JP4008113B2

JP4008113B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4008113B2
Application number: JP24205198A
Authority: JP
Inventors: 景士立川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: JP2000077645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（charge coupled device）を用いた固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置を構成する固体撮像素子の小型化・高画素化が進み、その製造技術についても微細化が要求されている。また、このような動向に伴って感度および画質などの特性向上が課題となっている。
【０００３】
図５は、従来の固体撮像装置の画素部の構造を示す断面図である。以下、図５に基づいて、従来の固体撮像装置の構造について説明する。
【０００４】
半導体基板４０に形成されたｐ型ウェル４１内に、光電変換素子と電荷転送素子とが隣接するように形成されている。光電変換素子と電荷転送素子は交互に配列するように複数形成されており、１個の光電変換素子と１個の電荷転送素子とによって１画素が構成されている。光電変換素子は、ｎ型不純物拡散領域である光電変換部４２と、この光電変換部４２上の半導体基板表層部に形成された高濃度のｐ型拡散領域４３とによって構成されている。電荷転送素子は、ｎ型不純物拡散領域であって電荷転送時にチャンネル領域として機能する電荷転送部４４と、この電荷転送部４４上に絶縁膜４６を介して形成された転送電極４７とによって構成されている。更に、電荷転送素子は、電荷転送部４４の下端に接するように形成されたｐ型拡散領域４５を備えている。また、電荷転送素子の上方には層間絶縁膜４８を介して遮光膜４９が形成されており、電荷転送素子を入射光から遮蔽してスミアの発生を抑制している。なお、遮光膜４９には、光電変換部４２の上方には開口部が形成されている。更に、遮光膜４９上には表面保護膜５０が形成されている。
【０００５】
上記の構造を有する固体撮像装置の動作について説明する。遮光膜４９の開口部から入射した光が、光電変換部４２で信号電荷に変換され蓄積される。読み出しゲート電極を兼ねた転送電極４７に電圧を印加すると、電荷転送部４４からｐ型拡散領域４５を経由して光電変換部４２まで空乏層が広がり、ｐ型拡散領域４３と電荷転送部４４との間の半導体基板表層部に読み出しチャネルが形成される。光電変換部４２に蓄積された信号電荷は、この読み出しチャネルを経由して電荷転送部４４へ転送される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ｐ型拡散領域４３表面に入射する光の大部分が光電変換部４２へ到達し、光電変換部４２において電荷を発生させる。しかし、入射光の一部は、ｐ型拡散領域４３で電荷を発生させる。ｐ型拡散領域４３で電荷が発生すると、半導体基板表面においてｐ型拡散領域４３から電荷転送部４４に向かって電荷密度に勾配が生じるため、電荷が拡散して電荷転送部４４へ流入することがあり、この電荷によってスミアが発生するという問題があった。特に、従来の固体撮像装置においては、ｐ型拡散領域４３がｐ型ウェル４１およびｐ型拡散領域４５に比べて高濃度であり、半導体基板表面のポテンシャルがｐ型拡散領域４３から電荷転送部４４に向かって高くなるため、電荷転送部４４への電荷の流入が助長されスミアが増大していた（図６のポテンシャル分布図を参照）。
【０００７】
本発明は、スミアの発生を抑制した固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明が解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の光電変換部と、前記光電変換部上の前記半導体基板の表層部に形成された第１導電型の第１の拡散領域と、前記半導体基板の表層部の前記第１の拡散領域と離間した領域に形成された第２導電型の電荷転送部と、前記電荷転送部下に形成された第１導電型の第２の拡散領域と、前記電荷転送部上に絶縁膜を介して形成された転送電極とを備えた固体撮像装置であって、前記光電変換部に接し且つ前記第２の拡散領域下に位置する領域に、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い第２導電型の第３の拡散領域が形成されており、前記第１の拡散領域と前記電荷転送部との間に、前記第１の拡散領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４の拡散領域が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成にしたことにより、光電変換部上のｐ型拡散領域と電荷転送部との間に高濃度のｐ型拡散領域が形成されるため、光電変換部上のｐ型拡散領域と電荷転送部との間にポテンシャル障壁を形成し、光電変換部上のｐ型拡散領域で発生した電荷が電荷転送部に流入してスミアとなることを抑制することができる。
【００１０】
光電変換部上のｐ型拡散領域から電荷転送部への電荷の流入を抑制する手段としては、前述した従来の固体撮像装置に、単に、ｐ型拡散領域４３と電荷転送部４４との間にｐ型拡散領域４３よりも不純物濃度の高いｐ型拡散領域を設けることも考えられる。しかし、従来の固体撮像装置においては、読み出しチャネルがｐ型拡散領域４３と電荷転送部４４との間の半導体基板表層部、つまり、高濃度のｐ型拡散領域を形成すればよいと考えられる領域に形成される。そのため、高濃度のｐ型拡散領域を形成すると読み出しに高い電圧を要するという不都合が生じる。
【００１１】
しかし、本発明の固体撮像装置によれば、電荷転送部の下方に高濃度のｎ型拡散領域が形成されているため、電荷転送部の下方に信号電荷を蓄積することができる。このような構成にすることで、読み出しチャネルを、電荷転送部の下方に基板面に対して略垂直方向に形成することができるため、読み出し電圧が、光電変換部上のｐ型拡散領域と電荷転送部との間に形成されるｐ型拡散領域の濃度には依存しない構造とすることができる。よって、このｐ型拡散領域を高濃度としても読み出し電圧の増大という不都合を生じない。
【００１２】
前記固体撮像装置においては、前記第４の拡散領域の不純物濃度が、前記第２の拡散領域の不純物濃度と異なることが好ましい。この好ましい例によれば、第４の拡散領域の不純物濃度を高くしてスミアの発生をより確実に抑制する一方で、第２の拡散領域を適度な不純物濃度に保って読み出し電圧が増大することを回避することができる。
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板内に第２導電型の光電変換部を形成する工程と、前記半導体基板の表層部に第１導電型の第１の拡散領域を前記光電変換部上に位置するように形成する工程と、前記半導体基板の表層部に第２導電型の電荷転送部を前記第１の拡散領域から離間するように形成する工程と、第１導電型の第２の拡散領域を前記電荷転送部下に位置するように形成する工程と、前記電荷転送部上に絶縁膜を介して転送電極を形成する工程とを含み、更に、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い第２導電型の第３の拡散領域を、前記光電変換部に接し且つ前記第２の拡散領域下に位置するように形成する工程と、前記第１の拡散領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４の拡散領域を、前記第１の拡散領域と前記電荷転送部との間に位置するように形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
このような構成としたことにより、読み出し電圧の増大という不都合を生じることなく、光電変換部上のｐ型拡散領域で発生した電荷によるスミアを抑制することができる固体撮像装置を製造することができる。
【００１５】
前記製造方法においては、前記第４の拡散領域の不純物濃度を、前記第２の拡散領域の不純物濃度と相違させることが好ましい。第４の拡散領域の不純物濃度を高くしてスミアの発生をより確実に抑制する一方で、第２の拡散領域の不純物濃度を適正に保って読み出し電圧が増大することを回避した固体撮像装置とすることができるからである。
【００１６】
また、前記製造方法においては、前記第２の拡散領域を形成する工程が、前記半導体基板に、第１導電型の不純物となるイオンを、１００ｋｅＶ以上の加速電圧で注入することにより実施されることが好ましい。第２の拡散領域の濃度および形成位置を好適に制御できるからである。
【００１７】
また、前記製造方法においては、前記第３の拡散領域を形成する工程が、前記半導体基板に、第２導電型の不純物となるイオンを、２００ｋｅＶ以上、更には３００ｋｅＶ以上の加速電圧で注入することにより実施されることが好ましい。第３の拡散領域の濃度および形成位置を好適に制御できるからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の固体撮像装置について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の固体撮像装置の画素部の構造の一例を示す断面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す固体撮像装置における半導体基板内のポテンシャル分布を示す図である。
【００２０】
半導体基板には１個の光電変換素子と１個の電荷転送素子とによって構成される画素が二次元状に配置されている。つまり、特定の方向に関していえば、光電変換素子と電荷転送素子とが互いに隣接し、交互に配列するように形成されている。各素子は、ｎ型半導体基板１０内に形成されたｐ型ウェル１１に形成されている。ｐ型ウェル１１の不純物濃度は、特に限定するものではないが、好ましくは１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下に調整されている。
【００２１】
電荷転送素子は、ｎ型拡散領域である電荷転送部１４と、ｐ型拡散領域１５とを備えている。電荷転送部１４は半導体基板の表層部に形成され、その上方には絶縁膜１６を介して転送電極１７が形成されている。電荷転送部１４は、通常、不純物濃度１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度、拡散深さ０．２〜０．５μｍ程度が適当である。ｐ型拡散領域１５は電荷転送部１４の下方に形成されている。このｐ型拡散領域１５には、電荷蓄積時に電荷転送部１４と後述するｎ型拡散領域２１の間にポテンシャル障壁を形成し得る程度の不純物濃度が要求される。しかし、後述するように、ｐ型拡散領域１５の濃度は読み出し電圧に影響し、不純物濃度が高すぎると読み出し電圧が増大するため好ましくない。よって、ｐ型拡散領域１５の不純物濃度は、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁶ｃｍ^-3程度とすることが好ましい。
【００２２】
光電変換素子は、ｎ型拡散領域である光電変換部１２と、ｐ型拡散領域１３とを備えている。光電変換部１２は、半導体基板表層部に形成されたｐ型拡散領域１３によって、半導体基板の内部に完全に埋め込まれている。このような構造により、半導体基板表面で発生する暗電流が光電変換部へ流入して蓄積されることを抑制している。特に限定するものではないが、ｐ型拡散領域１３の不純物濃度は、暗電流の流入を効果的に抑制するため、通常５×１０¹⁷〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度に調整される。また、拡散深さは０．２〜０．５μｍ程度が適当である。光電変換部１２の不純物濃度は、光電変換を行える範囲であればよく、通常、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁶ｃｍ^-3程度に調整される。また、光電変換部１２は、その拡散領域が広いほど感度を向上させることができるため、１〜３μｍ程度の深さまで拡散させることが好ましい。
【００２３】
更に、光電変換部１２に接する領域にはｎ型拡散領域２１が形成されている。このｎ型拡散領域２１は電荷転送部１４の下方にまで延長しており、ｐ型拡散領域１５の下端に接するように形成されている。ｎ型拡散領域２１の不純物濃度は、光電変換部１２よりも高くなるように調整される。その結果、図２（ｂ）に示すように、ｎ型拡散領域２１のポテンシャルが光電変換部１２よりも高くなり、光電変換部１２で発生した電荷をｎ型拡散領域２１に移動させて蓄積することができる。また、ｎ型拡散領域２１は光電変換部としても機能し、遮光膜１９の開口部から斜めに入射してｎ型拡散領域２１に到達した光はこの領域で電荷に変換されて蓄積される。また、ｎ型拡散領域２１の不純物濃度を電荷転送部１４よりも高く調整すれば、ｐ型拡散領域１５で発生する電荷についてもｎ型拡散領域２１に捕獲することができ、スミアの発生を低減することができる。以上のことから、ｎ型拡散領域２１の不純物濃度は、１×１０¹⁶〜７×１０¹⁷ｃｍ^-3程度の範囲で光電変換部１２の不純物濃度よりも高く調整することが好ましい。
【００２４】
また、光電変換素子と電荷転送素子との間、具体的にはｐ型拡散領域１３と電荷転送部１４の間の半導体基板の表層部に、ｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂが形成されている。このｐ型拡散領域は、同一画素内に形成されているｐ型拡散領域と電荷転送部との間（２２ａの形成位置に相当する。）、および、隣接する別の画素内に形成されているｐ型拡散領域と電荷転送部との間（２２ｂの形成位置に相当する。）のいずれに形成されてもよいが、その両方に形成されることが好ましい。図２（ａ）に示すように、ｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂは、光電変換素子と電荷転送素子とを分離するためのポテンシャル障壁を形成し、ｐ型拡散領域１３で発生した電荷が電荷転送部１４に流入してスミアを発生させることを抑制する。ｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂの不純物濃度は、電荷転送部への電荷流入を効果的に抑制するため、ｐ型拡散領域１３よりも高く、好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０²¹ｃｍ^-3程度に調整される。また、拡散深さは、好ましくは、ｐ型拡散領域１３および電荷転送部１４よりも深くなるように、０．２〜１．０μｍ程度に調整される。
【００２５】
半導体基板上には、層間絶縁膜１８を介して遮光膜１９が形成されている。遮光膜１９は、電荷転送素子を覆うように形成されており、光電変換素子の上方には開口が形成されている。この遮光膜１９により、電荷転送素子を入射光から遮蔽してスミアの発生を抑制している。更に、遮光膜１９の上方には半導体基板全面を覆うように表面保護膜２０が形成されている。
【００２６】
上記の構造を有する固体撮像装置の動作を、図２のポテンシャル分布図を用いて簡単に説明する。なお、図２の点Ａ〜Ｆは、図１中に示す点Ａ〜Ｆに各々対応するものである。遮光膜１９の開口部から入射した光は、光電変換部１２で信号電荷に変換される。ｎ型拡散領域２１の方が光電変換部１２よりもポテンシャルが高いので（図２（ｂ））、この信号電荷はｎ型拡散領域２１に移動し蓄積される。また、斜め方向から入射してｎ型拡散領域２１に到達した光は、ｎ型拡散領域２１で信号電荷に変換されて蓄積される。つまり、信号電荷は電荷転送部１４の下方に蓄積されることになる。図２（ｃ）に示すように、電荷蓄積時には、ｐ型拡散領域１５がポテンシャル障壁を形成するため、ｎ型拡散領域２１から電荷転送部１４への電荷移動は実質的に起こらない。読み出し時には、読み出し電極を兼ねた転送電極１７に電圧が印加されるため、図２（ｃ´）に示すように、電荷転送部１４から空乏層が広がってｐ型拡散領域１５のポテンシャルを変化させ、ｎ型拡散領域２１と電荷転送部１４との間に形成されていたポテンシャル障壁が消失する。その結果、ｎ型拡散領域２１に蓄積されていた電荷は、ｐ型拡散領域１５を経由して電荷転送部１４へ読み出される。このように、本発明の固体撮像装置において読み出しチャネルは、電荷転送部１４の下方に、基板表面に対して略垂直方向に形成される。よって、本発明の固体撮像装置において読み出し電圧は、ｐ型拡散領域１５の不純物濃度および拡散深さには依存するが、ｐ型拡散領域２２ａの不純物濃度には依存しない。
【００２７】
本発明の固体撮像装置によれば、ｐ型拡散領域１３と電荷転送部１４との間にｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂが形成されているため、ｐ型拡散領域１３と電荷転送部１４との間にポテンシャル障壁を形成し、ｐ型拡散領域１３で発生した電荷が電荷転送部１４に流入してスミアとなることを抑制することができる。また、本発明の固体撮像装置においては、読み出し電圧はｐ型拡散領域２２ａの濃度には依存しないため、読み出し電圧の増大という不都合を生じることなく、ｐ型拡散領域２２ａを高濃度に調整することができる。そのため、ｐ型拡散領域１３と電荷転送部１４との間に形成されるポテンシャル障壁を大きく、例えば数十ｍＶ以上に設定して確実にスミアを抑制し、且つ、読み出しの低電圧化を図ることも可能となる。
【００２８】
また、図５に示すような従来の固体撮像装置では、読み出しチャネルがｐ型拡散領域４３と電荷転送部４４との間の半導体基板表層部に形成されるため、ｐ型拡散領域４５の形成位置のばらつき（イオン注入マスク合わせのばらつき）により、各画素の特性にばらつきが生じるという問題があった。しかし、本発明の固体撮像装置によれば、電荷転送部１４の下方にｎ型拡散領域２１が存在してさえいればよく、イオン注入マスク合わせに対して、従来の固体撮像装置ほどの厳密さを要求されない。
【００２９】
次に、本発明の固体撮像装置の製造方法について説明する。図３および図４は、本発明の固体撮像装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。なお、この製造方法によって製造される固体撮像装置は、図１に示すものと実質的に同様の構造を有するものである。
【００３０】
まず、ｎ型シリコン基板１０に、ホウ素などのｐ型不純物をイオン注入してｐ型ウェル１１を形成する（図３（ａ））。
【００３１】
この半導体基板表面にフォトレジストを用いてマスクを形成した後、ホウ素などのｐ型不純物をイオン注入し、ｐ型ウェル１１内の所定の領域にｐ型拡散領域１５を形成する。このイオン注入は、好ましくは１００ｋｅＶ以上、更に好ましくは２００〜７００ｋｅＶ程度の加速電圧で実施する。また、ドーズ量は１×１０¹¹〜５×１０¹²ｃｍ^-2程度が適当である。次に、新たにマスクを形成した後、リンやヒ素などのｎ型不純物をイオン注入し、ｐ型拡散領域１５の表層部にｎ型拡散領域である電荷転送部１４を形成する（図３（ｂ））。このイオン注入は、ｐ型拡散領域形成のためのイオン注入よりも小さい加速電圧、好ましくは２０〜２００ｋｅＶ程度の加速電圧で実施する。また、ドーズ量は１×１０¹²〜５×１０¹³ｃｍ^-2程度が適当である。
【００３２】
次に、半導体基板表面にフォトレジストを用いてマスクを形成した後、ホウ素などのｐ型不純物をイオン注入し、ｐ型ウェル１２の表層部の電荷転送部１４の端部に接する領域にｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂを形成する。このｐ型拡散領域は、好ましくは電荷転送部１４の両端に形成される。このイオン注入は、ドーズ量５×１０¹³〜５×１０¹⁵ｃｍ^-2程度、加速電圧１０〜１００ｋｅＶ程度で実施するのが適当である。
【００３３】
以上の工程においては、ｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂとｐ型拡散領域１５とを、一体化した１つの領域として一度のイオン注入によって形成する方法も考えられる。しかし、このような方法では、ｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂとｐ型拡散領域１５の不純物濃度を相違させることができないので、読み出し電圧の増大を回避しながらスミアの低減を図ることが困難となるため好ましくない。
【００３４】
次に、熱酸化によって、半導体基板表面にシリコン酸化膜であるゲート絶縁膜１６を形成する（図３（ｃ））。なお、ゲート酸化膜１６の形成は、後述の光電変換部およびｎ型拡散領域を形成した後に実施してもよい。
【００３５】
次に、半導体基板表面にフォトレジストを用いてマスクを形成した後、リンなどのｎ型不純物をイオン注入して、ｐ型拡散領域１５の下方にｎ型拡散領域２１を形成する。このイオン注入は、ｐ型拡散領域１５形成のイオン注入よりも高い加速電圧２００〜１５００ｋｅＶ程度で実施する。また、ドーズ量は５×１０¹¹〜５×１０¹³ｃｍ^-2程度が適当である。次に、新たにマスクを形成した後、リンなどのｎ型不純物をイオン注入することにより、ｐ型ウェル１１内の電荷転送素子に隣接する領域に、ｎ型拡散領域２１に接するように光電変換部１２を形成する（図４（ｄ））。このとき、光電変換部１２とｎ型拡散領域２１とを確実に接触させるため、光電変換部１２を形成するためのマスクは、その開口部（イオンが注入される部分）が、半導体基板表面においてｎ型拡散領域２１を形成するためのマスクの開口部が形成されていた領域と若干（０．３μｍ以内とするのが適当である。）重なるように形成することが好ましい。このイオン注入は、形成される光電変換部１２の不純物濃度がｎ型拡散領域２１よりも低くなるように、ドーズ量１×１０¹¹〜１×１０¹³ｃｍ^-2程度で実施するのが適当である。また、加速電圧は、２００〜１５００ｋｅＶ程度とするのが適当である。
【００３６】
なお、以上の各イオン注入工程を実施する順序は、特に限定するものではない。例えば、電荷転送部１４の形成をｐ型拡散領域１５の形成の前に実施することもでき、光電変換部１２の形成をｎ型拡散領域２１の形成の前に実施することもできる。また、光電変換部１２およびｎ型拡散領域２１の形成を、電荷転送部１４、ｐ型拡散領域１５およびｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂを形成する前に実施することもできる。
【００３７】
ゲート絶縁膜１６を形成したシリコン基板表面に、例えば、減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜の一部をエッチングによって除去することによって、電荷転送部１４の上方に転送電極１７を形成する。続いて、このゲート電極１７をマスクとしてホウ素などのｐ型不純物をイオン注入し、光電変換部１２の表層部にｐ型拡散領域１３を形成する（図４（ｅ））。このイオン注入は、ｐ型拡散領域１３の不純物濃度がｐ型拡散領域２２ａ、２２ｂよりも低くなるように、ドーズ量１×１０¹³〜２×１０¹⁵ｃｍ^-2程度で実施するのが適当である。また、加速電圧は１０〜１００ｋｅＶ程度が適当である。
【００３８】
更に、層間絶縁膜１８、光電変換部の上方に開口部を有するようにパターニングされた遮光膜１９、表面保護膜２０を順に形成する（図４（ｆ））。特に限定するものではないが、例えば、層間絶縁膜１８は減圧ＣＶＤ法によりホウ素およびリンをドープしたシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）を堆積することにより形成し、遮光膜１９はスパッタリング法によりアルミニウム膜を堆積することにより形成し、表面保護膜２０はプラズマＣＶＤ法によって基板全面にシリコン窒化膜を堆積してすることにより形成できる。
【００３９】
なお、上記の製造方法において、マスクの形成、イオン注入、熱酸化、各種ＣＤＶ法などは、基本的に常法に従って実施することができる。
【００４０】
上記の製造方法によれば、本発明の固体撮像装置のような、読み出し電圧の増大という不都合を生じることなく、ｐ型拡散領域で発生した電荷によるスミアを抑制することができる固体撮像装置を製造することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、第１導電型の半導体基板内に形成された第２導電型の光電変換部と、前記光電変換部上の前記半導体基板の表層部に形成された第１導電型の第１の拡散領域と、前記半導体基板の表層部の前記第１の拡散領域から離間させた領域に形成された第２導電型の電荷転送部と、前記電荷転送部下に形成された第１導電型の第２の拡散領域と、前記電荷転送部上に絶縁膜を介して形成された転送電極とを含み、更に、前記光電変換部に接し且つ前記電荷転送部の下方に及ぶ領域に、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い第２導電型の第３の拡散領域が形成され、前記第１の拡散領域と前記電荷転送部との間に、前記第１の拡散領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４の拡散領域が形成されているため、光電変換部上のｐ型拡散領域と電荷転送部との間にポテンシャル障壁を形成し、このｐ型拡散領域で発生した電荷が電荷転送部に流入してスミアとなることを抑制することができる。
【００４２】
また、本発明の製造方法によれば、第１導電型の半導体基板内に第２導電型の光電変換部を形成する工程と、前記半導体基板の表層部に第１導電型の第１の拡散領域を前記光電変換部上に位置するように形成する工程と、前記半導体基板の表層部に第２導電型の電荷転送部を前記第１の拡散領域から離間するように形成する工程と、第１導電型の第２の拡散領域を前記電荷転送部下に位置するように形成する工程と、前記電荷転送部上に絶縁膜を介して転送電極を形成する工程とを含み、更に、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い第２導電型の第３の拡散領域を、前記光電変換部に接し且つ前記電荷転送部の下方に位置するように形成する工程と、前記第１の拡散領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４の拡散領域を、前記第１の拡散領域と前記電荷転送部との間に位置するように形成する工程とを含むため、光電変換部上のｐ型拡散領域と電荷転送部との間にポテンシャル障壁を形成し、このｐ型拡散領域で発生した電荷によるスミアを抑制した固体撮像装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す固体撮像装置における半導体基板内のポテンシャル分布を示す図である。
【図３】本発明の固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図４】本発明の固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図６】図５に示す固体撮像装置における半導体基板内のポテンシャル分布を示す図である。
【符号の説明】
１０、４０ｎ型半導体基板
１１、４１ｐ型ウェル
１２、４２光電変換部
１３、４３ｐ型拡散領域
１４、４４電荷転送部
１５、４５ｐ型拡散領域
１６、４６ゲート絶縁膜
１７、４７転送電極
１８、４８層間絶縁膜
１９、４９遮光膜
２０、５０表面保護膜
２１ｎ型拡散領域
２２ａ、２２ｂ高濃度のｐ型拡散領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device using a charge coupled device (CCD) and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the solid-state imaging device constituting the solid-state imaging device has been miniaturized and the number of pixels has been increased, and miniaturization is required for the manufacturing technology. In addition, with such trends, improvement in characteristics such as sensitivity and image quality has become a problem.
[0003]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a pixel portion of a conventional solid-state imaging device. Hereinafter, the structure of a conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
[0004]
In the p-type well 41 formed in the semiconductor substrate 40, the photoelectric conversion element and the charge transfer element are formed adjacent to each other. A plurality of photoelectric conversion elements and charge transfer elements are formed so as to be alternately arranged, and one photoelectric conversion element and one charge transfer element constitute one pixel. The photoelectric conversion element is configured by a photoelectric conversion portion 42 that is an n-type impurity diffusion region, and a high-concentration p-type diffusion region 43 formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate on the photoelectric conversion portion 42. The charge transfer element includes an n-type impurity diffusion region that functions as a channel region during charge transfer, and a transfer electrode 47 formed on the charge transfer portion 44 with an insulating film 46 interposed therebetween. ing. The charge transfer element further includes a p-type diffusion region 45 formed so as to be in contact with the lower end of the charge transfer portion 44. In addition, a light shielding film 49 is formed above the charge transfer element via an interlayer insulating film 48, and the charge transfer element is shielded from incident light to suppress smear. Note that an opening is formed in the light shielding film 49 above the photoelectric conversion unit 42. Further, a surface protective film 50 is formed on the light shielding film 49.
[0005]
The operation of the solid-state imaging device having the above structure will be described. Light incident from the opening of the light shielding film 49 is converted into signal charges by the photoelectric conversion unit 42 and accumulated. When a voltage is applied to the transfer electrode 47 that also serves as a readout gate electrode, a depletion layer spreads from the charge transfer unit 44 through the p-type diffusion region 45 to the photoelectric conversion unit 42, and the p-type diffusion region 43, the charge transfer unit 44, A readout channel is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate. The signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit 42 is transferred to the charge transfer unit 44 via this readout channel.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Most of the light incident on the surface of the p-type diffusion region 43 reaches the photoelectric conversion unit 42, and charges are generated in the photoelectric conversion unit 42. However, a part of the incident light generates a charge in the p-type diffusion region 43. When charge is generated in the p-type diffusion region 43, a charge density gradient is generated from the p-type diffusion region 43 toward the charge transfer unit 44 on the surface of the semiconductor substrate, so that the charge diffuses and flows into the charge transfer unit 44. There is a problem that smear is generated by this electric charge. In particular, in the conventional solid-state imaging device, the p-type diffusion region 43 has a higher concentration than the p-type well 41 and the p-type diffusion region 45, and the potential on the surface of the semiconductor substrate is changed from the p-type diffusion region 43 to the charge transfer unit 44. Therefore, the inflow of charges into the charge transfer unit 44 was promoted and smear increased (see the potential distribution diagram of FIG. 6).
[0007]
An object of this invention is to provide the solid-state imaging device which suppressed generation | occurrence | production of smear, and its manufacturing method.
[0008]
[Means for Solving the Invention]
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention includes a second conductivity type photoelectric conversion unit formed in a first conductivity type semiconductor substrate, and a surface layer portion of the semiconductor substrate on the photoelectric conversion unit. A first conductivity type first diffusion region formed; a second conductivity type charge transfer portion formed in a region of the surface layer portion of the semiconductor substrate spaced apart from the first diffusion region; and under the charge transfer portion. A solid-state imaging device comprising: a second diffusion region of the first conductivity type formed in a first electrode; and a transfer electrode formed on the charge transfer portion via an insulating film, the solid-state imaging device being in contact with the photoelectric conversion portion; A third diffusion region of a second conductivity type having an impurity concentration higher than that of the photoelectric conversion unit is formed in a region located below the second diffusion region, and the first diffusion region and the charge transfer unit Between the first diffusion type and the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the first diffusion region. Wherein the diffusion region is formed.
[0009]
With this configuration, a high-concentration p-type diffusion region is formed between the p-type diffusion region on the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit. A potential barrier can be formed between the transfer portion and the charge generated in the p-type diffusion region on the photoelectric conversion portion can be prevented from flowing into the charge transfer portion and becoming a smear.
[0010]
As means for suppressing the inflow of charges from the p-type diffusion region on the photoelectric conversion unit to the charge transfer unit, the conventional solid-state imaging device described above is simply connected between the p-type diffusion region 43 and the charge transfer unit 44. It is conceivable to provide a p-type diffusion region having an impurity concentration higher than that of the p-type diffusion region 43. However, in the conventional solid-state imaging device, it is considered that the readout channel may form a semiconductor substrate surface layer portion between the p-type diffusion region 43 and the charge transfer unit 44, that is, a high-concentration p-type diffusion region. Formed. Therefore, when a high concentration p-type diffusion region is formed, there arises a disadvantage that a high voltage is required for reading.
[0011]
However, according to the solid-state imaging device of the present invention, since the high-concentration n-type diffusion region is formed below the charge transfer unit, signal charges can be stored below the charge transfer unit. With such a configuration, the readout channel can be formed below the charge transfer unit in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, so that the readout voltage is applied to the p-type diffusion region and the charge on the photoelectric conversion unit. A structure that does not depend on the concentration of the p-type diffusion region formed between the transfer portion and the transfer portion can be used. Therefore, even if this p-type diffusion region has a high concentration, there is no inconvenience that the read voltage increases.
[0012]
In the solid-state imaging device, it is preferable that the impurity concentration of the fourth diffusion region is different from the impurity concentration of the second diffusion region. According to this preferred example, the impurity concentration in the fourth diffusion region is increased to more reliably suppress the occurrence of smear, while the read voltage is increased while maintaining the second diffusion region at an appropriate impurity concentration. Can be avoided.
[0013]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a second conductivity type photoelectric conversion portion in a first conductivity type semiconductor substrate, and a first layer portion on the semiconductor substrate. Forming a conductive first diffusion region so as to be positioned on the photoelectric conversion portion; and separating a second conductive charge transfer portion from the first diffusion region in a surface layer portion of the semiconductor substrate. Forming a second diffusion region of the first conductivity type so as to be positioned below the charge transfer portion, and forming a transfer electrode on the charge transfer portion via an insulating film. And forming a second conductive type third diffusion region having an impurity concentration higher than that of the photoelectric conversion unit so as to be in contact with the photoelectric conversion unit and below the second diffusion region; The first conductivity type first having a higher impurity concentration than the first diffusion region. The diffusion region, characterized in that it comprises a step of forming so as to be located between the first diffusion region and the charge transfer section.
[0014]
With such a configuration, it is possible to manufacture a solid-state imaging device that can suppress smear due to charges generated in the p-type diffusion region on the photoelectric conversion unit without causing the disadvantage of an increase in readout voltage. .
[0015]
In the manufacturing method, it is preferable that the impurity concentration of the fourth diffusion region is different from the impurity concentration of the second diffusion region. A solid-state imaging device that increases the impurity concentration of the fourth diffusion region and more reliably suppresses the occurrence of smear, while maintaining the impurity concentration of the second diffusion region appropriately and avoiding an increase in the read voltage Because it can be done.
[0016]
Further, in the manufacturing method, the step of forming the second diffusion region is performed by implanting ions that become impurities of the first conductivity type into the semiconductor substrate at an acceleration voltage of 100 keV or more. Is preferred. This is because the concentration and formation position of the second diffusion region can be suitably controlled.
[0017]
Further, in the manufacturing method, in the step of forming the third diffusion region, ions serving as impurities of the second conductivity type are implanted into the semiconductor substrate at an acceleration voltage of 200 keV or more, further 300 keV or more. It is preferable to implement by. This is because the concentration and formation position of the third diffusion region can be suitably controlled.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The solid-state imaging device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the pixel portion of the solid-state imaging device of the present invention. 2A to 2C are diagrams showing potential distribution in the semiconductor substrate in the solid-state imaging device shown in FIG.
[0020]
Pixels composed of one photoelectric conversion element and one charge transfer element are two-dimensionally arranged on the semiconductor substrate. That is, regarding a specific direction, the photoelectric conversion elements and the charge transfer elements are adjacent to each other and are alternately arranged. Each element is formed in a p-type well 11 formed in the n-type semiconductor substrate 10. The impurity concentration of the p-type well 11 is not particularly limited, but preferably 1 × 10. ¹⁶ cm ^-3 Adjusted to:
[0021]
The charge transfer element includes a charge transfer unit 14 that is an n-type diffusion region and a p-type diffusion region 15. The charge transfer portion 14 is formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate, and a transfer electrode 17 is formed thereon via an insulating film 16. The charge transfer unit 14 usually has an impurity concentration of 1 × 10 ¹⁶ ~ 5x10 ¹⁷ cm ^-3 A diffusion depth of about 0.2 to 0.5 μm is appropriate. The p-type diffusion region 15 is formed below the charge transfer unit 14. The p-type diffusion region 15 is required to have an impurity concentration that can form a potential barrier between the charge transfer unit 14 and an n-type diffusion region 21 described later during charge accumulation. However, as will be described later, the concentration of the p-type diffusion region 15 affects the read voltage, and if the impurity concentration is too high, the read voltage increases, which is not preferable. Therefore, the impurity concentration of the p-type diffusion region 15 is 1 × 10 ¹⁵ ~ 5x10 ¹⁶ cm ^-3 It is preferable to set the degree.
[0022]
The photoelectric conversion element includes a photoelectric conversion unit 12 that is an n-type diffusion region and a p-type diffusion region 13. The photoelectric conversion unit 12 is completely embedded inside the semiconductor substrate by a p-type diffusion region 13 formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate. With such a structure, the dark current generated on the surface of the semiconductor substrate is prevented from flowing into the photoelectric conversion unit and being accumulated. Although not particularly limited, the impurity concentration of the p-type diffusion region 13 is normally 5 × 10 in order to effectively suppress the inflow of dark current. ¹⁷ ~ 1x10 ²⁰ cm ^-3 Adjusted to degree. The diffusion depth is suitably about 0.2 to 0.5 μm. The impurity concentration of the photoelectric conversion unit 12 may be in a range where photoelectric conversion can be performed, and is usually 1 × 10 6. ¹⁵ ~ 5x10 ¹⁶ cm ^-3 Adjusted to degree. Moreover, since the photoelectric conversion part 12 can improve a sensitivity, so that the diffusion area | region is wide, it is preferable to make it diffuse to the depth of about 1-3 micrometers.
[0023]
Further, an n-type diffusion region 21 is formed in a region in contact with the photoelectric conversion unit 12. The n-type diffusion region 21 extends to the lower side of the charge transfer portion 14 and is formed so as to be in contact with the lower end of the p-type diffusion region 15. The impurity concentration of the n-type diffusion region 21 is adjusted to be higher than that of the photoelectric conversion unit 12. As a result, as shown in FIG. 2B, the potential of the n-type diffusion region 21 becomes higher than that of the photoelectric conversion unit 12, and the charge generated in the photoelectric conversion unit 12 is moved to the n-type diffusion region 21 and accumulated. be able to. Further, the n-type diffusion region 21 also functions as a photoelectric conversion unit, and light that is incident obliquely from the opening of the light shielding film 19 and reaches the n-type diffusion region 21 is converted into charges in this region and accumulated. Further, if the impurity concentration of the n-type diffusion region 21 is adjusted to be higher than that of the charge transfer unit 14, the charges generated in the p-type diffusion region 15 can also be captured in the n-type diffusion region 21, thereby reducing the occurrence of smear. can do. From the above, the impurity concentration of the n-type diffusion region 21 is 1 × 10. ¹⁶ ~ 7 × 10 ¹⁷ cm ^-3 It is preferable to adjust the concentration higher than the impurity concentration of the photoelectric conversion unit 12 within a range.
[0024]
Further, p-type diffusion regions 22 a and 22 b are formed between the photoelectric conversion element and the charge transfer element, specifically, in the surface layer portion of the semiconductor substrate between the p-type diffusion region 13 and the charge transfer unit 14. This p-type diffusion region is formed between the p-type diffusion region formed in the same pixel and the charge transfer portion (corresponding to the formation position of 22a) and in another adjacent pixel. It may be formed between the p-type diffusion region and the charge transfer portion (corresponding to the formation position of 22b), but it is preferable to form both of them. As shown in FIG. 2A, the p-type diffusion regions 22a and 22b form a potential barrier for separating the photoelectric conversion element and the charge transfer element, and the charge generated in the p-type diffusion region 13 is transferred by charge. It suppresses flowing into the part 14 and generating smear. The impurity concentration of the p-type diffusion regions 22a and 22b is higher than that of the p-type diffusion region 13 in order to effectively suppress charge inflow into the charge transfer portion, and preferably 1 × 10. ¹⁸ ~ 1x10 ^{twenty one} cm ^-3 Adjusted to degree. The diffusion depth is preferably adjusted to about 0.2 to 1.0 μm so as to be deeper than the p-type diffusion region 13 and the charge transfer unit 14.
[0025]
A light shielding film 19 is formed on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film 18. The light shielding film 19 is formed so as to cover the charge transfer element, and an opening is formed above the photoelectric conversion element. The light shielding film 19 shields the charge transfer element from incident light and suppresses the occurrence of smear. Further, a surface protective film 20 is formed above the light shielding film 19 so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate.
[0026]
The operation of the solid-state imaging device having the above structure will be briefly described with reference to the potential distribution diagram of FIG. Note that the points A to F in FIG. 2 correspond to the points A to F shown in FIG. Light incident from the opening of the light shielding film 19 is converted into signal charges by the photoelectric conversion unit 12. Since the potential of the n-type diffusion region 21 is higher than that of the photoelectric conversion unit 12 (FIG. 2B), this signal charge moves to and accumulates in the n-type diffusion region 21. Further, light that has entered from the oblique direction and has reached the n-type diffusion region 21 is converted into signal charges and stored in the n-type diffusion region 21. That is, the signal charge is accumulated below the charge transfer unit 14. As shown in FIG. 2C, during charge accumulation, the p-type diffusion region 15 forms a potential barrier, and therefore, no charge transfer from the n-type diffusion region 21 to the charge transfer unit 14 occurs. At the time of reading, since a voltage is applied to the transfer electrode 17 that also serves as a reading electrode, a depletion layer spreads from the charge transfer portion 14 to change the potential of the p-type diffusion region 15 as shown in FIG. The potential barrier formed between the n-type diffusion region 21 and the charge transfer unit 14 disappears. As a result, the charges accumulated in the n-type diffusion region 21 are read out to the charge transfer unit 14 via the p-type diffusion region 15. Thus, in the solid-state imaging device of the present invention, the readout channel is formed below the charge transfer unit 14 in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. Therefore, in the solid-state imaging device of the present invention, the read voltage depends on the impurity concentration and the diffusion depth of the p-type diffusion region 15, but does not depend on the impurity concentration of the p-type diffusion region 22a.
[0027]
According to the solid-state imaging device of the present invention, the p-type diffusion regions 22 a and 22 b are formed between the p-type diffusion region 13 and the charge transfer unit 14. A potential barrier is formed between them, and the charge generated in the p-type diffusion region 13 can be prevented from flowing into the charge transfer portion 14 and becoming smear. In the solid-state imaging device of the present invention, since the read voltage does not depend on the concentration of the p-type diffusion region 22a, the p-type diffusion region 22a is adjusted to a high concentration without causing the disadvantage of an increase in the read voltage. Can do. For this reason, a potential barrier formed between the p-type diffusion region 13 and the charge transfer unit 14 is set large, for example, set to several tens of mV or more to surely suppress smear, and to achieve a low read voltage. Is also possible.
[0028]
Further, in the conventional solid-state imaging device as shown in FIG. 5, the readout channel is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate between the p-type diffusion region 43 and the charge transfer unit 44, and therefore the formation position of the p-type diffusion region 45. There is a problem in that the characteristics of each pixel vary due to the variation of (implantation variation of ion implantation mask). However, according to the solid-state imaging device of the present invention, it is only necessary that the n-type diffusion region 21 exists below the charge transfer unit 14, and the strictness of the conventional solid-state imaging device with respect to the ion implantation mask alignment is sufficient. Not required.
[0029]
Next, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention will be described. 3 and 4 are process cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention. Note that the solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method has substantially the same structure as that shown in FIG.
[0030]
First, a p-type well 11 is formed by ion implantation of a p-type impurity such as boron into the n-type silicon substrate 10 (FIG. 3A).
[0031]
After a mask is formed on the surface of the semiconductor substrate using a photoresist, p-type impurities such as boron are ion-implanted to form a p-type diffusion region 15 in a predetermined region in the p-type well 11. This ion implantation is preferably performed at an acceleration voltage of about 100 keV or more, more preferably about 200 to 700 keV. The dose is 1 × 10 ¹¹ ~ 5x10 ¹² cm ^-2 The degree is appropriate. Next, after a new mask is formed, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted to form the charge transfer portion 14 which is an n-type diffusion region in the surface layer portion of the p-type diffusion region 15 (FIG. 3 ( b)). This ion implantation is performed with an acceleration voltage smaller than that for ion implantation for forming the p-type diffusion region, preferably about 20 to 200 keV. The dose is 1 × 10 ¹² ~ 5x10 ¹³ cm ^-2 The degree is appropriate.
[0032]
Next, a mask is formed on the surface of the semiconductor substrate using a photoresist, and then a p-type impurity such as boron is ion-implanted to form a p-type in a region in contact with the end of the charge transfer portion 14 in the surface layer portion of the p-type well 12. Diffusion regions 22a and 22b are formed. This p-type diffusion region is preferably formed at both ends of the charge transfer portion 14. This ion implantation is performed at a dose amount of 5 × 10. ¹³ ~ 5x10 ¹⁵ cm ^-2 It is appropriate to carry out at an acceleration voltage of about 10 to 100 keV.
[0033]
In the above process, a method of forming the p-type diffusion regions 22a and 22b and the p-type diffusion region 15 as one integrated region by one ion implantation is also conceivable. However, in such a method, since the impurity concentrations of the p-type diffusion regions 22a and 22b and the p-type diffusion region 15 cannot be made different, it is difficult to reduce smear while avoiding an increase in read voltage. Therefore, it is not preferable.
[0034]
Next, a gate insulating film 16 that is a silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate by thermal oxidation (FIG. 3C). The formation of the gate oxide film 16 may be performed after forming a photoelectric conversion portion and an n-type diffusion region described later.
[0035]
Next, after forming a mask using a photoresist on the surface of the semiconductor substrate, n-type impurities such as phosphorus are ion-implanted to form an n-type diffusion region 21 below the p-type diffusion region 15. This ion implantation is performed at an acceleration voltage of about 200 to 1500 keV, which is higher than the ion implantation for forming the p-type diffusion region 15. The dose amount is 5 × 10. ¹¹ ~ 5x10 ¹³ cm ^-2 The degree is appropriate. Next, after a new mask is formed, photoelectric conversion is performed so that the region adjacent to the charge transfer element in the p-type well 11 is in contact with the n-type diffusion region 21 by ion implantation of n-type impurities such as phosphorus. The part 12 is formed (FIG. 4D). At this time, in order to ensure contact between the photoelectric conversion unit 12 and the n-type diffusion region 21, the mask for forming the photoelectric conversion unit 12 has an opening (portion into which ions are implanted) on the surface of the semiconductor substrate. The n-type diffusion region 21 is preferably formed so as to slightly overlap (appropriately within 0.3 μm) the region in which the opening of the mask for forming the n-type diffusion region 21 has been formed. This ion implantation is performed so that the impurity concentration of the formed photoelectric conversion portion 12 is lower than that of the n-type diffusion region 21 and the dose amount is 1 × 10. ¹¹ ~ 1x10 ¹³ cm ^-2 It is appropriate to carry out to the extent. The acceleration voltage is suitably about 200 to 1500 keV.
[0036]
The order in which the above ion implantation steps are performed is not particularly limited. For example, the charge transfer unit 14 can be formed before the p-type diffusion region 15 is formed, and the photoelectric conversion unit 12 can be formed before the n-type diffusion region 21 is formed. Alternatively, the photoelectric conversion unit 12 and the n-type diffusion region 21 can be formed before the charge transfer unit 14, the p-type diffusion region 15, and the p-type diffusion regions 22a and 22b are formed.
[0037]
A polysilicon film is formed on the surface of the silicon substrate on which the gate insulating film 16 is formed, for example, by a low pressure CVD method, and a part of the polysilicon film is removed by etching, whereby the transfer electrode 17 is formed above the charge transfer unit 14. Form. Subsequently, p-type impurities such as boron are ion-implanted using the gate electrode 17 as a mask to form the p-type diffusion region 13 in the surface layer portion of the photoelectric conversion portion 12 (FIG. 4E). This ion implantation is performed so that the impurity concentration of the p-type diffusion region 13 is lower than that of the p-type diffusion regions 22a and 22b. ¹³ ~ 2x10 ¹⁵ cm ^-2 It is appropriate to carry out to the extent. The acceleration voltage is suitably about 10 to 100 keV.
[0038]
Further, an interlayer insulating film 18, a light shielding film 19 patterned so as to have an opening above the photoelectric conversion portion, and a surface protective film 20 are sequentially formed (FIG. 4F). Although not specifically limited, for example, the interlayer insulating film 18 is formed by depositing a silicon oxide film (BPSG film) doped with boron and phosphorus by a low pressure CVD method, and the light shielding film 19 is an aluminum film formed by a sputtering method. The surface protective film 20 can be formed by depositing a silicon nitride film over the entire surface of the substrate by plasma CVD.
[0039]
In the above manufacturing method, mask formation, ion implantation, thermal oxidation, various CDV methods, and the like can be basically performed according to conventional methods.
[0040]
According to the above manufacturing method, a solid-state imaging device capable of suppressing smear due to charges generated in the p-type diffusion region without causing the disadvantage of an increase in readout voltage as in the solid-state imaging device of the present invention is manufactured. can do.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the second conductivity type photoelectric conversion unit formed in the first conductivity type semiconductor substrate, and the surface layer portion of the semiconductor substrate on the photoelectric conversion unit A first conductivity type first diffusion region formed on the semiconductor substrate, a second conductivity type charge transfer portion formed in a region of the surface layer portion of the semiconductor substrate spaced from the first diffusion region, and the charge A second diffusion region of a first conductivity type formed below the transfer unit; and a transfer electrode formed on the charge transfer unit via an insulating film, and further in contact with the photoelectric conversion unit and the charge transfer A third diffusion region of a second conductivity type having an impurity concentration higher than that of the photoelectric conversion portion is formed in a region extending under the portion, and the first diffusion region and the charge transfer portion are disposed between the first diffusion region and the charge transfer portion. A fourth diffusion region of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the first diffusion region is formed; Therefore, a potential barrier is formed between the p-type diffusion region on the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit, and electric charges generated in the p-type diffusion region are prevented from flowing into the charge transfer unit and becoming smear. can do.
[0042]
According to the manufacturing method of the present invention, the step of forming the second conductivity type photoelectric conversion portion in the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type first diffusion in the surface layer portion of the semiconductor substrate. Forming a region so as to be positioned on the photoelectric conversion portion, forming a second conductivity type charge transfer portion on the surface layer portion of the semiconductor substrate so as to be separated from the first diffusion region, Forming a second diffusion region of one conductivity type so as to be positioned below the charge transfer portion, and forming a transfer electrode on the charge transfer portion via an insulating film, and further comprising the photoelectric conversion Forming a third diffusion region of the second conductivity type having a higher impurity concentration than the portion so as to be in contact with the photoelectric conversion portion and below the charge transfer portion; and more than the first diffusion region The fourth diffusion region of the first conductivity type having a high impurity concentration is formed on the first diffusion region. Forming a potential barrier between the p-type diffusion region on the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit, and forming the p-type diffusion. A solid-state imaging device that suppresses smear due to charges generated in the region can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a solid-state imaging device of the present invention.
2 is a diagram showing a potential distribution in a semiconductor substrate in the solid-state imaging device shown in FIG.
FIG. 3 is a process cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional solid-state imaging device.
6 is a diagram showing a potential distribution in a semiconductor substrate in the solid-state imaging device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10, 40 n-type semiconductor substrate
11, 41 p-type well
12, 42 Photoelectric converter
13, 43 p-type diffusion region
14, 44 Charge transfer unit
15, 45 p-type diffusion region
16, 46 Gate insulation film
17, 47 Transfer electrode
18, 48 Interlayer insulation film
19, 49 Shading film
20, 50 Surface protective film
21 n-type diffusion region
22a, 22b High concentration p-type diffusion region

Claims

A second conductivity type photoelectric conversion portion formed in the first conductivity type semiconductor substrate; a first conductivity type first diffusion region formed in a surface layer portion of the semiconductor substrate on the photoelectric conversion portion; A charge transfer portion of a second conductivity type formed in a region separated from the first diffusion region of a surface layer portion of the semiconductor substrate, and a second diffusion region of a first conductivity type formed under the charge transfer portion And a transfer electrode formed on the charge transfer unit through an insulating film, in a region in contact with the photoelectric conversion unit and located below the second diffusion region, A third diffusion region of the second conductivity type having an impurity concentration higher than that of the photoelectric conversion portion is formed, and the impurity is larger than the first diffusion region between the first diffusion region and the charge transfer portion. A fourth diffusion region of the first conductivity type having a high concentration is formed. Body imaging apparatus.

The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the fourth diffusion region is different from an impurity concentration of the second diffusion region.

A step of forming a second conductivity type photoelectric conversion portion in the first conductivity type semiconductor substrate; and a first conductivity type first diffusion region in the surface layer portion of the semiconductor substrate is positioned on the photoelectric conversion portion. Forming a second conductivity type charge transfer portion in a surface layer portion of the semiconductor substrate so as to be separated from the first diffusion region, and forming a first conductivity type second diffusion region on the surface layer portion of the semiconductor substrate. A second conductivity type having a higher impurity concentration than that of the photoelectric conversion unit, and a step of forming a transfer electrode on the charge transfer unit via an insulating film. Forming a third diffusion region in contact with the photoelectric conversion portion and positioned below the second diffusion region, and a first conductivity type first impurity having a higher impurity concentration than the first diffusion region. 4 diffusion regions between the first diffusion region and the charge transfer unit Method for manufacturing a solid-state imaging device which comprises a step of forming to location.

The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 3, wherein an impurity concentration of the fourth diffusion region is different from an impurity concentration of the second diffusion region.

5. The solid-state imaging according to claim 3, wherein the step of forming the second diffusion region is performed by implanting ions, which are impurities of the first conductivity type, into the semiconductor substrate with an acceleration voltage of 100 keV or more. Device manufacturing method.

6. The method according to claim 3, wherein the step of forming the third diffusion region is performed by implanting ions, which are impurities of a second conductivity type, into the semiconductor substrate at an acceleration voltage of 200 keV or more. Manufacturing method of solid-state imaging device.