JP4183302B2 - Method for manufacturing charge coupled device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷結合素子に関し、特に2段水平転送路を有する固体撮像素子に適用可能な電荷結合素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は、2段水平転送路5を有する固体撮像素子1の構成図である。
【0003】
画素部2は、2次元に配列される複数のフォトダイオード3と垂直方向に並ぶ複数列の垂直転送路4を有する。1つのフォトダイオード3は、2次元画像を構成する1つの画素に相当し、受光した光を電荷に変換する。変換された電荷は、フォトダイオード3から垂直転送路4に移される。垂直転送路4は、電荷を垂直方向に転送する。
【0004】
2段水平転送路5は、第1の水平転送路5aと第2の水平転送路5bを有する。垂直転送路4及び水平転送路5a,5bは、共に電荷結合素子(CCD)により構成される。垂直転送路4上の電荷は、垂直下方向に転送され、第1の水平転送路5a又は第2の水平転送路5bのいずれかに移される。第1及び第2の水平転送路5a,5bは、電荷を水平左方向に転送する。
【0005】
第1のアンプ6aは、第1の水平転送路5aにより水平方向に転送された電荷を増幅して、外部に出力する。第2のアンプ6bは、第2の水平転送路5bにより水平方向に転送された電荷を増幅して、外部に出力する。
【0006】
例えば高品位テレビ(HDTV)のように高解像度の画像を撮像するための固体撮像素子は、画素数が多いために高速に電荷を転送する必要がある。そこで、CCDの電荷転送効率の向上、及びアンプの感度の均一化等のため、上記の2段水平転送路を有する固体撮像素子が使用される。
【0007】
第1の水平転送路5aと第2の水平転送路5bの境界エリア7の構成を次に示す。
【0008】
図3は、境界エリア7の概念図であり、図1(A)を90°回転させた図である。第1の水平転送路5aと第2の水平転送路5bの間には、シフトゲート12が設けられる。ポテンシャル波形S1,S2は、横軸が第1又は第2の転送路5a,5b又はシフトゲート12上の位置を示し、縦軸が電荷(電子)に対するポテンシャルを示す。
【0009】
ポテンシャル波形S1は、シフトゲート12にゲート信号が印加されずにシフトゲート12が閉じているときの波形である。垂直転送路上の電荷は、第1の水平転送路5aに移された後、シフトゲート12が閉じているために第1の水平転送路5aに留まる。
【0010】
ポテンシャル波形S2は、シフトゲート12にゲート信号が印加されてシフトゲート12が開いたときの波形である。垂直転送路上の電荷13は、第1の水平転送路5aに移された後、シフトゲート12が開いているために第2の水平転送路5bに向けて垂直方向(図3中の水平方向)に移される。その後、シフトゲート12を閉じれば、その電荷は第2の水平転送路5bに留まる。
【0011】
上記のように、シフトゲート12を制御することにより、垂直転送路上の電荷を、第1の水平転送路5a又は第2の水平転送路5bに移すことができる。
【0012】
図4は、第1の水平転送路5aにおいて電荷11を水平方向に転送する動作を説明するための図である。
【0013】
水平転送路5aは、第1のウエル領域W1、第1のバリア領域B1、第2のウエル領域W2、第2のバリア領域B2を1組とし、これらを水平方向に繰り返し設けることにより構成される。第1のウエル領域W1及び第1のバリア領域B1には駆動信号Hφ1が供給され、第2のウエル領域W2及び第2のバリア領域B2には駆動信号Hφ2が供給される。水平転送路5aは駆動信号Hφ1、Hφ2により2相駆動される。
【0014】
ポテンシャル波形S1は、駆動信号Hφ1及びHφ2が共に0Vであるときの波形である。ウエル領域W1,W2は、バリア領域B1,B2よりもポテンシャルが低くなるように実効不純物濃度が調整されている。例えば、ウエル領域W1,W2は高不純物濃度のn型領域であり、バリア領域B1,B2は低不純物濃度のn型領域である。ウエル領域W1とW2はポテンシャルがほぼ同じであり、バリア領域B1とB2はポテンシャルがほぼ同じである。
【0015】
ポテンシャル波形S2は、駆動信号Hφ1が5Vであり、駆動信号Hφ2が0Vであるときの波形である。水平転送路5aにはポテンシャル傾斜ができ、領域B2,W2,B1,W1の順に従い、ポテンシャルが高い領域から低い領域に徐々に変化する。電荷11は、上記のポテンシャル傾斜に従い、水平左方向に転送される。
【0016】
図5(A)〜(D)は、従来技術による水平転送路(電荷結合素子)の製造工程を説明するためのデバイス断面図である。
【0017】
まず、図5(A)に示すように、Si基板内のp型Si領域21の表面にn型不純物23をイオン注入し、p型Si領域21の表面にn型Si領域22を形成する。
【0018】
次に、図5(B)に示すように、n型Si領域22の表面にSiO2 層24を形成し、その上に多結晶Siからなる所定パターンの第1のポリゲート25を形成する。第1のポリゲート25は、上記のウエル領域W1,W2上に形成される電極に相当する。
【0019】
次に、図5(C)に示すように、第1のポリゲート25をマスクとして、p型不純物27を基板にイオン注入する。第1のポリゲート25が設けられていない窓の下において、n型Si領域22の表面にp型Si領域26が形成される。p型Si領域26下のn型Si領域22は、上記のバリア領域B1,B2に相当する。第1のポリゲート25の下のn型Si領域22は、上記のウエル領域W1,W2に相当する。
【0020】
次に、図5(D)に示すように、第1のポリゲート25をマスクとして、SiO2 層24の一部を異方性エッチングし、その後基板全面にSiO2 層28を熱酸化及びCVD法により形成し、その上に多結晶Siからなる所定パターンの第2のポリゲート29を形成する。第1のポリゲート25はn型Si領域(ウエル領域)22を制御するゲート電極であり、第2のポリゲート29はp型Si領域(バリア領域)26を制御するゲート電極である。
【0021】
ポテンシャル波形S1は、第1及び第2のポリゲート25,29の電位が共に0Vであるときのn型領域22内のポテンシャル波形である。第2のポリゲート29下のp型Si領域26はポテンシャルが高くバリア領域B1,B2になる。第1のポリゲート25下のn型Si領域22はポテンシャルが低くウエル領域W1,W2になる。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
上記の駆動信号Hφ1,Hφ2を制御することにより、第1及び第2の水平転送路5a,5bは、電荷を水平方向に転送することができる。2段水平転送路5では、上記の水平方向の電荷転送に影響を与えることなく、シフトゲート12を制御することにより、第1の水平転送路5aから第2の水平転送路5bに電荷を垂直方向にスムーズに転送することが困難なことが問題になっている。
【0023】
次に、上記の問題を解決するための2段水平転送路5の構成を示す。
図6(A)は、従来技術による境界エリア7(図2)の構成図である。第1の水平転送路5aと第2の水平転送路5bの間には、シフトゲート12が設けられる。図4では領域W1,B1,W2,B2の4領域を示したが、図6(A)では説明の便宜上図4の領域を左に2つ分ずらし、領域W2,B2,W1,B1の4領域を示す。
【0024】
水平転送路5a,5bは、第2のウエル領域W2、第2のバリア領域B2、第1のウエル領域W1、第1のバリア領域B1を1組とし、これらを水平方向に繰り返し設けることにより構成される。第1のウエル領域W1及び第1のバリア領域B1には駆動信号Hφ1が供給され、第2のウエル領域W2及び第2のバリア領域B2には駆動信号Hφ2が供給される。水平転送路5a,5bは、駆動信号Hφ1,Hφ2により2相駆動される。
【0025】
第1の水平転送路5aにおけるウエル領域W1,W2は、第2の水平転送路5bに向かうに従って徐々に広がるテーパ形状になっている。逆に、第1の水平転送路5aにおけるバリア領域B1,B2は、第2の水平転送路5bに向かうに従って徐々に狭まる逆テーパ形状になっている。
【0026】
図6(B)は、第1のウエル領域W1に発生する電界を破線で示す。ウエル領域W1は、テーパ形状を有するので、サイドエフェクトにより、狭い幅(水平方向の距離)の領域から広い幅の領域に向けて(図中の上方向から下方向に向けて)電位が高く(ポテンシャルが低く)なる。また、ウエル領域W1は、バリア領域B1,B2との境界において、不純物濃度の差による作り付けポテンシャルを発生する。ウエル領域W1は、バリア領域との境界から内側に向かうほど電位が高く(ポテンシャルが低く)なる。ウエル領域W1をテーパ形状にすることにより垂直方向に自然な電位傾斜を発生させることができる。
【0027】
図4のポテンシャル波形S2に示すように、水平転送により電荷11は第1のウエル領域W1に溜まる。図6(A)に示すように、ウエル領域W1の電荷31は、上記の電位傾斜に従い、垂直下方向に移動する。そして、その電荷31は、シフトゲート12を開けることにより、チャネルストップ領域33aと33bの間を通り、第2の水平転送路5bに移される。チャネルストップ領域33a,33bは、ウエル領域と逆導電型の不純物が添加されており、その周囲よりポテンシャルが高い。
【0028】
図16は、図6(A)のA−A断面図である。図6(A)では省略したが、ウエル領域W1及びバリア領域B2の上に、SiO2 層24を介して、シフトゲート12、ウエル用ゲート電極25、及びバリア用ゲート電極29が形成される。シフトゲート12とゲート電極25と29は、互いにSiO2 層24により絶縁される。シフトゲート12の下方に、ウエル領域W1とバリア領域B2の境界が存在する。シフトゲート12は、第1の水平転送路5aから第2の水平転送路5bに電荷をシフトするための電極である。
【0029】
ウエル用ゲート電極25及びバリア用ゲート電極29の製造方法は、既に図5(A)〜(D)を参照しながら説明した。ウエル用ゲート電極25は、ウエル領域W1に電圧を印加するための電極であり、バリア用ゲート電極29は、バリア領域B2に電圧を印加するための電極である。
【0030】
上記のように、ウエル領域W1をテーパ形状にすることにより、自然な電位傾斜が生成され、垂直方向にスムーズに電荷を移すことができる。しかし、この方法は、電位傾斜の生成に限界があり、急な電位傾斜の生成が困難である。
【0031】
本発明の目的は、スムーズに電荷を垂直方向に転送するための2段水平転送路を有する固体撮像素子に適用可能な電荷結合素子の製造方法を提供することである。
【0032】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、水平方向にウエル領域とバリア領域とが繰り返し設けられ、複数の垂直転送路から電荷を受け取って水平方向に電荷を転送する第1の水平転送路と、前記複数の垂直転送路から前記第1の水平転送路を介して電荷を受け取って水平方向に電荷を転送する第2の水平転送路と、前記複数の垂直転送路から前記第1又は第2の水平転送路のいずれかに選択的に電荷を供給するシフトゲートとを有する固体撮像装置において、前記第1の水平転送路における電荷結合素子の製造方法であって、(a)半導体基板表面に前記第1の水平転送路となる第1のn型領域を形成する工程と、(b)前記第1のn型領域上に第1の絶縁層を形成する工程と、(c)前記第1の水平転送路上の電荷を転送するための電極であって、前記第1の絶縁層上に、開口部の表面形状がテーパ部を含む所定パターンの第1の電極層を形成する工程と、(d)前記第1の電極層をマスクとしてn型不純物を前記半導体基板にイオン注入して前記第1の水平転送路に表面形状がテーパ部を含むウエル領域を形成する工程と、(e)前記第1の電極層をマスクの一部としてn型不純物を前記ウエル領域内の表面形状がテーパ部を含む第1の所定領域と、前記ウエル領域内の第1の所定領域に連続し、前記第1の水平転送路及び前記シフトゲートの境界付近において両者にまたがる前記ウエル領域及びバリア領域内の第2の所定領域とにイオン注入する工程とを含む電荷結合素子の製造方法が提供される。
【0033】
ウエル領域は、第1の電極層をマスクとしてイオン注入しセルフアラインにより形成される。さらに、第1の電極層をマスクとしてn型不純物をウエル領域内の所定領域にイオン注入することにより、高n型不純物濃度の領域を所定領域にセルフアラインにより形成することができる。電荷結合素子を固体撮像素子中の2段水平転送路に適用する場合には、この高n型不純物濃度領域をテーパ形状にすることにより、垂直方向の電荷転送の効率を向上させることができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
図1(A)は、本発明の第1の実施例による2段転送路を示し、図2のエリア7の具体的構成を示す図である。
【0035】
第1の水平転送路5aと第2の水平転送路5bの間には、シフトゲート12が設けられる。シフトゲート12を制御することにより、第1の水平転送路5aから第2の水平転送路5bに電荷をシフトさせることができる。
【0036】
水平転送路5a,5bは、第2のウエル領域W2、第2のバリア領域B2、第1のウエル領域W1、第1のバリア領域B1を1組とし、これらを水平方向に繰り返し設けることにより構成される。第1のウエル領域W1及び第1のバリア領域B1には駆動信号Hφ1が供給され、第2のウエル領域W2及び第2のバリア領域B2には駆動信号Hφ2が供給される。水平転送路5a,5bは駆動信号Hφ1,Hφ2により2相駆動される。
【0037】
第1の水平転送路5aにおけるウエル領域W1,W2は、第2の水平転送路5bに向かうに従って徐々に広がるテーパ形状になっている。逆に、第1の水平転送路5aにおけるバリア領域B1,B2は、第2の水平転送路5bに向かうに従って徐々に狭まる逆テーパ形状になっている。図1(A)の垂直方向の断面図は、図16と同様である。
【0038】
図6(B)に示したように、ウエル領域W1は、狭い幅(水平方向の距離)の領域から広い幅の領域に向けて(図中の上方向から下方向に向けて)電位が高く(ポテンシャルが低く)なる。すなわち、ウエル領域W1をテーパ形状にすることにより垂直方向に自然な電位傾斜を発生させることができる。
【0039】
さらに、第1のウエル領域W1において、斜線を施した高不純物濃度の領域41を、第1の水平転送路5a及びシフトゲート12にまたがるように形成する。高不純物濃度領域41の表面形状は、第1のウエル領域W1の表面形状と同様に、第2の水平転送路5bに向かうに従って徐々に広がるテーパ部を有し、好ましくは三角形である。
【0040】
図1(B)は、高不純物濃度領域41に発生する電界を破線で示す。高不純物濃度領域41は、ウエル領域W1との境界において、不純物濃度の差による作り付けポテンシャルを発生する。高不純物濃度領域41は、ウエル領域W1との境界から内側に向かうほど電位が高く(ポテンシャルが低く)なる。テーパ部を有する高不純物濃度領域41を形成することにより垂直方向に自然な電位傾斜を発生させることができる。
【0041】
図4のポテンシャル波形S2に示すように、水平転送により電荷11は第1のウエル領域W1に溜まる。図1(A)に示すように、ウエル領域W1の電荷42は、テーパ部を有するウエル領域W1による電位傾斜及びテーパ部を有する高不純物濃度領域41による電位傾斜に従い、垂直下方向に移動する。そして、その電荷42は、シフトゲート12を開けることにより、チャネルストップ領域33aと33bの間を通り、第2の水平転送路5bに移される。
【0042】
上記のように、ウエル領域W1をテーパ形状にし、さらにテーパ部を有する高不純物濃度領域41を設けることにより、自然な急な電位傾斜が生成され、垂直方向にスムーズに電荷を移すことができる。
【0043】
なお、ウエル領域W1,W2及びバリア領域B1,B2をテーパ形状及び逆テーパ形状にするのではなく、図4に示すように矩形にして、上記のテーパ部を有する高不純物濃度領域41を設けてもよい。その場合も、電位傾斜を生成することができるが、上記の場合に比べて電位傾斜は緩やかになる。
【0044】
上記の水平転送路は、図5(A)〜(D)に示した工程を用いることにより製造することができる。その際、所定領域が露出するようにレジストマスクパターンを設けて基板にイオン注入することにより、高不純物濃度領域41を形成する工程を追加する必要がある。
【0045】
しかし、その方法では、高不純物濃度領域41の位置精度を高めることが困難であり、図7(A)に示すように、高不純物濃度領域41がウエル領域W1に隣接するバリア領域B1,B2にはみ出しやすい(ミスアラインしやすい)。例えば、バリア領域B1には高不純物濃度領域41aが形成され、バリア領域B2には高不純物濃度領域41bが形成される。このはみ出した領域41a,41bは、以下に示す弊害を招く。
【0046】
図7(B)は、図7(A)に示す水平転送路の3次元ポテンシャルを示す図である。図7(A)、(B)は、図の簡略化のため、ウエル領域W1,W2及びバリア領域B1,B2を矩形で示す。駆動信号Hφ1を5V、駆動信号Hφ2を0Vにしたときのポテンシャル状態を図7(B)に示す。
【0047】
ウエル領域W1には、テーパ部を有する高不純物濃度領域41の大部分が形成されるので、垂直方向の電位傾斜が生成される。
【0048】
バリア領域B1には高不純物濃度領域41aが形成され、バリア領域B2には高不純物濃度領域41bが形成される。高不純物濃度領域41a,41bは、バリア領域B1,B2において他よりポテンシャルが低く、いわゆる電荷をためるポテンシャルポケットになる。そのポテンシャルポケットは、電荷の転送効率を下げる。
【0049】
次に、ポテンシャルポケットの発生を防止するための水平転送路(電荷結合素子)の製造方法を図8〜図13を参照しながら説明する。
【0050】
図8(A)はSi基板の平面図であり、図8(B)は図8(A)のA−A断面図である。まず、図8(B)に示すように、p型Si領域51の表面にn型不純物53をイオン注入し、p型Si領域51の表面にn型Si領域52を形成する。
【0051】
n型不純物53は、例えばPやAsである。Pの場合、イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が1×1011〜1×1012cm-2、加速電圧が10〜50keVである。
【0052】
図9(A)は基板の平面図であり、図9(B)は図9(A)のA−A断面図である。図9(B)に示すように、n型Si領域52の表面にp型不純物54をイオン注入し、n型Si領域52の表面に低不純物濃度のn- 型Si領域53を形成する。
【0053】
p型不純物54は、例えばBである。イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が1×1011〜1×1012cm-2、加速電圧が10〜50keVである。ただし、p型不純物54は、図8(B)のn形不純物53より少ない必要がある。
【0054】
図10(A)は基板の平面図であり、図10(B)は図10(A)のA−A断面図である。図10(B)に示すように、n- 型Si領域53の表面にCVD法によりSiO2 層55を形成し、その上に多結晶Siからなる所定パターンの第1のポリゲート56を形成する。
【0055】
第1のポリゲート56は、基板全面にCVD法により多結晶Siを堆積した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにより所定パターンに形成される。第1のポリゲート56は、上記のバリア領域B1,B2上に形成される電極に相当する。
【0056】
図10(A)において、SiO2 層55が露出しているエリアはウエル領域W1,W2が形成されるエリアであり、第2の水平転送路に向かうほど(図中下に向かうほど)広がるテーパ形状である。SiO2 層55が露出しているエリアは、例えば、上辺L1が3.6μmであり、下辺L2が5.8μmであり、高さL3が7.5μmである。
【0057】
第1のポリゲート56のエリアは、図に一部のみを示すが、バリア領域B1,B2が形成されるエリアであり、図1(A)に示すように、第2の水平転送路に向かうほど(図中下に向かうほど)狭まる逆テーパ形状である。
【0058】
図11(A)は基板の平面図であり、図11(B)は図11(A)のA−A断面図である。図11(B)に示すように、第1のポリゲート56をマスクとして、n型不純物58を基板にイオン注入する。第1のポリゲート56が設けられていない窓の下において、n型Si領域57がセルフアラインにより形成される。
【0059】
n型Si領域57は、n- 型Si領域53よりもn型不純物濃度が高い。n型Si領域57はウエル領域W1,W2に相当し、n- 型Si領域53はバリア領域B1,B2に相当する。
【0060】
n型不純物58は、例えばPやAsである。Pの場合、イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が1×1011〜1×1012cm-2、加速電圧が10〜50keVである。ただし、n型Si領域57とn- 型Si領域53の不純物濃度比は、例えば6:1である。
【0061】
図12(A)は基板の平面図であり、図12(B)は図12(A)のA−A断面図(水平方向断面図)であり、図12(C)は図12(A)のB−B断面図(垂直方向断面図)である。テーパ部を有する高不純物濃度領域59を形成するために、所定パターンのレジストマスク61を基板上に形成する。図面を分かりやすくするため、図12(A)はレジストマスク61の表示を省略している。
【0062】
次に、レジストマスク61及び第1のポリゲート56をマスクとして、n型不純物60を基板にイオン注入する。レジストマスク61及び第1のポリゲート56が設けられていない窓の下において、n型Si領域57の表面にテーパ部を有する高不純物濃度のn+ 型Si領域59が形成される。
【0063】
+ 型Si領域59は、レジストマスク61及び第1のポリゲート56をマスクとしてセルフアラインされるので、n型Si領域(ウエル領域)57からはみ出すことはない。すなわち、n+ 型Si領域59がn- 型Si領域(バリア領域)53にはみ出し、ポテンシャルポケット領域41a,41b(図7(A)、(B))が生成されることを防止できる。n+ 型Si領域59は、第1のポリゲート56をマスクとすることによりn型Si領域(ウエル領域)57内に収まり、三角形状のうち両端部が切断された形状になる。
【0064】
n型不純物60は、例えばPやAsである。イオン注入条件は、例えば、ドーズ量が1×1010〜1×1012cm-2、加速電圧が10〜50keVである。ただし、n+ 型Si領域59とn型Si領域57とn- 型Si領域53の不純物濃度比は、例えば1:0.06:0.01である。
【0065】
図13(A)は基板の平面図であり、図13(B)は図13(A)のA−A断面図である。第1のポリゲート56をマスクとしてSiO2 層55の一部を異方性エッチングし、その後基板全面にSiO2 層62を熱酸化法及びCVD法により形成し、その上に多結晶Siからなる所定パターンの第2のポリゲート63を形成する。
【0066】
第2のポリゲート63は、基板全面にCVD法により多結晶Siを堆積した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにより所定パターンに形成される。第2のポリゲート63は、n型Si領域(ウエル領域)57が上方に投影されるエリアを覆うように形成される。
【0067】
第1のポリゲート56はn- 型Si領域(バリア領域)53を制御するゲート電極であり、第2のポリゲート63はn型Si領域(ウエル領域)57及びn+ 型Si領域59を制御するゲート電極である。
【0068】
ポテンシャル波形S1は、第1及び第2のポリゲート56,63の電位が0Vであるときの波形である。n- 型Si領域53はポテンシャルが高くバリア領域B1,B2になる。n型Si領域57及びn+ 型Si領域59はポテンシャルが低くウエル領域W1,W2になる。
【0069】
以上により、水平転送路が完成する。テーパ部を有するn+ 型Si領域59は、第1のポリゲート56をマスクとしてセルフアラインされるので、n型Si領域(ウエル領域)57からはみ出すことはない。また、上記のセルフアラインにより、図7(A)、(B)に示すポテンシャルポケット領域41a,41bの生成を防止することができる。
【0070】
図14は、本発明の第2の実施例による2段水平転送路を示し、図2のエリア7の具体的構成を示す図である。本実施例は、三角形状の領域71aと水平方向に細長く延びる領域71bとからなる高不純物濃度領域71を転送路に設けることにより、高不純物濃度領域のミスアラインによるポテンシャルポケットの発生を防止することができる。以下、その詳細を説明する。
【0071】
図1(A)と同じ符号を付した箇所は、上記の説明と同じである。ウエル領域W1をテーパ形状にすることにより垂直方向に自然な電位傾斜を発生させることができる。
【0072】
さらに、高不純物濃度領域71を、第1の水平転送路5a及びシフトゲート12にまたがるように形成する。高不純物濃度領域71は、三角形状の領域71aと水平方向に細長く延びる領域71bとからなる。
【0073】
領域71aの形状は、第1のウエル領域W1の形状と同様に、第2の水平転送路5bに向かうに従って徐々に広がるテーパ部を有し、好ましくは三角形である。
【0074】
領域71bは、第1の水平転送路5aとシフトゲート12にまたがるように、水平方向に細長く形成される。細長い領域71bは、ウエル領域W1,W2及びバリア領域B1,B2上にまたがる。
【0075】
図15は、図14に示す水平転送路の3次元ポテンシャルを示す図である。図の簡略化のため、ウエル領域W1,W2及びバリア領域B1,B2を矩形で示す。駆動信号Hφ1を5V、駆動信号Hφ2を0Vにしたときのポテンシャル状態を図15に示す。
【0076】
ウエル領域W1には、テーパ部を有する高不純物濃度領域71aが形成されるので、垂直方向にポテンシャル傾斜が生成される。細長い高不純物濃度領域71bは、ポテンシャルが低く、第1の転送路5aのポテンシャル側溝となる。高不純物濃度領域71bは、第1の水平転送路5aのポテンシャル側溝及びシフトゲート12のポテンシャル側溝を形成する。
【0077】
電荷73は、その側溝領域71bを水平方向に移動する。領域71bはポテンシャル側溝を形成するので、図7(B)に示すようなポテンシャルポケット領域41a,41bの発生を防止することができる。高不純物濃度領域71を形成するには高精度のアライメントを必要としない。
【0078】
上記のように、第1の水平転送路5aにおいて第2の水平転送路5b側の端部にポテンシャル側溝となる領域71bの一部を設けることにより、高不純物濃度領域71を形成する際にミスアラインして、ポテンシャルポケットを発生する弊害を防止することができる。
【0079】
第1の水平転送路5aは、水平方向の電荷転送に悪影響を与えることなく、第2の水平転送路5bに向けて垂直方向に電荷をスムーズに転送することができる。
【0080】
なお、第2の実施例においても、ウエル領域W1,W2及びバリア領域B1,B2を図4に示すように矩形にしてもよい。
【0081】
上記の水平転送路は、図5又は図8〜図13に示した工程を用いて製造することができる。ただし、高不純物濃度領域71を上記の形状に形成する必要がある。
【0082】
第1及び第2の実施例によれば、第1の水平転送路5aのウエル領域W1にテーパ部を有する高不純物濃度領域を形成することにより、垂直方向に自然な電位傾斜を形成することができる。第1の水平転送路5aは、水平方向の電荷転送に悪影響を与えることなく、第2の水平転送路5bに向けて垂直方向に電荷をスムーズに転送することができる。
【0083】
また、第2の実施例によれば、第1の水平転送路5aにおいて第2の水平転送路5b側の端部にポテンシャル側溝となる領域71bの一部を設けることにより、工程上のミスアラインによるポテンシャルポケットの発生を防止することができる。
【0084】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0085】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1の電極層をマスクとしてn型不純物をウエル領域内の所定領域にイオン注入することにより、高n型不純物濃度の領域を所定領域にセルフアラインにより形成することができる。高n型不純物濃度の領域は、高精度のアライメントで形成することができる。
【0086】
電荷結合素子を固体撮像素子中の2段水平転送路に適用する場合には、この高n型不純物濃度領域をテーパ形状にすれば垂直方向の電荷転送の効率を向上させることができる。第1の水平転送路は、水平方向に電荷を転送することができると共に、第2の水平転送路に向けて垂直方向にスムーズに電荷を転送することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は本発明の第1の実施例による2段水平転送路の平面図であり、図1(B)は高不純物濃度領域に発生する電界を示す図である。
【図2】固体撮像素子の平面図である。
【図3】2段水平転送路の平面図及びポテンシャル波形図である。
【図4】第1の水平転送路の平面図及びポテンシャル波形図である。
【図5】図5(A)〜(D)は従来技術による水平転送路(電荷結合素子)の製造方法を示す工程図である。
【図6】図6(A)は従来技術による2段水平転送路の平面図であり、図1(B)はウエル領域に発生する電界を示す図である。
【図7】図7(A)は第1の水平転送路の平面図であり、図7(B)は第1の水平転送路の3次元ポテンシャル図である。
【図8】水平転送路(電荷結合素子)の製造工程を示す。図8(A)は基板の平面図であり、図8(B)は図8(A)のA−A断面図である。
【図9】図8に続く工程を示す。図9(A)は基板の平面図であり、図9(B)は図9(A)のA−A断面図である。
【図10】図9に続く工程を示す。図10(A)は基板の平面図であり、図10(B)は図10(A)のA−A断面図である。
【図11】図10に続く工程を示す。図11(A)は基板の平面図であり、図11(B)は図11(A)のA−A断面図である。
【図12】図11に続く工程を示す。図12(A)は基板の平面図であり、図12(B)は図12(A)のA−A断面図であり、図12(C)は図12(A)のB−B断面図である。
【図13】図12に続く工程を示す。図13(A)は基板の平面図であり、図13(B)は図13(A)のA−A断面図である。
【図14】本発明の第2の実施例による2段水平転送路の平面図である。
【図15】図14に示す2段水平転送路の3次元ポテンシャル図である。
【図16】図6(A)のA−A断面図である。
【符号の説明】
1 固体撮像素子
2 画素部
3 フォトダイオード
4 垂直転送路
5a 第1の水平転送路
5b 第2の水平転送路
6a 第1のアンプ
6b 第2のアンプ
11 電荷
12 シフトゲート
13 電荷
W1,W2 ウエル領域
B1,B2 バリア領域
21 p型Si領域
22 n型Si領域
23 n型不純物
24 SiO2
25 第1のポリゲート
26 p型Si領域
27 p型不純物
28 SiO2
29 第2のポリゲート
31 電荷
33 チャネルストップ
41 高不純物濃度領域
42 電荷
51 p型Si領域
52 n型Si領域
53 n型不純物
54 p型不純物
55 SiO2
56 第1のポリゲート
57 n型Si領域
58 n型不純物
59 n+ 型Si領域
60 n型不純物
61 レジスト
62 SiO2
63 第2のポリゲート
71 高不純物濃度領域
73 電荷
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge coupled device, and more particularly to a method for manufacturing a charge coupled device applicable to a solid-state imaging device having a two-stage horizontal transfer path.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a configuration diagram of the solid-state imaging device 1 having the two-stage horizontal transfer path 5.
[0003]
The pixel unit 2 has a plurality of vertical transfer paths 4 arranged in a vertical direction with a plurality of photodiodes 3 arranged two-dimensionally. One photodiode 3 corresponds to one pixel constituting a two-dimensional image, and converts received light into electric charge. The converted charge is transferred from the photodiode 3 to the vertical transfer path 4. The vertical transfer path 4 transfers charges in the vertical direction.
[0004]
The two-stage horizontal transfer path 5 includes a first horizontal transfer path 5a and a second horizontal transfer path 5b. Both the vertical transfer path 4 and the horizontal transfer paths 5a and 5b are constituted by charge coupled devices (CCD). The charges on the vertical transfer path 4 are transferred vertically downward, and are transferred to either the first horizontal transfer path 5a or the second horizontal transfer path 5b. The first and second horizontal transfer paths 5a and 5b transfer charges in the horizontal left direction.
[0005]
The first amplifier 6a amplifies the charge transferred in the horizontal direction by the first horizontal transfer path 5a and outputs it to the outside. The second amplifier 6b amplifies the charge transferred in the horizontal direction by the second horizontal transfer path 5b and outputs it to the outside.
[0006]
For example, a solid-state imaging device for capturing a high-resolution image, such as a high-definition television (HDTV), has a large number of pixels, and thus needs to transfer charges at high speed. Therefore, in order to improve the charge transfer efficiency of the CCD and equalize the sensitivity of the amplifier, the solid-state imaging device having the two-stage horizontal transfer path is used.
[0007]
The configuration of the boundary area 7 between the first horizontal transfer path 5a and the second horizontal transfer path 5b is shown below.
[0008]
FIG. 3 is a conceptual diagram of the boundary area 7 and is a diagram obtained by rotating FIG. 1A by 90 °. A shift gate 12 is provided between the first horizontal transfer path 5a and the second horizontal transfer path 5b. In the potential waveforms S1 and S2, the horizontal axis indicates the position on the first or second transfer path 5a, 5b or the shift gate 12, and the vertical axis indicates the potential with respect to charges (electrons).
[0009]
The potential waveform S1 is a waveform when the shift gate 12 is closed without a gate signal being applied to the shift gate 12. After the charge on the vertical transfer path is transferred to the first horizontal transfer path 5a, the charge remains on the first horizontal transfer path 5a because the shift gate 12 is closed.
[0010]
The potential waveform S2 is a waveform when the gate signal is applied to the shift gate 12 and the shift gate 12 is opened. After the charge 13 on the vertical transfer path is transferred to the first horizontal transfer path 5a, the shift gate 12 is open, so that the charge 13 on the vertical transfer path is in the vertical direction (the horizontal direction in FIG. 3) toward the second horizontal transfer path 5b. Moved to. Thereafter, if the shift gate 12 is closed, the charge remains in the second horizontal transfer path 5b.
[0011]
As described above, by controlling the shift gate 12, the charge on the vertical transfer path can be transferred to the first horizontal transfer path 5a or the second horizontal transfer path 5b.
[0012]
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of transferring the charges 11 in the horizontal direction in the first horizontal transfer path 5a.
[0013]
The horizontal transfer path 5a is configured by setting a first well region W1, a first barrier region B1, a second well region W2, and a second barrier region B2 as a set, and repeatedly providing them in the horizontal direction. . A drive signal Hφ1 is supplied to the first well region W1 and the first barrier region B1, and a drive signal Hφ2 is supplied to the second well region W2 and the second barrier region B2. The horizontal transfer path 5a is two-phase driven by drive signals Hφ1 and Hφ2.
[0014]
The potential waveform S1 is a waveform when the drive signals Hφ1 and Hφ2 are both 0V. The effective impurity concentration of the well regions W1 and W2 is adjusted so that the potential is lower than that of the barrier regions B1 and B2. For example, the well regions W1 and W2 are high impurity concentration n-type regions, and the barrier regions B1 and B2 are low impurity concentration n-type regions. Well regions W1 and W2 have substantially the same potential, and barrier regions B1 and B2 have substantially the same potential.
[0015]
The potential waveform S2 is a waveform when the drive signal Hφ1 is 5V and the drive signal Hφ2 is 0V. The horizontal transfer path 5a has a potential gradient and gradually changes from a high potential region to a low region in the order of the regions B2, W2, B1, and W1. The electric charge 11 is transferred in the horizontal left direction according to the above-described potential gradient.
[0016]
5A to 5D are device cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a horizontal transfer path (charge coupled device) according to a conventional technique.
[0017]
First, as shown in FIG. 5A, n-type impurities 23 are ion-implanted into the surface of the p-type Si region 21 in the Si substrate to form an n-type Si region 22 on the surface of the p-type Si region 21.
[0018]
Next, as shown in FIG. 5B, the surface of the n-type Si region 22 is made of SiO. 2 A layer 24 is formed, and a first poly gate 25 having a predetermined pattern made of polycrystalline Si is formed thereon. The first poly gate 25 corresponds to an electrode formed on the well regions W1 and W2.
[0019]
Next, as shown in FIG. 5C, p-type impurities 27 are ion-implanted into the substrate using the first poly gate 25 as a mask. A p-type Si region 26 is formed on the surface of the n-type Si region 22 under the window where the first poly gate 25 is not provided. The n-type Si region 22 below the p-type Si region 26 corresponds to the barrier regions B1 and B2. The n-type Si region 22 below the first poly gate 25 corresponds to the well regions W1 and W2.
[0020]
Next, as shown in FIG. 5D, with the first poly gate 25 as a mask, SiO 2 2 A part of the layer 24 is anisotropically etched, and then the entire surface of the substrate is SiO. 2 The layer 28 is formed by thermal oxidation and CVD, and a second poly gate 29 having a predetermined pattern made of polycrystalline Si is formed thereon. The first poly gate 25 is a gate electrode for controlling the n-type Si region (well region) 22, and the second poly gate 29 is a gate electrode for controlling the p-type Si region (barrier region) 26.
[0021]
The potential waveform S1 is a potential waveform in the n-type region 22 when the potentials of the first and second poly gates 25 and 29 are both 0V. The p-type Si region 26 under the second poly gate 29 has a high potential and becomes barrier regions B1 and B2. The n-type Si region 22 under the first poly gate 25 has a low potential and becomes well regions W1 and W2.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
By controlling the drive signals Hφ1 and Hφ2, the first and second horizontal transfer paths 5a and 5b can transfer charges in the horizontal direction. In the two-stage horizontal transfer path 5, the charge is vertically transferred from the first horizontal transfer path 5a to the second horizontal transfer path 5b by controlling the shift gate 12 without affecting the charge transfer in the horizontal direction. The problem is that it is difficult to transfer smoothly in the direction.
[0023]
Next, the configuration of the two-stage horizontal transfer path 5 for solving the above problem will be described.
FIG. 6A is a configuration diagram of the boundary area 7 (FIG. 2) according to the prior art. A shift gate 12 is provided between the first horizontal transfer path 5a and the second horizontal transfer path 5b. In FIG. 4, four regions W1, B1, W2, and B2 are shown, but in FIG. 6A, for convenience of explanation, the region of FIG. 4 is shifted by two to the left, and four regions W2, B2, W1, and B1 are displayed. Indicates the area.
[0024]
The horizontal transfer paths 5a and 5b are configured by setting the second well region W2, the second barrier region B2, the first well region W1, and the first barrier region B1 as a set, and repeatedly providing them in the horizontal direction. Is done. A drive signal Hφ1 is supplied to the first well region W1 and the first barrier region B1, and a drive signal Hφ2 is supplied to the second well region W2 and the second barrier region B2. Horizontal transfer paths 5a and 5b are two-phase driven by drive signals Hφ1 and Hφ2.
[0025]
The well regions W1 and W2 in the first horizontal transfer path 5a have a tapered shape that gradually expands toward the second horizontal transfer path 5b. Conversely, the barrier regions B1 and B2 in the first horizontal transfer path 5a have a reverse taper shape that gradually narrows toward the second horizontal transfer path 5b.
[0026]
FIG. 6B shows the electric field generated in the first well region W1 by a broken line. Since the well region W1 has a taper shape, a potential increases from a narrow width (horizontal distance) region to a wide width region (from the top to the bottom in the figure) due to the side effect ( (Potential is low). The well region W1 generates a built-in potential due to a difference in impurity concentration at the boundary with the barrier regions B1 and B2. The well region W1 has a higher potential (lower potential) toward the inside from the boundary with the barrier region. By making the well region W1 tapered, a natural potential gradient can be generated in the vertical direction.
[0027]
As shown in the potential waveform S2 of FIG. 4, the charges 11 are accumulated in the first well region W1 by the horizontal transfer. As shown in FIG. 6A, the charge 31 in the well region W1 moves vertically downward in accordance with the potential gradient. Then, by opening the shift gate 12, the charge 31 passes between the channel stop regions 33a and 33b and is transferred to the second horizontal transfer path 5b. The channel stop regions 33a and 33b are doped with an impurity having a conductivity opposite to that of the well region, and have a higher potential than the surroundings.
[0028]
FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. Although omitted in FIG. 6A, SiO 2 is formed on the well region W1 and the barrier region B2. 2 Through the layer 24, the shift gate 12, the well gate electrode 25, and the barrier gate electrode 29 are formed. Shift gate 12 and gate electrodes 25 and 29 are mutually connected to SiO. 2 Insulated by layer 24. Below the shift gate 12, a boundary between the well region W1 and the barrier region B2 exists. The shift gate 12 is an electrode for shifting charges from the first horizontal transfer path 5a to the second horizontal transfer path 5b.
[0029]
The manufacturing method of the well gate electrode 25 and the barrier gate electrode 29 has already been described with reference to FIGS. The well gate electrode 25 is an electrode for applying a voltage to the well region W1, and the barrier gate electrode 29 is an electrode for applying a voltage to the barrier region B2.
[0030]
As described above, by forming the well region W1 in a tapered shape, a natural potential gradient is generated, and charges can be smoothly transferred in the vertical direction. However, this method has a limit in generating a potential gradient, and it is difficult to generate a steep potential gradient.
[0031]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a charge coupled device applicable to a solid-state imaging device having a two-stage horizontal transfer path for smoothly transferring charges in the vertical direction.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, A well region and a barrier region are repeatedly provided in the horizontal direction, A first horizontal transfer path that receives charges from a plurality of vertical transfer paths and transfers charges in the horizontal direction, and receives charges from the plurality of vertical transfer paths via the first horizontal transfer path and charges in the horizontal direction. A solid-state imaging device having: a second horizontal transfer path that transfers a charge; and a shift gate that selectively supplies a charge from the plurality of vertical transfer paths to either the first or second horizontal transfer path. A method of manufacturing a charge coupled device in a first horizontal transfer path, comprising: (a) forming a first n-type region serving as the first horizontal transfer path on a semiconductor substrate surface; and (b) the first Forming a first insulating layer on one n-type region; and (c) an electrode for transferring charges on the first horizontal transfer path, wherein an opening is formed on the first insulating layer. The first electrode layer having a predetermined pattern in which the surface shape of the portion includes a tapered portion And (d) forming a well region having a surface shape including a tapered portion in the first horizontal transfer path by ion-implanting n-type impurities into the semiconductor substrate using the first electrode layer as a mask. And (e) a first predetermined region in which the first electrode layer is used as a part of a mask and an n-type impurity includes a tapered portion of a surface shape in the well region, and a first predetermined region in the well region And a step of ion-implanting the well region and the second predetermined region in the barrier region that extend over the boundary between the first horizontal transfer path and the shift gate in the vicinity of the boundary between the first horizontal transfer path and the shift gate. Is provided.
[0033]
The well region is formed by self-alignment by ion implantation using the first electrode layer as a mask. Further, by ion-implanting n-type impurities into a predetermined region in the well region using the first electrode layer as a mask, a high n-type impurity concentration region can be formed in the predetermined region by self-alignment. When the charge coupled device is applied to a two-stage horizontal transfer path in a solid-state image sensor, the charge transfer efficiency in the vertical direction can be improved by forming the high n-type impurity concentration region into a tapered shape.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A shows a two-stage transfer path according to the first embodiment of the present invention, and shows a specific configuration of area 7 in FIG.
[0035]
A shift gate 12 is provided between the first horizontal transfer path 5a and the second horizontal transfer path 5b. By controlling the shift gate 12, the charge can be shifted from the first horizontal transfer path 5a to the second horizontal transfer path 5b.
[0036]
The horizontal transfer paths 5a and 5b are configured by setting the second well region W2, the second barrier region B2, the first well region W1, and the first barrier region B1 as a set, and repeatedly providing them in the horizontal direction. Is done. A drive signal Hφ1 is supplied to the first well region W1 and the first barrier region B1, and a drive signal Hφ2 is supplied to the second well region W2 and the second barrier region B2. The horizontal transfer paths 5a and 5b are two-phase driven by drive signals Hφ1 and Hφ2.
[0037]
The well regions W1 and W2 in the first horizontal transfer path 5a have a tapered shape that gradually expands toward the second horizontal transfer path 5b. On the other hand, the barrier regions B1 and B2 in the first horizontal transfer path 5a have a reverse taper shape that gradually narrows toward the second horizontal transfer path 5b. A vertical sectional view of FIG. 1A is the same as FIG.
[0038]
As shown in FIG. 6B, the well region W1 has a high potential from a narrow width (horizontal distance) to a wide width region (from the top to the bottom in the figure). (Potential is low). That is, by making the well region W1 tapered, a natural potential gradient can be generated in the vertical direction.
[0039]
Further, in the first well region W1, a hatched high impurity concentration region 41 is formed so as to straddle the first horizontal transfer path 5a and the shift gate 12. Similar to the surface shape of the first well region W1, the surface shape of the high impurity concentration region 41 has a tapered portion that gradually expands toward the second horizontal transfer path 5b, and is preferably triangular.
[0040]
FIG. 1B shows the electric field generated in the high impurity concentration region 41 by a broken line. The high impurity concentration region 41 generates a built-in potential due to a difference in impurity concentration at the boundary with the well region W1. The high impurity concentration region 41 has a higher potential (lower potential) as it goes inward from the boundary with the well region W1. By forming the high impurity concentration region 41 having the tapered portion, a natural potential gradient can be generated in the vertical direction.
[0041]
As shown in the potential waveform S2 of FIG. 4, the charges 11 are accumulated in the first well region W1 by the horizontal transfer. As shown in FIG. 1A, the charge 42 in the well region W1 moves vertically downward according to the potential gradient caused by the well region W1 having the tapered portion and the potential gradient caused by the high impurity concentration region 41 having the tapered portion. Then, by opening the shift gate 12, the charge 42 passes between the channel stop regions 33a and 33b and is transferred to the second horizontal transfer path 5b.
[0042]
As described above, the well region W1 is tapered, and the high impurity concentration region 41 having a tapered portion is provided, so that a natural steep potential gradient is generated and charges can be smoothly transferred in the vertical direction.
[0043]
The well regions W1 and W2 and the barrier regions B1 and B2 are not tapered and inversely tapered, but are rectangular as shown in FIG. 4 and the high impurity concentration region 41 having the tapered portion is provided. Also good. Even in this case, the potential gradient can be generated, but the potential gradient becomes gentler than that in the above case.
[0044]
Said horizontal transfer path can be manufactured by using the process shown to FIG. 5 (A)-(D). At this time, it is necessary to add a step of forming the high impurity concentration region 41 by providing a resist mask pattern so that a predetermined region is exposed and performing ion implantation into the substrate.
[0045]
However, with this method, it is difficult to increase the positional accuracy of the high impurity concentration region 41, and as shown in FIG. 7A, the high impurity concentration region 41 is formed in the barrier regions B1 and B2 adjacent to the well region W1. Easy to protrude (prone to misalignment). For example, the high impurity concentration region 41a is formed in the barrier region B1, and the high impurity concentration region 41b is formed in the barrier region B2. The protruding areas 41a and 41b cause the following adverse effects.
[0046]
FIG. 7B is a diagram showing the three-dimensional potential of the horizontal transfer path shown in FIG. In FIGS. 7A and 7B, the well regions W1 and W2 and the barrier regions B1 and B2 are indicated by rectangles for simplification of the drawing. FIG. 7B shows the potential state when the drive signal Hφ1 is 5V and the drive signal Hφ2 is 0V.
[0047]
Since the majority of the high impurity concentration region 41 having the tapered portion is formed in the well region W1, a vertical potential gradient is generated.
[0048]
A high impurity concentration region 41a is formed in the barrier region B1, and a high impurity concentration region 41b is formed in the barrier region B2. The high impurity concentration regions 41a and 41b have lower potentials than the others in the barrier regions B1 and B2, and become so-called potential pockets for storing charges. The potential pocket reduces charge transfer efficiency.
[0049]
Next, a method for manufacturing a horizontal transfer path (charge coupled device) for preventing the generation of potential pockets will be described with reference to FIGS.
[0050]
8A is a plan view of the Si substrate, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8A. First, as shown in FIG. 8B, n-type impurities 53 are ion-implanted into the surface of the p-type Si region 51 to form an n-type Si region 52 on the surface of the p-type Si region 51.
[0051]
The n-type impurity 53 is, for example, P or As. In the case of P, the ion implantation conditions are, for example, a dose amount of 1 × 10 11 ~ 1x10 12 cm -2 The acceleration voltage is 10 to 50 keV.
[0052]
9A is a plan view of the substrate, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 9A. As shown in FIG. 9B, a p-type impurity 54 is ion-implanted into the surface of the n-type Si region 52, and a low impurity concentration n is implanted into the surface of the n-type Si region 52. - A type Si region 53 is formed.
[0053]
The p-type impurity 54 is, for example, B. The ion implantation conditions are, for example, a dose of 1 × 10 11 ~ 1x10 12 cm -2 The acceleration voltage is 10 to 50 keV. However, the p-type impurity 54 needs to be less than the n-type impurity 53 in FIG.
[0054]
FIG. 10A is a plan view of the substrate, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIG. - SiO 2 is formed on the surface of the mold Si region 53 by the CVD method. 2 A layer 55 is formed, and a first poly gate 56 having a predetermined pattern made of polycrystalline Si is formed thereon.
[0055]
The first poly gate 56 is formed in a predetermined pattern by photolithography and etching after depositing polycrystalline Si over the entire surface of the substrate by CVD. The first poly gate 56 corresponds to an electrode formed on the barrier regions B1 and B2.
[0056]
In FIG. 10A, SiO 2 The area where the layer 55 is exposed is an area in which the well regions W1 and W2 are formed, and has a tapered shape that expands toward the second horizontal transfer path (downward in the figure). SiO 2 In the area where the layer 55 is exposed, for example, the upper side L1 is 3.6 μm, the lower side L2 is 5.8 μm, and the height L3 is 7.5 μm.
[0057]
The area of the first poly gate 56 is only partly shown in the figure, but is an area where the barrier regions B1 and B2 are formed, and as it goes to the second horizontal transfer path as shown in FIG. It is a reverse taper shape that narrows (as it goes down in the figure).
[0058]
11A is a plan view of the substrate, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 11A. As shown in FIG. 11B, n-type impurities 58 are ion-implanted into the substrate using the first poly gate 56 as a mask. Under the window where the first poly gate 56 is not provided, an n-type Si region 57 is formed by self-alignment.
[0059]
The n-type Si region 57 is n - The n-type impurity concentration is higher than that of the type Si region 53. The n-type Si region 57 corresponds to the well regions W1 and W2, and n - The type Si region 53 corresponds to the barrier regions B1 and B2.
[0060]
The n-type impurity 58 is, for example, P or As. In the case of P, the ion implantation conditions are, for example, a dose amount of 1 × 10 11 ~ 1x10 12 cm -2 The acceleration voltage is 10 to 50 keV. However, n-type Si region 57 and n - The impurity concentration ratio of the type Si region 53 is, for example, 6: 1.
[0061]
12A is a plan view of the substrate, FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 12A, and FIG. 12C is a cross-sectional view of FIG. It is BB sectional drawing (vertical direction sectional drawing) of these. In order to form the high impurity concentration region 59 having the tapered portion, a resist mask 61 having a predetermined pattern is formed on the substrate. For easy understanding of the drawing, the display of the resist mask 61 is omitted in FIG.
[0062]
Next, n-type impurity 60 is ion-implanted into the substrate using resist mask 61 and first poly gate 56 as a mask. A high impurity concentration n having a tapered portion on the surface of the n-type Si region 57 under the window where the resist mask 61 and the first poly gate 56 are not provided. + A type Si region 59 is formed.
[0063]
n + Since the type Si region 59 is self-aligned using the resist mask 61 and the first poly gate 56 as a mask, it does not protrude from the n type Si region (well region) 57. That is, n + Type Si region 59 is n - It is possible to prevent the potential pocket regions 41a and 41b (FIGS. 7A and 7B) from being generated in the type Si region (barrier region) 53. n + The type Si region 59 is accommodated in the n-type Si region (well region) 57 using the first poly gate 56 as a mask, and has a shape in which both ends of the triangular shape are cut.
[0064]
The n-type impurity 60 is, for example, P or As. The ion implantation conditions are, for example, a dose of 1 × 10 Ten ~ 1x10 12 cm -2 The acceleration voltage is 10 to 50 keV. Where n + Type Si region 59 and n type Si region 57 and n - The impurity concentration ratio of the type Si region 53 is, for example, 1: 0.06: 0.01.
[0065]
13A is a plan view of the substrate, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 13A. Using the first poly gate 56 as a mask, SiO 2 A part of the layer 55 is anisotropically etched, and then the entire surface of the substrate is SiO. 2 The layer 62 is formed by a thermal oxidation method and a CVD method, and a second poly gate 63 having a predetermined pattern made of polycrystalline Si is formed thereon.
[0066]
The second poly gate 63 is formed in a predetermined pattern by photolithography and etching after depositing polycrystalline Si over the entire surface of the substrate by CVD. Second poly gate 63 is formed so as to cover an area where n-type Si region (well region) 57 is projected upward.
[0067]
The first poly gate 56 is n - The second poly gate 63 is an n-type Si region (well region) 57 and an n-type Si region (barrier region) 53. + This is a gate electrode for controlling the type Si region 59.
[0068]
The potential waveform S1 is a waveform when the potentials of the first and second poly gates 56 and 63 are 0V. n - The type Si region 53 has high potential and becomes barrier regions B1 and B2. n-type Si region 57 and n + The type Si region 59 has a low potential and becomes well regions W1 and W2.
[0069]
Thus, the horizontal transfer path is completed. N with taper + Since the type Si region 59 is self-aligned using the first poly gate 56 as a mask, it does not protrude from the n type Si region (well region) 57. Further, the above self-alignment can prevent the generation of potential pocket regions 41a and 41b shown in FIGS. 7A and 7B.
[0070]
FIG. 14 shows a two-stage horizontal transfer path according to the second embodiment of the present invention, and shows a specific configuration of area 7 in FIG. In the present embodiment, the generation of potential pockets due to misalignment of the high impurity concentration region can be prevented by providing the transfer path with the high impurity concentration region 71 including the triangular region 71a and the region 71b extending in the horizontal direction. it can. Details will be described below.
[0071]
The portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1A are the same as described above. By making the well region W1 tapered, a natural potential gradient can be generated in the vertical direction.
[0072]
Further, the high impurity concentration region 71 is formed so as to straddle the first horizontal transfer path 5 a and the shift gate 12. The high impurity concentration region 71 includes a triangular region 71a and a region 71b extending in the horizontal direction.
[0073]
Similar to the shape of the first well region W1, the shape of the region 71a has a tapered portion that gradually expands toward the second horizontal transfer path 5b, and is preferably triangular.
[0074]
The region 71b is formed to be elongated in the horizontal direction so as to straddle the first horizontal transfer path 5a and the shift gate 12. The elongated region 71b extends over the well regions W1 and W2 and the barrier regions B1 and B2.
[0075]
FIG. 15 is a diagram showing the three-dimensional potential of the horizontal transfer path shown in FIG. For simplification of the drawing, the well regions W1 and W2 and the barrier regions B1 and B2 are indicated by rectangles. FIG. 15 shows the potential state when the drive signal Hφ1 is 5V and the drive signal Hφ2 is 0V.
[0076]
Since the high impurity concentration region 71a having a tapered portion is formed in the well region W1, a potential gradient is generated in the vertical direction. The elongated high impurity concentration region 71b has a low potential and serves as a potential side groove of the first transfer path 5a. The high impurity concentration region 71 b forms a potential side groove of the first horizontal transfer path 5 a and a potential side groove of the shift gate 12.
[0077]
The charge 73 moves in the lateral groove region 71b in the horizontal direction. Since the region 71b forms a potential side groove, generation of potential pocket regions 41a and 41b as shown in FIG. 7B can be prevented. The formation of the high impurity concentration region 71 does not require highly accurate alignment.
[0078]
As described above, in the first horizontal transfer path 5a, by providing a part of the region 71b serving as the potential side groove at the end portion on the second horizontal transfer path 5b side, misalignment is performed when the high impurity concentration region 71 is formed. Thus, it is possible to prevent the adverse effect of generating potential pockets.
[0079]
The first horizontal transfer path 5a can smoothly transfer charges in the vertical direction toward the second horizontal transfer path 5b without adversely affecting the charge transfer in the horizontal direction.
[0080]
Also in the second embodiment, the well regions W1, W2 and the barrier regions B1, B2 may be rectangular as shown in FIG.
[0081]
Said horizontal transfer path can be manufactured using the process shown in FIG. 5 or FIGS. However, it is necessary to form the high impurity concentration region 71 in the above shape.
[0082]
According to the first and second embodiments, it is possible to form a natural potential gradient in the vertical direction by forming a high impurity concentration region having a tapered portion in the well region W1 of the first horizontal transfer path 5a. it can. The first horizontal transfer path 5a can smoothly transfer charges in the vertical direction toward the second horizontal transfer path 5b without adversely affecting the charge transfer in the horizontal direction.
[0083]
Further, according to the second embodiment, by providing a part of the region 71b serving as the potential side groove at the end portion on the second horizontal transfer path 5b side in the first horizontal transfer path 5a, the misalignment in the process. Generation of potential pockets can be prevented.
[0084]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, n-type impurities are ion-implanted into a predetermined region in the well region using the first electrode layer as a mask, so that a region having a high n-type impurity concentration is self-aligned to the predetermined region. Can be formed. A region having a high n-type impurity concentration can be formed with high precision alignment.
[0086]
When the charge coupled device is applied to a two-stage horizontal transfer path in a solid-state imaging device, the charge transfer efficiency in the vertical direction can be improved if the high n-type impurity concentration region is tapered. The first horizontal transfer path can transfer charges in the horizontal direction, and can also transfer charges smoothly in the vertical direction toward the second horizontal transfer path.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a two-stage horizontal transfer path according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing an electric field generated in a high impurity concentration region.
FIG. 2 is a plan view of a solid-state image sensor.
FIG. 3 is a plan view and a potential waveform diagram of a two-stage horizontal transfer path.
FIG. 4 is a plan view and a potential waveform diagram of a first horizontal transfer path.
FIGS. 5A to 5D are process diagrams showing a method of manufacturing a horizontal transfer path (charge coupled device) according to the prior art.
6A is a plan view of a two-stage horizontal transfer path according to the prior art, and FIG. 1B is a diagram showing an electric field generated in a well region.
FIG. 7A is a plan view of a first horizontal transfer path, and FIG. 7B is a three-dimensional potential diagram of the first horizontal transfer path.
FIG. 8 shows a manufacturing process of a horizontal transfer path (charge coupled device). 8A is a plan view of the substrate, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 8A.
FIG. 9 shows a step that follows FIG. 9A is a plan view of the substrate, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 9A.
10 shows a step that follows FIG. 9. FIG. FIG. 10A is a plan view of the substrate, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 11 shows a step that follows FIG. 11A is a plan view of the substrate, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 11A.
12 shows a step that follows FIG. 11. FIG. 12A is a plan view of the substrate, FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 12A, and FIG. 12C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. It is.
13 shows a step that follows FIG. 12. FIG. 13A is a plan view of the substrate, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 13A.
FIG. 14 is a plan view of a two-stage horizontal transfer path according to a second embodiment of the present invention.
15 is a three-dimensional potential diagram of the two-stage horizontal transfer path shown in FIG.
16 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Solid-state image sensor
2 Pixel part
3 Photodiode
4 Vertical transfer path
5a First horizontal transfer path
5b Second horizontal transfer path
6a First amplifier
6b Second amplifier
11 Charge
12 Shift gate
13 Charge
W1, W2 well region
B1, B2 Barrier area
21 p-type Si region
22 n-type Si region
23 n-type impurities
24 SiO 2 layer
25 First polygate
26 p-type Si region
27 p-type impurities
28 SiO 2 layer
29 Second polygate
31 charge
33 channel stop
41 High impurity concentration region
42 charge
51 p-type Si region
52 n-type Si region
53 n-type impurities
54 p-type impurities
55 SiO 2 layer
56 First polygate
57 n-type Si region
58 n-type impurities
59 n + Type Si region
60 n-type impurities
61 resist
62 SiO 2 layer
63 second poly gate
71 High impurity concentration region
73 charge

Claims (4)

水平方向にウエル領域とバリア領域とが繰り返し設けられ、複数の垂直転送路から電荷を受け取って水平方向に電荷を転送する第1の水平転送路と、前記複数の垂直転送路から前記第1の水平転送路を介して電荷を受け取って水平方向に電荷を転送する第2の水平転送路と、前記複数の垂直転送路から前記第1又は第2の水平転送路のいずれかに選択的に電荷を供給するシフトゲートとを有する固体撮像装置において、前記第1の水平転送路における電荷結合素子の製造方法であって、
(a)半導体基板表面に前記第1の水平転送路となる第1のn型領域を形成する工程と、
(b)前記第1のn型領域上に第1の絶縁層を形成する工程と、
(c)前記第1の水平転送路上の電荷を転送するための電極であって、前記第1の絶縁層上に、開口部の表面形状がテーパ部を含む所定パターンの第1の電極層を形成する工程と、
(d)前記第1の電極層をマスクとしてn型不純物を前記半導体基板にイオン注入して前記第1の水平転送路に表面形状がテーパ部を含む前記ウエル領域を形成する工程と、
(e)前記第1の電極層をマスクの一部としてn型不純物を前記ウエル領域内の表面形状がテーパ部を含む第1の所定領域と、前記ウエル領域内の第1の所定領域に連続し、前記第1の水平転送路及び前記シフトゲートの境界付近において両者にまたがる前記ウエル領域及び前記バリア領域内の第2の所定領域とにイオン注入する工程と
を含む電荷結合素子の製造方法。
A well region and a barrier region are repeatedly provided in the horizontal direction, receive charges from a plurality of vertical transfer paths and transfer charges in the horizontal direction, and the first transfer paths from the plurality of vertical transfer paths. A charge is selectively transferred from the plurality of vertical transfer paths to the first or second horizontal transfer path by receiving a charge via the horizontal transfer path and transferring the charge in the horizontal direction. A solid-state imaging device having a shift gate for supplying a charge coupled device in the first horizontal transfer path,
(A) forming a first n-type region serving as the first horizontal transfer path on a semiconductor substrate surface;
(B) forming a first insulating layer on the first n-type region;
(C) An electrode for transferring charges on the first horizontal transfer path, wherein the first electrode layer having a predetermined pattern in which the surface shape of the opening includes a tapered portion is formed on the first insulating layer. Forming, and
And (d) step of the first of the n-type impurity electrode layer as a mask to ion-implanted into the semiconductor substrate first surface shape in the horizontal transfer path forming said well region includes a tapered portion,
(E) Using the first electrode layer as a part of a mask, an n-type impurity is continuously connected to a first predetermined region whose surface shape in the well region includes a tapered portion, and a first predetermined region in the well region. and method of manufacturing the charge-coupled device comprising the steps of ion implantation and a second predetermined region of the first of said well regions and the barrier region spanning both in the vicinity of the boundary of the horizontal transfer path and the shift gate.
前記工程(a)は、半導体基板表面に形成されている第2のn型領域にp型不純物をイオン注入することにより、前記第2のn型領域よりもn型不純物濃度が低い前記第1のn型領域を該第2のn型領域の表面に形成する工程である請求項1記載の電荷結合素子の製造方法。  In the step (a), the first n-type impurity concentration is lower than that of the second n-type region by ion-implanting p-type impurities into the second n-type region formed on the surface of the semiconductor substrate. The method of manufacturing a charge-coupled device according to claim 1, wherein the n-type region is formed on the surface of the second n-type region. さらに、(f)前記第1の電極層を覆うように第2の絶縁層を形成する工程と、(g)前記第2の絶縁層上において前記ウエル領域を上方に投影した領域に第2の電極層を形成する工程とを含む請求項1又は2記載の電荷結合素子の製造方法。And (f) forming a second insulating layer so as to cover the first electrode layer; and (g) a second region projected onto the well region on the second insulating layer. The method for producing a charge coupled device according to claim 1, further comprising a step of forming an electrode layer. 前記半導体基板はSiであり、前記第1の絶縁層はSiO2 であり、前記第1の電極層は多結晶Siである請求項1〜3のいずれかに記載の電荷結合素子の製造方法。4. The method of manufacturing a charge coupled device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is Si, the first insulating layer is SiO2, and the first electrode layer is polycrystalline Si.
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