt may be operating the electronic shutter at a low voltage of 18 volts.

【0130】このように光電変換素子のn層7に接して
低濃度で厚いp層33と高濃度で厚さの薄いp層34を
形成することによって、ブルーミングを防止するための
ビデオカメラのVsub電位の調整を容易にでき、また
光電変換素子の最大蓄積電荷量(飽和電荷量)を高くす
ることができる。また、電子シャッタを動作させるのに
低いクロック電圧で実現することができる。
By forming the low-concentration thick p-layer 33 and the high-concentration thin p-layer 34 in contact with the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, the Vsub of the video camera for preventing blooming is formed. The potential can be easily adjusted, and the maximum accumulated charge amount (saturated charge amount) of the photoelectric conversion element can be increased. Further, it can be realized with a low clock voltage for operating the electronic shutter.

【0131】さらに、高濃度で浅いp層34を図7の破
線35で示すように光電変換素子のn層7内に一部が重
なるように形成する。すなわち、破線35に示すような
位置に形成することで、高濃度で薄いp層34と接する
n層7の厚さが実質上薄くなる。このため、光電変換素
子の信号電荷を読み出す際に、光電変換素子のn層7が
空乏化した状態となる。よってそこに発生する電位分布
は読み出し側に深くなるため、残像の発生を防止するこ
とがより容易になる。
Further, a high-concentration shallow p-layer 34 is formed so as to partially overlap the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, as shown by a broken line 35 in FIG. That is, by forming the n-layer 7 at the position shown by the broken line 35, the thickness of the n-layer 7 in contact with the high-concentration and thin p-layer 34 is substantially reduced. Therefore, when the signal charges of the photoelectric conversion element are read, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is in a depleted state. Therefore, the potential distribution generated there becomes deeper on the reading side, and it becomes easier to prevent the occurrence of an afterimage.

【0132】次に発明の第の実施例の固体撮像装置
について図12を用いて説明する。
[0132] Next, the solid-state imaging device of the second embodiment of another invention with reference to FIG 2.

【0133】図12の断面図は従来技術(図24)のA
−A’線に沿った断面図である。n型基板5上に形成さ
れた所定範囲の深さと濃度を有したp層33が形成され
ている。p層33にn層7の光電変換素子の一部の領域
が形成されている。また、p層33には高濃度のp層8
が形成され、p層8内に垂直CCDである転送チャンネ
ルとなるn層9が設けられている。さらに、光電変換素
子のn層7の底部の一部に接して高濃度で厚さの薄いp
層34が形成されている。p層34はp層33とそれと
隣合うp層33で挟まれたn型基板5に形成されてい
る。光電変換素子のn層7の上には高濃度のp層10が
形成されている。また、p層8は、p層7及びp層10
と離間して形成されている。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the prior art (FIG. 24 ).
It is sectional drawing which followed the -A 'line. A p-layer 33 having a predetermined range of depth and concentration is formed on the n-type substrate 5. A partial region of the photoelectric conversion element of the n-layer 7 is formed in the p-layer 33. The p-layer 33 has a high concentration of the p-layer 8.
Are formed, and an n-layer 9 serving as a transfer channel which is a vertical CCD is provided in the p-layer 8. Further, a high concentration and thin p layer is in contact with a part of the bottom of the n layer 7 of the photoelectric conversion element.
A layer 34 is formed. The p layer 34 is formed on the n-type substrate 5 sandwiched between the p layer 33 and the adjacent p layer 33. On the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, a high-concentration p-layer 10 is formed. The p layer 8 is composed of the p layer 7 and the p layer 10.
And are formed apart from each other.

【0134】n型基板5上には、少なくとも光電変換素
子のn層7の所定領域を除く領域にSiO2等の絶縁膜
12を介して垂直CCDの転送電極13が形成されてい
る。
On the n-type substrate 5, a transfer electrode 13 of a vertical CCD is formed at least in a region other than a predetermined region of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element via an insulating film 12 such as SiO 2 .

【0135】ここで他発明の第1の実施例と異なる部分
は、高濃度で厚さの薄いp層34が垂直CCD転送チャ
ンネルとなるp層8の読み出し側に形成されていること
である。
Here, the difference from the first embodiment of the present invention is that the p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed on the reading side of the p-layer 8 serving as a vertical CCD transfer channel.

【0136】すなわち光電変換素子のn層7内の高濃度
で厚さの薄いp層34に接した部分を低濃度で厚いp層
33に接した部分よりもやや深く形成する。光電変換素
子のn層7の形状は鍵型となり、その短辺の先端にp層
34が形成されている。これによって、光電変換素子の
n層7が空乏化されたとき、光電変換素子の読み出し側
の電位が高くなる。このため、読み出し時に光電変換素
子の電荷が容易に移動することができる。このため残像
の発生を防止することがより容易になる。
That is, the portion of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element that is in contact with the high-concentration and thin p-layer 34 is formed slightly deeper than the portion that is in contact with the low-concentration and thick p-layer 33. The shape of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is a key shape, and a p-layer 34 is formed at the tip of the short side. Thus, when the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is depleted, the potential on the read side of the photoelectric conversion element increases. For this reason, the charge of the photoelectric conversion element can easily move at the time of reading. Therefore, it is easier to prevent the occurrence of an afterimage.

【0137】ここで、図7の固体撮像装置についてその
駆動方法を図8、9を参照しながら説明する。
Here, a driving method of the solid-state imaging device of FIG. 7 will be described with reference to FIGS.

【0138】図7において、p層8は電気的に接地され
ている。基板5には正電圧が印加されている。このた
め、p層8、33、34と基板5の間は、逆バイアス状
態となっている。この時の信号電荷蓄積期間における電
位分布を図7のC−C’線、D−D’線に沿った電位分
布として示したのが上記したように図8である。
In FIG. 7, p layer 8 is electrically grounded. A positive voltage is applied to the substrate 5. Therefore, a reverse bias state is provided between the p-layers 8, 33, and 34 and the substrate 5. FIG. 8 shows the potential distribution in the signal charge accumulation period at this time as a potential distribution along the line CC ′ and line DD ′ in FIG. 7 as described above.

【0139】この期間では、p層33の極小電位38
が、p層34の極小電位39よりも深い。このため、光
電変換素子のn層7で過剰電荷となったなった電子が極
小電位38に沿って移動し、基板5に排出されなければ
ならない。このためには、基板5へ所定の電圧を印加す
ればよい。
In this period, the minimum potential 38 of the p-layer 33 is
Is deeper than the minimum potential 39 of the p layer 34. Therefore, the electrons that have become excessively charged in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element must move along the minimum potential 38 and be discharged to the substrate 5. For this purpose, a predetermined voltage may be applied to the substrate 5.

【0140】一方、電子シャッタの動作を行なわせる期
間での電位分布を図7のC−C’線、D−D’線に沿っ
た電位分布として示したのが上記したように図9であ
る。
On the other hand, FIG. 9 shows the potential distribution along the line CC ′ and line DD ′ in FIG. 7 during the period in which the operation of the electronic shutter is performed, as described above. .

【0141】この期間では信号電荷蓄積期間よりも更に
高い電圧を基板5に印加する必要がある。更に高い電圧
を基板5に印加することで、n層7に蓄積されていた信
号電荷をすべてn型基板5へ排出することができる。こ
のためには、n層7の極大電位44よりも、p層34の
極小電位42の方が、高い電位にする必要がある。
In this period, it is necessary to apply a higher voltage to the substrate 5 than in the signal charge accumulation period. By applying a higher voltage to the substrate 5, all the signal charges accumulated in the n-layer 7 can be discharged to the n-type substrate 5. For this purpose, the minimum potential 42 of the p layer 34 needs to be higher than the maximum potential 44 of the n layer 7.

【0142】p層33を低濃度で、その分布の厚さを厚
くし、p層34を高濃度で、深く形成することによっ
て、従来より低い電圧で電子シャッタの動作をさせるこ
とができる。この時、p層33の極小電位43の電位
は、p層34の極小電位42よりも低くなっている。す
なわち、基板5に印加するVsub電位を高くして行く
と、p層33の極小電位43がp層34の極小電位42
を追い越すことができる。
By forming the p-layer 33 at a low concentration and increasing the thickness of its distribution and forming the p-layer 34 at a high concentration and deep, the electronic shutter can be operated at a lower voltage than in the conventional case. At this time, the potential of the minimum potential 43 of the p layer 33 is lower than the minimum potential 42 of the p layer 34. That is, as the Vsub potential applied to the substrate 5 is increased, the minimum potential 43 of the p-layer 33 becomes
Can overtake.

【0143】このようにして、基板5に印加する電位が
低くとも、電位シャッタを動作させることができる。
Thus, the potential shutter can be operated even if the potential applied to the substrate 5 is low.

【0144】次に発明の第の実施例を図13を用い
て説明する。図13の断面図は従来技術(図24)のB
−B’線に沿った断面図である。n型基板5上に形成さ
れた所定範囲の深さと濃度を有したp層33が形成され
ている。p層33とその隣合うp層33で挟まれた領域
はn型基板5である。p層33と隣合うp層33に挟ま
れたn型基板5にはp層34が形成されている。p層3
3とp層34の各々の一部の領域に光電変換素子のn層
7が連続して形成されている。隣合う光電変換素子の間
は分離用のp層52が形成されている。
[0144] A third embodiment of the following other invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view of the prior art (FIG. 24 ).
It is sectional drawing which followed the -B 'line. A p-layer 33 having a predetermined range of depth and concentration is formed on the n-type substrate 5. The region sandwiched between the p layer 33 and the adjacent p layer 33 is the n-type substrate 5. The p-layer 34 is formed on the n-type substrate 5 sandwiched between the p-layer 33 adjacent to the p-layer 33. p layer 3
The n-layer 7 of the photoelectric conversion element is formed continuously in a part of each of the p-layer 3 and the p-layer 34. A p-layer 52 for isolation is formed between adjacent photoelectric conversion elements.

【0145】この発明を、本発明の第1、2の実施例と
比較したとき、p層33内のp層8および、p層8内の
転送チャンネルとなるn層9が設けられていない構成で
ある。
[0145] The present invention, first and second when compared to the embodiment of, the p-layer 8 and the p layer 33, n layer 9 serving as a transmission channel in the p layer 8 is not provided structure of the present invention It is.

【0146】さらに、光電変換素子のn層7の底部の一
部に接して高濃度で厚さの薄いp層34が形成されてい
る。光電変換素子のn層7の上には高濃度のp層10が
形成されている。
Further, a p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed in contact with a part of the bottom of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. On the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, a high-concentration p-layer 10 is formed.

【0147】n型基板5上には、少なくとも光電変換素
子のn層7の所定領域を除く領域にSiO2等の絶縁膜
12を介して垂直CCDの転送電極50が形成されてい
る。さらに垂直CCDの転送電極51が絶縁膜12を介
して形成されている。
A transfer electrode 50 of a vertical CCD is formed on the n-type substrate 5 at least in a region other than a predetermined region of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element via an insulating film 12 such as SiO 2 . Further, a transfer electrode 51 of the vertical CCD is formed via the insulating film 12.

【0148】高濃度で厚さの薄いp層34は光電変換素
子とその隣合う光電変換素子間の分離部に1個形成され
ている。すなわち、p層34が2個の光電変換素子に対
して共通に形成されている。
One high-concentration and thin p-layer 34 is formed at a separation portion between a photoelectric conversion element and an adjacent photoelectric conversion element. That is, the p layer 34 is formed in common for the two photoelectric conversion elements.

【0149】こうすることによって高濃度で厚さの薄い
p層34の形成個数を光電変換素子の個数の半分にする
ことができる。また、光電変換素子と接する高濃度で厚
さの薄いp層34の面積を小さくすることができるので
ブルーミングの発生を防止することが容易になる。
In this manner, the number of the p-layers 34 having a high concentration and a small thickness can be reduced to half the number of the photoelectric conversion elements. Further, since the area of the high-concentration and thin p-layer 34 in contact with the photoelectric conversion element can be reduced, blooming can be easily prevented.

【0150】図14は図7のC−C’線、及びD−D’
線にに沿った深さ方向の不純物原子濃度分布である。5
3,54,55,56,57はそれぞれ高濃度p層1
0,光電変換素子のn層7,高濃度で厚さの薄いp層3
4,低濃度で厚いp層33,n型基板5の不純物濃度で
ある。
FIG. 14 is a sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
7 is an impurity atom concentration distribution in a depth direction along a line. 5
3, 54, 55, 56 and 57 are high-concentration p layers 1 respectively.
0, n layer 7 of photoelectric conversion element, p layer 3 with high concentration and small thickness
4, the impurity concentration of the low-concentration thick p-layer 33 and the n-type substrate 5.

【0151】p層34を高濃度で厚さの薄い層である不
純物濃度55として形成するためには、光電変換素子の
n層7の不純物濃度54を基板5表面よりも基板内部に
不純物原子濃度の極大値を有するように形成する。この
ような構造にすることで光電変換素子のn層7内のネッ
ト不純物濃度の減少を少なくできる。このため、光電変
換素子の特性を劣化することがない。このとき低濃度で
厚いp層33の不純物濃度56も高濃度で厚さの薄いp
層34と同様に基板表面よりも基板内部にその不純物原
子濃度分布の極大値を有する構造とすることによって、
低濃度で厚いp層33と高濃度で厚さの薄いp層34の
不純物濃度55との独立性が保ち易く不純物濃度の制御
がより容易になる。
In order to form the p layer 34 as an impurity concentration 55 which is a high-concentration and thin layer, the impurity concentration 54 of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is set to be higher in the substrate than in the surface of the substrate 5. Is formed so as to have the maximum value. With such a structure, a decrease in the net impurity concentration in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element can be reduced. Therefore, the characteristics of the photoelectric conversion element do not deteriorate. At this time, the impurity concentration 56 of the low-concentration and thick p-layer 33 is also high-concentration and the thickness of the p-layer 33 is small.
By forming a structure having the maximum value of the impurity atom concentration distribution inside the substrate rather than the substrate surface like the layer 34,
The independence of the impurity concentration 55 of the low-concentration thick p-layer 33 and the high-concentration thin p-layer 34 is easily maintained, and the control of the impurity concentration becomes easier.

【0152】以上のような構造を形成するには、高濃度
で厚さの薄いp層34を形成するときにホウ素等の不純
物を200KeV以上の加速エネルギーで注入すること
によって実現することできる。
The above-described structure can be realized by implanting an impurity such as boron at an acceleration energy of 200 KeV or more when forming the p-layer 34 having a high concentration and a small thickness.

【0153】このように形成された光電変換素子周辺の
ネット不純物濃度分布は図15のようになる。58,5
9,60,61はそれぞれ高濃度p層10,光電変換素
子のn層7,高濃度で厚さの薄いp層34,n型基板5
のネット不純物濃度を示す。62,63はそれぞれ低濃
度で厚いp層33,n型基板5のネット不純物濃度を示
している。このとき低濃度で厚いp層33も高濃度で厚
さの薄いp層34と同様に200KeV以上の加速エネ
ルギーで注入することによって不純物濃度分布制御がよ
り容易になる。
The net impurity concentration distribution around the photoelectric conversion element thus formed is as shown in FIG. 58,5
Reference numerals 9, 60 and 61 denote a high-concentration p layer 10, an n-layer 7 of a photoelectric conversion element, a high-concentration and thin p-layer 34, and an n-type substrate 5, respectively.
Shows the net impurity concentration. Reference numerals 62 and 63 denote the low impurity concentration of the p layer 33 and the net impurity concentration of the n-type substrate 5, respectively. At this time, the impurity concentration distribution can be more easily controlled by implanting the low-concentration thick p-layer 33 at an acceleration energy of 200 KeV or more, similarly to the high-concentration and thin p-layer 34.

【0154】図16〜図19に上記本発明の第1の実施
例の固体撮像装置の断面工程図を示す。比抵抗20オー
ム・cmであるn型基板5の主面のほぼ全面にp型不純
物であるボロンをイオン注入する。ここでボロンのイオ
ン注入は、注入量約5×1011/cm2で行なう。この
イオン注入によって基板5表面にボロンが導入される。
FIGS. 16 to 19 are sectional process views of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention . Boron, which is a p-type impurity, is ion-implanted into substantially the entire main surface of the n-type substrate 5 having a specific resistance of 20 ohm.cm. Here, boron ion implantation is performed at an implantation amount of about 5 × 10 11 / cm 2 . This ion implantation introduces boron into the surface of the substrate 5.

【0155】この後、基板5を熱処理することによって
p層6を形成する。上記本発明の第2の実施例の固体撮
像装置では、イオンを基板5表面に導入し、熱拡散させ
て不純物濃度が広範囲に分布するようにしている。すな
わち基板5を高温で熱処理することによってイオン注入
されたボロンを拡散させてp層6を形成する。
Thereafter, the substrate 5 is heat-treated to form the p-layer 6. In the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention , ions are introduced into the surface of the substrate 5 and thermally diffused so that the impurity concentration is distributed over a wide range. That is, by heat-treating the substrate 5 at a high temperature, the ion-implanted boron is diffused to form the p-layer 6.

【0156】p層6は、基板表面にイオンが導入された
が高温の熱処理によってイオンを広範囲に拡散させるた
め、不純物濃度はp層6の領域内で広範囲に分布するよ
うに形成させている。
The p-layer 6 is formed such that the ions are introduced into the substrate surface, but the ions are diffused over a wide range by a high-temperature heat treatment.

【0157】この後、通常のフォトリソグラフィを用い
て垂直CCD転送チャネルとなる領域以外にレジストパ
ターンを形成する。レジストパターンをマスクとしてボ
ロンをイオン注入しp層8を形成する。
After that, a resist pattern is formed by using ordinary photolithography in a region other than a region serving as a vertical CCD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, boron is ion-implanted to form a p-layer 8.

【0158】この後、先のレジストパターンを酸素系の
ガスを用いてドライエッチングを行い除去する。さらに
再度、フォトリソグラフィを用いて垂直CCD転送チャ
ネルとなるp層8内のn層9を形成する領域以外にレジ
ストパターンを形成する。
Thereafter, the previous resist pattern is removed by dry etching using an oxygen-based gas. Further, a resist pattern is formed again by photolithography in a region other than the region where the n-layer 9 is formed in the p-layer 8 serving as a vertical CCD transfer channel.

【0159】レジストパターンをマスクとしてリンをイ
オン注入しn層9を形成する。この後、レジストパター
ンを酸素系のドライエッチングを用いて除去する。
Using the resist pattern as a mask, phosphorus is ion-implanted to form n layer 9. Thereafter, the resist pattern is removed by using oxygen-based dry etching.

【0160】次に基板5主面に絶縁膜12を熱酸化によ
り形成する。ここでは、絶縁膜12として酸化膜を用い
ている。
Next, an insulating film 12 is formed on the main surface of the substrate 5 by thermal oxidation. Here, an oxide film is used as the insulating film 12.

【0161】さらに、絶縁膜12上に垂直CCD転送電
極13となる電極材料を形成する。さらに、電極材料上
にレジストを塗布する(図16)。
Further, an electrode material for forming the vertical CCD transfer electrode 13 is formed on the insulating film 12. Further, a resist is applied on the electrode material (FIG. 16).

【0162】次に、フォトリソグラフィを用いて転送電
極13となる領域より広い領域以外の領域、すなわち光
電変換素子となるn層7が形成されるべき領域のレジス
トを通常のフォトリソグラフィを用いて除去し、レジス
トパターン20を形成する。レジストパターン20をマ
スクに電極材料にドライエッチングを施し、絶縁膜12
が露出するまでエッチングする。
Next, the resist in the region other than the region wider than the region to be the transfer electrode 13, that is, the region where the n-layer 7 to be the photoelectric conversion element is to be formed is removed by ordinary photolithography using photolithography. Then, a resist pattern 20 is formed. Dry etching is performed on the electrode material using the resist pattern 20 as a mask to form the insulating film 12.
Etch until is exposed.

【0163】次にレジストパターン20および電極材料
をマスクにさらに絶縁膜12を保護膜としてリンのイオ
ン注入を行なう。このイオン注入によって光電変換素子
となるn層7が形成される(図17)。
Next, using the resist pattern 20 and the electrode material as a mask, phosphorus ions are implanted using the insulating film 12 as a protective film. By this ion implantation, an n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed (FIG. 17).

【0164】ここでリンのイオン注入は、加速エネルギ
360〜800keV、注入量1.2×1012〜3.4×
1012/cm2で行なう。
Here, phosphorus ion implantation is performed at an acceleration energy of 360 to 800 keV and an implantation amount of 1.2 × 10 12 to 3.4 ×
Perform at 10 12 / cm 2 .

【0165】以上のことから、従来のように光電変換素
子に導入される不純物の導入量を増やす必要がない。導
入量を増加させるためには、相当時間のロスを生じるこ
ととなる。このため固体撮像装置を形成する時のスルー
プットが低下することがない。
From the above, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element as in the conventional case. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput when forming the solid-state imaging device does not decrease.

【0166】また、導入された不純物を高温熱処理によ
って基板深部へ拡散させて、光電変換素子の体積を増加
させる必要がない。このため高温熱処理によって誘起さ
れる基板内の欠陥が生じることがない。さらに、他の拡
散層から不純物が拡散され、所望の不純物濃度をもたせ
るよう制御する必要がない。また、高温熱処理を行なう
ことで光電変換素子が拡散し広がって、垂直CCD転送
チャンネルや転送チャンネルと光電変換素子との間隙に
まで拡散することがない。
In addition, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep part of the substrate by high-temperature heat treatment, thereby increasing the volume of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. In addition, by performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion elements are diffused and spread, and are not diffused into the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0167】また、光電変換素子の端部と垂直CCD転
送電極の端部との位置関係は、高温の熱処理を行なうこ
とによって、その拡散層の位置を制御することが困難と
なることがない。このため両者の位置関係を容易に得る
ことができる。このことは固体撮像装置のブルーミング
現象を生じることを防止でき、飽和特性が低下すること
による画質の劣化をとどめることができる。
Further, regarding the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the end of the vertical CCD transfer electrode, it is not difficult to control the position of the diffusion layer by performing a high-temperature heat treatment. Therefore, the positional relationship between the two can be easily obtained. This can prevent the blooming phenomenon of the solid-state imaging device from occurring, and can suppress the deterioration of the image quality due to the deterioration of the saturation characteristics.

【0168】この後、レジストパターン20を除去す
る。基板5表面には絶縁膜12と転送電極13より広い
領域の電極材料が形成されている。次に、転送電極13
となる領域にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクに電極材料をドライエッチングする。
以上の工程で転送電極13が形成される(図18)。
After that, the resist pattern 20 is removed. On the surface of the substrate 5, an electrode material in a region wider than the insulating film 12 and the transfer electrode 13 is formed. Next, the transfer electrode 13
The resist pattern is formed realm to be, dry etching the electrode material using the resist pattern as a mask.
Through the above steps, the transfer electrode 13 is formed (FIG. 18).

【0169】この時、光電変換素子より電子が垂直CC
D転送チャンネルに読み出されるn層7とp層8の間隙
上に転送電極13が設けられていなければならない。こ
のため転送電極13作成時のドライエッチングでは、も
ともと光電変換素子となるn層7の側壁端と転送電極1
3の側壁端が一致しているため、転送電極13の一方の
側壁端を短くして所定の長さに形成する。
At this time, the electrons are vertically transferred from the photoelectric conversion element.
The transfer electrode 13 must be provided on the gap between the n-layer 7 and the p-layer 8 read out to the D transfer channel. For this reason, in the dry etching when the transfer electrode 13 is formed, the side wall end of the n-layer 7 originally serving as a photoelectric conversion element and the transfer electrode 1
Since the side wall ends of the transfer electrodes 13 coincide with each other, one side wall end of the transfer electrode 13 is formed to have a predetermined length.

【0170】次に、基板5主面に絶縁膜12を堆積す
る。この転送電極13とレジストパターンをマスクにボ
ロンをイオン注入する。これによってn層7上に暗電流
を防止するためのp層10が形成される(図19)。
Next, an insulating film 12 is deposited on the main surface of the substrate 5. Using the transfer electrode 13 and the resist pattern as a mask, boron ions are implanted. As a result, a p-layer 10 for preventing dark current is formed on the n-layer 7 (FIG. 19).

【0171】なお、ここの説明はn型光電変換素子の例
であったが、p型光電変換素子の場合も同様の効果があ
ることはもちろんである。
Although the description here has been made with reference to the example of the n-type photoelectric conversion element, it is needless to say that the same effect can be obtained in the case of the p-type photoelectric conversion element.

【0172】また、導電型の極性を逆にして 印加電圧
の極性を逆にしても同様の効果があることももちろんで
ある。
It is needless to say that the same effect can be obtained even if the polarity of the applied voltage is reversed by reversing the polarity of the conductivity type.

【0173】また、注入イオン種はここに上げた物に限
定する必要がないのは当然である。図20〜図23に上
他発明の第1の実施例の固体撮像装置の断面工程図を
示す。
It is needless to say that the ion species to be implanted need not be limited to those listed here. 20 to 23 are sectional process views of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention .

【0174】n型基板5の主面にp層33となる領域以
外の領域にレジストパターンを形成する。すなわち光電
変換素子の下に形成された高濃度で薄いp層34の領域
の基板5上にレジストパターンを形成する。次にレジス
トパターンをマスクにして基板5全面にp型不純物であ
るボロンをイオン注入する。
On the main surface of n-type substrate 5, a resist pattern is formed in a region other than the region serving as p layer 33. That is, a resist pattern is formed on the substrate 5 in the region of the high-concentration and thin p-layer 34 formed below the photoelectric conversion element. Next, boron as a p-type impurity is ion-implanted into the entire surface of the substrate 5 using the resist pattern as a mask.

【0175】この後、レジストパターンを酸素系のドラ
イエッチングを用いて除去する。次にp層33となる領
域に新たにレジストパターン64を形成する。すなわち
光電変換素子の下に形成された高濃度で薄いp層34の
領域以外の基板5上にレジストパターン64を形成す
る。次にこのレジストパターン64をマスクにn型基板
5にp型不純物であるボロンをイオン注入する(図2
0)。
Thereafter, the resist pattern is removed by using oxygen-based dry etching. Next, a new resist pattern 64 is formed in a region to be the p layer 33. That is, the resist pattern 64 is formed on the substrate 5 other than the region of the high concentration and thin p layer 34 formed under the photoelectric conversion element. Next, boron, which is a p-type impurity, is ion-implanted into n-type substrate 5 using resist pattern 64 as a mask (FIG. 2).
0).

【0176】この後、レジストパターン64を酸素系の
ドライエッチングを用いて除去する。
Thereafter, the resist pattern 64 is removed by using oxygen-based dry etching.

【0177】上記2つのボロンのイオン注入工程では、
その注入順序が入れ替わってもかまわない。
In the above two boron ion implantation steps,
The order of the injections may be changed.

【0178】この時、p層33とp層34の拡散層端部
が重なり合うと、重なり合った部分の不純物濃度が高く
なり、またその厚さも厚くなる。このため、重なり合っ
た部分は基板へ信号電荷を排出する場合には寄与しな
い。
At this time, when the end portions of the diffusion layers of the p layer 33 and the p layer 34 overlap, the impurity concentration in the overlapped portion increases, and the thickness also increases. For this reason, the overlapped portion does not contribute to discharging signal charges to the substrate.

【0179】また、p層33とp層34の拡散層端部が
重なり合わずに形成されていると、その重なり合わない
間隙の部分のp型不純物濃度が低くなる。このため飽和
電荷量は低下してしまうかあるいは印加すべきVsub
電圧が低下することとなる。
If the end portions of the diffusion layers of the p layer 33 and the p layer 34 are formed so as not to overlap with each other, the p-type impurity concentration in the non-overlapping gap becomes low. For this reason, the saturated charge amount decreases or Vsub to be applied
The voltage will drop.

【0180】この後、フォトリソグラフィを用いて垂直
CCD転送チャネルとなる領域以外にレジストパターン
を形成する。レジストパターンをマスクとしてボロンを
イオン注入しp層8を形成する。
After that, a resist pattern is formed by using photolithography in a region other than a region serving as a vertical CCD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, boron is ion-implanted to form a p-layer 8.

【0181】この後、レジストパターンを酸素系のガス
を用いてドライエッチングを行い除去する。さらに再
度、フォトリソグラフィを用いて垂直CCD転送チャネ
ルとなるp層8内のn層9を形成する領域以外にレジス
トパターンを形成する。
Thereafter, the resist pattern is removed by dry etching using an oxygen-based gas. Further, a resist pattern is formed again by photolithography in a region other than the region where the n-layer 9 is formed in the p-layer 8 serving as a vertical CCD transfer channel.

【0182】レジストパターンをマスクとしてリンをイ
オン注入しn層9を形成する。この後、レジストパター
ンを酸素系のドライエッチングを用いて除去する。
Using the resist pattern as a mask, phosphorus is ion-implanted to form n-layer 9. Thereafter, the resist pattern is removed by using oxygen-based dry etching.

【0183】次に基板5主面に絶縁膜12を熱酸化によ
って形成する。ここでは、絶縁膜12として酸化膜を用
いている。
Next, an insulating film 12 is formed on the main surface of the substrate 5 by thermal oxidation. Here, an oxide film is used as the insulating film 12.

【0184】この酸化膜の膜厚は、後の工程で形成され
る光電変換素子のイオン注入のマスクとして用いられる
ため、高精度に膜厚が制御されていなければならない。
Since the thickness of this oxide film is used as a mask for ion implantation of a photoelectric conversion element formed in a later step, the thickness must be controlled with high precision.

【0185】さらに、絶縁膜12上に垂直CCD転送電
極13となる電極材料を形成する。さらに、電極材料上
にフォトリソグラフィを用いて転送電極13となる領域
より広い領域以外の領域にレジストパターン65を形成
する。レジストパターン65をマスクに電極材料をドラ
イエッチングを施し、絶縁膜12が露出するまでエッチ
ングする(図21)。
Further, an electrode material for forming the vertical CCD transfer electrode 13 is formed on the insulating film 12. Further, a resist pattern 65 is formed on the electrode material using photolithography in a region other than a region wider than a region to be the transfer electrode 13. The electrode material is dry-etched using the resist pattern 65 as a mask until the insulating film 12 is exposed (FIG. 21).

【0186】次にレジストパターン65および電極材料
をマスクにさらに絶縁膜12を保護膜としてリンのイオ
ン注入を行なう。このイオン注入によって光電変換素子
となるn層7が形成される。
Next, phosphorus ions are implanted using the resist pattern 65 and the electrode material as a mask and using the insulating film 12 as a protective film. By this ion implantation, an n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed.

【0187】p層7の不純物濃度の分布は、基板5に形
成されている領域で高く、p層33に形成されている領
域では低くなる。すなわち、基板5に形成されている光
電変換素子のn層7は、基板5のn型不純物濃度とイオ
ン注入されたn型不純物濃度の和で決まる。これに対し
て、p層33に形成されている光電変換素子のn層7
は、p層33のp型不純物濃度とイオン注入されたn型
不純物濃度の和で決まる。
The distribution of the impurity concentration of p layer 7 is high in the region formed on substrate 5 and low in the region formed on p layer 33. That is, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element formed on the substrate 5 is determined by the sum of the n-type impurity concentration of the substrate 5 and the ion-implanted n-type impurity concentration. On the other hand, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element formed on the p-layer 33
Is determined by the sum of the p-type impurity concentration of the p-layer 33 and the ion-implanted n-type impurity concentration.

【0188】このように、1つの光電変換素子のn層7
内で不純物濃度の異なる領域が形成される。
As described above, the n-layer 7 of one photoelectric conversion element
Within the region, regions having different impurity concentrations are formed.

【0189】さらに、高濃度の薄いp層34は光電変換
素子となるn層7の拡散層底部に形成されるように制御
されている。
Further, the high-concentration thin p-layer 34 is controlled so as to be formed at the bottom of the diffusion layer of the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element.

【0190】上記した固体撮像装置の他発明の第2の実
施例では、高濃度で薄いp層34は、転送電極13側に
形成される。
In the second embodiment of the invention of the above-described solid-state imaging device, the high-concentration and thin p-layer 34 is formed on the transfer electrode 13 side.

【0191】この時もp層34とn層7が重なり合った
領域では、その不純物濃度はn層7とp層34の不純物
濃度の和となる。
Also in this case, in the region where p layer 34 and n layer 7 overlap, the impurity concentration is the sum of the impurity concentrations of n layer 7 and p layer 34 .

【0192】ここでは光電変換素子のn層7は高濃度で
厚さの薄いp層34に接した部分を低濃度で厚いp層3
3に接した部分よりもやや深く形成する。光電変換素子
のn層7の形状は鍵型となり、その短辺の先端にp層3
4が形成されている。これによって、光電変換素子のn
層7が空乏化されたとき、光電変換素子の読み出し側の
電位が高くなる。このため、読み出し時に光電変換素子
の電荷が容易に移動できるようになる。
Here, the portion of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element which is in contact with the p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is replaced with a p-layer 3 having a low concentration and a large thickness.
It is formed slightly deeper than the part in contact with 3. The shape of the n layer 7 of the photoelectric conversion element is a key shape, and the p layer 3
4 are formed. Thereby, n of the photoelectric conversion element
When the layer 7 is depleted, the potential on the read side of the photoelectric conversion element increases. For this reason, the charge of the photoelectric conversion element can be easily moved at the time of reading.

【0193】このように鍵型のn層は、p層34とn層
7との接合面が、p層33とn層7との接合面より深く
なるように形成されている。すなわち、p層34を形成
するときに、イオン注入するボロンの加速エネルギを、
p層33を形成する時のイオン注入の加速エネルギより
も高くして行なう。従って、n層7の基板5の深さ方向
への厚さが厚くすることによって、その部分の電位を高
くなる。
As described above, the key type n layer is formed such that the junction surface between the p layer 34 and the n layer 7 is deeper than the junction surface between the p layer 33 and the n layer 7. That is, when the p-layer 34 is formed, the acceleration energy of boron to be ion-implanted is
The ion implantation is performed at a higher acceleration energy than the ion implantation for forming the p-layer 33. Therefore, by increasing the thickness of the n-layer 7 in the depth direction of the substrate 5, the potential at that portion is increased.

【0194】以上のことから、従来のように光電変換素
子に導入される不純物の導入量を増やす必要がない。導
入量を増加させるためには、相当時間のロスを生じるこ
ととなる。このため固体撮像装置を形成する時にスルー
プットが低下することがない。
From the above, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element as in the conventional case. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput does not decrease when the solid-state imaging device is formed.

【0195】また、導入された不純物を高温熱処理によ
って基板深部へ拡散させて、光電変換素子の体積を増加
させる必要がない。このため高温熱処理によって誘起さ
れる基板内の欠陥が生じることがない。さらに、他の拡
散層から不純物が拡散され、所望の不純物濃度をもたせ
るよう制御する必要がない。また、高温熱処理を行なう
ことで光電変換素子が拡散し広がって、垂直CCD転送
チャンネルや転送チャンネルと光電変換素子との間隙に
まで拡散することがない。
Further, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep part of the substrate by the high-temperature heat treatment to increase the volume of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. In addition, by performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion elements are diffused and spread, and are not diffused into the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0196】また、光電変換素子の端部と垂直CCD転
送電極の端部との位置関係は、高温の熱処理を行なうこ
とによって、その拡散層の位置を制御することが困難と
なることがない。このため両者の位置関係を容易に得る
ことができる。このことは固体撮像装置のブルーミング
現象を生じることを防止でき、画質の劣化をとどめるこ
とができる。
The positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the end of the vertical CCD transfer electrode is not difficult to control by controlling the position of the diffusion layer by performing a high-temperature heat treatment. Therefore, the positional relationship between the two can be easily obtained. This can prevent the blooming phenomenon of the solid-state imaging device from occurring, and can suppress deterioration in image quality.

【0197】この後、レジストパターン65を除去す
る。基板5表面には絶縁膜12と転送電極13より広い
領域の電極材料が形成されている。次に、転送電極13
となる領域にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクに電極材料をドライエッチングする。
以上の工程で転送電極13が形成される(図22)。
Thereafter, the resist pattern 65 is removed. On the surface of the substrate 5, an electrode material in a region wider than the insulating film 12 and the transfer electrode 13 is formed. Next, the transfer electrode 13
The resist pattern is formed realm to be, dry etching the electrode material using the resist pattern as a mask.
Through the above steps, the transfer electrode 13 is formed (FIG. 22).

【0198】この時、光電変換素子より電子が垂直CC
D転送チャンネルに読み出されるn層7とp層8の間隙
上に転送電極13が設けられていなければならない。こ
のため転送電極13作成時のドライエッチングでは、も
ともと光電変換素子となるn層7の側壁端と転送電極1
3の側壁端が一致しているため、転送電極13の一方の
側壁端を短くして所定の長さに形成する。
At this time, electrons are emitted from the photoelectric conversion element in a vertical CC direction.
The transfer electrode 13 must be provided on the gap between the n-layer 7 and the p-layer 8 read out to the D transfer channel. For this reason, in the dry etching when the transfer electrode 13 is formed, the side wall end of the n-layer 7 originally serving as a photoelectric conversion element and the transfer electrode 1
Since the side wall ends of the transfer electrodes 13 coincide with each other, one side wall end of the transfer electrode 13 is formed to have a predetermined length.

【0199】次に、基板5主面に絶縁膜12を堆積す
る。この転送電極13とレジストパターンをマスクにボ
ロンをイオン注入する。これによってn層7上に暗電流
を防止するためのp層10が形成される(図23)。
Next, an insulating film 12 is deposited on the main surface of the substrate 5. Using the transfer electrode 13 and the resist pattern as a mask, boron ions are implanted. Thus, a p-layer 10 for preventing dark current is formed on n-layer 7 (FIG. 23).

【0200】以上述べたように、本発明の固体撮像装置
の製造方法では、光電変換素子となるn層を高加速エネ
ルギのイオン注入を用いて実現するため、不純物濃度分
布は基板内部に最も濃度の高い領域を持たせることがで
きる。
As described above, in the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, since the n-layer serving as the photoelectric conversion element is realized by ion implantation with high acceleration energy, the impurity concentration distribution is the highest in the substrate. High area can be provided.

【0201】このため、光電変換素子に蓄積できる有効
ドナー総量が増加し飽和電荷量を十分に高くすることが
できる。
As a result, the total amount of effective donors that can be stored in the photoelectric conversion element increases, and the saturation charge can be sufficiently increased.

【0202】イオン注入によって光電変換素子を形成す
るため、光電変換素子の端部と垂直CCD転送電極との
位置関係は、転送電極12を形成する時に行なわれる露
光工程でのマスクの位置合わせ精度によって定まる。こ
のため高温での熱拡散によって形成される位置を制御す
る必要がなく、光電変換素子の端部と垂直CCD転送電
極との位置の制御性が高い。このため固体撮像装置は残
像現象を生じ難くなり、画質が劣化するのを防止でき
る。
Since the photoelectric conversion element is formed by ion implantation, the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the vertical CCD transfer electrode depends on the accuracy of the mask alignment in the exposure step performed when forming the transfer electrode 12. Is determined. Therefore, there is no need to control the position formed by thermal diffusion at a high temperature, and the controllability of the position between the end of the photoelectric conversion element and the vertical CCD transfer electrode is high. This makes it difficult for the solid-state imaging device to cause an afterimage phenomenon, and can prevent image quality from deteriorating.

【0203】また、イオン注入によって光電変換素子を
形成するn層の不純物濃度分布において、その濃度の極
大値が基板内部にすることができる。このため光電変換
素子に蓄積される有効ドナー総量が多くなる。したがっ
て高い飽和特性を有する光電変換素子を備えた固体撮像
装置を得ることができる。
Further, in the impurity concentration distribution of the n-layer forming the photoelectric conversion element by ion implantation, the maximum value of the concentration can be set inside the substrate. Therefore, the total amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element increases. Therefore, it is possible to obtain a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element having high saturation characteristics.

【0204】また、光電変換素子のn層上には、暗電流
防止用のp層が形成されている。イオン注入によって基
板内部に光電変換素子となるn層の濃度の極大値を形成
されている。このため基板表面でのp層の不純物濃度の
ネット値は、従来の固体撮像素子のp層の濃度より高濃
度にすることができる。このため低い暗電流特性を有す
る光電変換素子を備えた固体撮像装置を得ることができ
る。
A p-layer for preventing dark current is formed on the n-layer of the photoelectric conversion element. A maximum value of the concentration of the n-layer serving as a photoelectric conversion element is formed inside the substrate by ion implantation. Therefore, the net value of the impurity concentration of the p-layer on the substrate surface can be made higher than the concentration of the p-layer of the conventional solid-state imaging device. Therefore, a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having low dark current characteristics can be obtained.

【0205】本発明の固体撮像装置の製造方法では、光
電変換素子の不純物濃度は基板深部での濃度が最も高く
なっている。このため従来行なわれていたような光電変
換素子に導入される不純物の導入量を増やす必要がな
い。導入量を増加させるためには、相当時間のロスを生
じることとなる。このため固体撮像装置を形成する時の
スループットが低下することがない。さらに、白きずに
よる歩留まりの低下を防止することができる。
In the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the impurity concentration of the photoelectric conversion element is highest at the deep portion of the substrate. Therefore, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element, which has been conventionally performed. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput when forming the solid-state imaging device does not decrease. Further, a decrease in yield due to white spots can be prevented.

【0206】また、導入された不純物を高温熱処理によ
って基板深部へ拡散させて、光電変換素子の面積を増加
させる必要がない。このため高温熱処理によって誘起さ
れる基板内の欠陥が生じることがない。さらに、他の拡
散層から不純物が拡散され、所望の不純物濃度をもたせ
るよう制御する必要がない。また、高温熱処理を行なう
ことで光電変換素子が拡散し広がって、垂直CCD転送
チャンネルや転送チャンネルと光電変換素子との間隙に
まで拡散することがない。
Further, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep part of the substrate by the high-temperature heat treatment to increase the area of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. In addition, by performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion elements are diffused and spread, and are not diffused into the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0207】なお、ここでの説明はn型光電変換素子の
例であったが、p型光電変換素子の場合も同様の効果が
あることはもちろんである。
Although the description here has been made with reference to the example of the n-type photoelectric conversion element, it is needless to say that the same effect can be obtained in the case of the p-type photoelectric conversion element.

【0208】[0208]

【発明の効果】本発明によれば、光電変換素子を構成す
る主たる不純物が形成する領域(第1領域)と、暗電流
を低減する層を構成する主たる不純物が形成する領域
(第2領域)との重なりが小さくなり、光電変換素子に
蓄積される信号電荷量を決定する有効ドナーの絶対量が
従来と比べて飛躍的に大きくなって、飽和電荷量が十分
に大きくなる。また、これら第1領域および第2領域を
それぞれ形成するためのイオン注入の注入量が低減され
る。これらのイオン注入量が多いといわゆる白キズを発
生する確率が増加するため、イオン注入量の低減は製造
技術上の価値が非常に高い。
According to the present invention, a photoelectric conversion element is formed.
(The first region) formed by the main impurities and the dark current
Formed by the main impurities that constitute the layer that reduces
The overlap with the (second region) is reduced, and the photoelectric conversion element
The absolute amount of the effective donor that determines the amount of signal charge stored is
Dramatically larger than before, sufficient saturation charge
Become larger. Further, the first region and the second region are
The amount of ion implantation to form each is reduced
You. If the amount of these ions implanted is large, so-called white scratches may occur.
As the probability of ion implantation increases, the reduction
Very high technical value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の固体撮像装置を説明す
るための断面図
FIG. 1 is a sectional view for explaining a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第1の実施例の固体撮像装置の不純物
濃度を説明するための図
FIG. 2 is a diagram for explaining an impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第1の実施例の固体撮像装置のネット
不純物濃度を説明するための図
FIG. 3 is a diagram for explaining a net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第1の実施例の固体撮像装置のネット
不純物濃度を説明するための図
FIG. 4 is a diagram for explaining a net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第2の実施例の固体撮像装置の不純物
濃度を説明するための図
FIG. 5 is a diagram for explaining an impurity concentration of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention;

【図6】本発明の第2の実施例の固体撮像装置のネット
不純物濃度を説明するための図
FIG. 6 is a diagram for explaining a net impurity concentration of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention;

【図7】発明の第の実施例の固体撮像装置を説明す
るための断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a solid-state imaging device of the first embodiment of another invention

【図8】発明の第の実施例のブルーミング現象を説
明するための電位分布図
[8] the potential distribution diagram for explaining a blooming phenomenon of the first embodiment of another invention

【図9】発明の第の実施例の電子シャッタの動作を
説明するための電位分布図
[9] the potential distribution diagram for explaining the operation of the electronic shutter of the first embodiment of another invention

【図10】発明の第の実施例の基板電位とを説明す
るための図
Figure 10 is a diagram for explaining a substrate potential of the first embodiment of another invention

【図11】発明の第の実施例の最大蓄積電荷量を説
明するための図
11 is a diagram for explaining a maximum accumulated charge amount of the first embodiment of another invention

【図12】発明の第の実施例の固体撮像装置を説明
するための断面図
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a solid-state imaging device of the second embodiment of another invention

【図13】発明の第の実施例の固体撮像装置を説明
するための別の断面図
[13] The third alternative cross-sectional view for a solid-state imaging device of Example illustrating the other invention

【図14】発明の第の実施例の固体撮像装置の不純
物濃度を説明するための図
Figure 14 is a diagram for explaining an impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of another invention

【図15】発明の第の実施例の固体撮像装置のネッ
ト不純物濃度を説明するための図
Diagram for explaining the net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of FIG. 15 another invention

【図16】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Diagram for explaining the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 16 the present invention

【図17】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Diagram for explaining the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 17 the present invention

【図18】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Figure 18 is a diagram illustrating the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention

【図19】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Diagram for explaining the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 19 the present invention

【図20】発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Figure 20 is a diagram illustrating the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device of another invention

【図21】発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Figure 21 is a diagram illustrating the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device of another invention

【図22】発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Figure 22 is a diagram for explaining the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device of another invention

【図23】発明の固体撮像装置の製造方法の実施例を
説明するための図
Figure 23 is a diagram for explaining the actual施例method for manufacturing the solid-state imaging device of another invention

【図24】従来の固体撮像装置を説明するための平面図FIG. 24 is a plan view illustrating a conventional solid-state imaging device.

【図25】従来の固体撮像装置を説明するための断面図FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a conventional solid-state imaging device.

【図26】従来の固体撮像装置の不純物濃度を説明する
ための図
FIG. 26 is a diagram for explaining the impurity concentration of a conventional solid-state imaging device.

【図27】従来の固体撮像装置のネット不純物濃度を説
明するための図
FIG. 27 is a diagram for explaining the net impurity concentration of the conventional solid-state imaging device.

【図28】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するた
めの断面図
FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a solid-state imaging device.

【図29】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するた
めの断面図
FIG. 29 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional solid-state imaging device.

【図30】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するた
めの断面図
FIG. 30 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a solid-state imaging device.

【図31】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するた
めの断面図
FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 基板 6 p層 7 n層 8 p層 9 p層 12 絶縁層 Reference Signs List 5 substrate 6 p layer 7 n layer 8 p layer 9 p layer 12 insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺川 澄雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−170968(JP,A) 特開 昭62−131566(JP,A) 特開 昭62−217656(JP,A) 特開 平3−171668(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/148 H01L 21/339 H01L 29/762 H04N 5/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Sumio Terakawa 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electronics Corporation (56) References JP-A-60-170968 (JP, A) JP-A-62- 131566 (JP, A) JP-A-62-217656 (JP, A) JP-A-3-171668 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/148 H01L 21 / 339 H01L 29/762 H04N 5/335

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板に、信号電荷を蓄積する光電
変換素子部の主たる一導電型不純物が分布した第1領域
と、前記第1領域の前記基板表面側に逆導電型不純物が
分布した第2領域とを備え、前記第1領域の一導電型不
純物の前記基板深さ方向の濃度極大部が、前記第2領域
の前記基板内部側の端部よりも前記基板深くにあること
を特徴とする固体撮像装置。
To 1. A semiconductor board, a first region mainly one conductivity type impurity of the photoelectric conversion element unit for accumulating the signal charges are distributed, the opposite conductivity type impurity into the substrate surface side of the first region
A distributed second region, wherein the concentration maximum of one conductivity type impurity of the first region in the substrate depth direction is deeper in the substrate than an end of the second region on the substrate inner side. A solid-state imaging device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 半導体基板に、信号電荷を蓄積する光電
変換素子部の主たる一導電型不純物が分布した第1領域
と、前記第1領域の前記基板表面側に逆導電型不純物が
分布した第2領域とを備え、前記第1領域の前記基板表
面側の端部が、前記第2領域の逆導電型不純物の前記基
板深さ方向の濃度極大部よりも前記基板深くにあること
を特徴とする固体撮像装置。
To 2. A semiconductor board, a first region mainly one conductivity type impurity of the photoelectric conversion element unit for accumulating the signal charges are distributed, the opposite conductivity type impurity into the substrate surface side of the first region
A distributed second region, wherein the end of the first region on the substrate surface side is deeper in the substrate than the concentration maximum of the opposite conductivity type impurity in the second region in the substrate depth direction. A solid-state imaging device characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 半導体基板に、信号電荷を蓄積する光電
変換素子部の主たる一導電型不純物が分布した第1領域
と、前記第1領域の前記基板表面側に逆導電型不純物が
分布した第2領域とを備え、前記第1領域の一導電型不
純物の前記基板深さ方向の濃度極大部が、前記第2領域
の前記基板内部側の端部よりも前記基板深くにあり、前
記第1領域の前記基板表面側の端部が、前記第2領域の
逆導電型不純物の前記基板深さ方向の濃度極大部よりも
前記基板深くにあることを特徴とする固体撮像装置。
3. A photoelectric storage device for storing signal charges in a semiconductor substrate.
The first region where the main one conductivity type impurity of the conversion element portion is distributed
And a reverse conductivity type impurity is present on the substrate surface side of the first region.
A second region distributed therein, wherein one conductivity type of the first region is different.
The concentration maximum of the pure substance in the substrate depth direction is the second region.
Deeper than the end of the inside of the substrate,
The end of the first region on the substrate surface side is the same as the end of the second region.
Than the concentration maximum of the opposite conductivity type impurity in the substrate depth direction.
A solid-state imaging device, which is located deep in the substrate.
【請求項4】 前記第2領域の逆導電型不純物の前記基
板深さ方向の濃度極大部の濃度が1×1018〜1×10
19cm-3であることを特徴とする請求項1ないし請求項
3のいずれかに記載の固体撮像装置。
Wherein said the concentration of the concentration maximum of the substrate depth direction of the opposite conductivity type impurity in the second region is 1 × 10 18 ~1 × 10
Claims 1 to 3 characterized in that it is 19 cm- 3.
3. The solid-state imaging device according to any one of 3 .
【請求項5】 前記第1領域は、前記基板に加速エネル5. The method according to claim 1, wherein the first region includes an acceleration energy in the substrate.
ギー200keV以上で前記一導電型不純物をイオン注Ion implantation of the one-conductivity-type impurity at an energy of 200 keV or more.
入し、形成したものであることを特徴とする請求項1な3. The method according to claim 1, wherein
いし請求項4のいずれかに記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 4.
【請求項6】 前記基板に逆導電型の拡散層をさらに備6. The substrate further comprises a reverse conductivity type diffusion layer.
え、前記拡散層の逆導電型不純物の前記基板深さ方向のOf the impurity of the opposite conductivity type in the diffusion layer in the depth direction of the substrate.
濃度極大部が、前記第1領域の一導電型不純物の前記基The concentration maximum part is the base of the one conductivity type impurity of the first region.
板深さ方向の濃度極大部よりも前記基板深くにあることBeing deeper in the substrate than the concentration maximum in the plate depth direction
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載The method according to any one of claims 1 to 5, wherein
の固体撮像装置。Solid-state imaging device.
【請求項7】 前記基板に逆導電型の拡散層をさらに備7. The device according to claim 1, further comprising a diffusion layer of a reverse conductivity type on the substrate.
え、前記拡散層内に前For example, in the diffusion layer, 記第1領域及び前記第2領域が設The first area and the second area are provided.
けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項56. The method according to claim 1, wherein
のいずれかに記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to any one of the above.
【請求項8】 前記基板に一導電型の転送チャンネルを8. A transfer channel of one conductivity type is provided on the substrate.
さらに備え、前記転送チャンネルと前記第1領域とが離A transfer channel that is separated from the first area.
間していることを特徴とする請求項1ないし請求項7の9. The method according to claim 1, wherein
いずれかに記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to any one of the above.
【請求項9】 前記第2領域が暗電流防止層であること9. The method according to claim 9, wherein the second region is a dark current prevention layer.
を特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載The method according to any one of claims 1 to 8, wherein
の固体撮像装置。Solid-state imaging device.
【請求項10】 前記第1領域及び前記第2領域は、各10. The first area and the second area are each
々の前記濃度極大部を形成する主たる不純物導入条件にThe main impurity introduction conditions for forming each of the concentration maxima
よって前記一導電型不純物又は前記逆導電型不純物が分Therefore, the one conductivity type impurity or the opposite conductivity type impurity is separated.
布した領域であることを特徴とする請求項1ないし請求Claim 1 or Claim 2, characterized in that the area is a cloth.
項9のいずれかに記載の固体撮像装置。Item 10. The solid-state imaging device according to any one of Items 9.
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