JP4310845B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像素子として、受光センサ部での余剰の電荷を基板側に排出するようにした、いわゆる縦型オーバーフロードレイン方式の固体撮像素子が知られている。本出願人は、先に縦型オーバーフロードレイン方式の固体撮像素子において、受光センサ部の空乏領域を厚さ2μm以上の高抵抗エピタキシャル層により形成し、近赤外線領域にも感度を有せしめたCCD固体撮像素子を開発した(特願平8−152494号参照)。
【0003】
図8は、このCCD固体撮像素子を示す。このCCD固体撮像素子1は、第1導電型、例えばn型のシリコンからなる半導体基板2上に、同導電型の低不純物濃度、即ちn- のエピタキシャル層3が形成されたn型の半導体基体10を有し、この半導体基体10のエピタキシャル層3内にオーバーフローバリア領域となる第2導電型、例えばp型の第1の半導体ウエル領域4が形成され、この第1のp型半導体ウエル領域4上にエピタキシャル成長により、第1のp型半導体ウエル領域4より比抵抗の高い高抵抗半導体領域、いわゆる高抵抗エピタキシャル層5が形成される。この高抵抗エピタキシャル層5は、その厚さを2μm以上、好ましくは5μm以上とし、第1のp型半導体ウエル領域4より低濃度のp型領域又はn型領域、又はノンドープ(真性半導体)領域で形成される。
【0004】
この高抵抗エピタキシャル層5の表面にマトリック配列の各受光センサ部11を構成するための、n+ 半導体領域6及びこの上のp+ の正電荷蓄積領域7が形成される。また、高抵抗エピタキシャル層5の各受光センサ部列の一側に対応する位置に、読み出しゲート部13を挟んで垂直転送レジスタ12のn型の転送チャネル領域9が形成される。転送チャネル領域9下には第2のp型半導体ウエル領域8が形成される。さらに各受光センサ部11を区画するp型のチャネルストップ領域14が形成される。
【0005】
転送チャネル領域9、チャネルストップ領域14及び読み出しゲート部13上に、ゲート絶縁膜15を介して、例えば多結晶シリコンからなる転送電極16が形成され、転送チャネル領域9、ゲート絶縁膜15及び転送電極16によりCCD構造の垂直転送レジスタ12が構成される。さらに、転送電極16上を被覆する層間絶縁膜18を介して受光センサ部11の開口を除く他所全面に遮光膜17が形成される。
【0006】
このようにして、受光センサ部11と、オーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域4と、オーバーフロードレインとなる基板2が垂直方向に形成されてなる縦型オーバーフロードレイン方式のCCD固体撮像素子1が構成される。
【0007】
このCCD固体撮像素子1においては、赤外線が十分吸収される深さにオーバーフローバリア領域4が形成され、オーバーフローバリア領域4に達する高抵抗エピタキシャル層5が空乏化されることで、近赤外線領域にも感度を有することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の近赤外線領域にも感度を有するCCD固体撮像素子1においては、例えば高抵抗エピタキシャル層5をp--型にして形成した場合に、図9の比較例1に示すように、スクライブライン21上より切断して固体撮像チップを得たときに、そのスクライブ面にp--の高抵抗エピタキシャル層5とn型の半導体基体10、即ちそのn- エピタキシャル層3とで形成されるpn接合22が露出した形となり、半導体基体10とGND、即ちチャネルストップ領域14を通してGND電位が与えられているp--高抵抗エピタキシャル層5との間でリーク電流が発生する恐れがある。
【0009】
また、p--高抵抗エピタキシャル層15の周辺領域部には、ゲート絶縁膜、pn接合部の保護を目的とした保護トランジスタ24が形成される。図9の比較例1では、p--の高抵抗エピタキシャル層5にp型のベース領域23を形成し、ベース領域23内にn型のエミッタ領域26を形成し、さらに、n型のコレクタ電極取り出し領域27を形成して高抵抗エピタキシャル層5をコレクタ領域とした保護トランジスタ(バーティカル型のnpnバイポーラトランジスタ)24が構成される。28はp+ のベース電極取り出し領域、Cはコレクタ端子、Bはベース端子、Eはエミッタ端子を示す。
【0010】
この保護トランジスタ24では、コレクタ領域がp--高抵抗エピタキシャル層5で構成されるので、静電強度が低下し、即ち保護トランジスタの保護能力が弱くなるという問題が発生する。
【0011】
一方、上述のCCD固体撮像素子1において、例えば高抵抗エピタキシャル層5をn--型にして形成した場合には、図12のポテンシャル分布Iで示すように、オーバーフローバリア領域4にホール電荷hに対してポテンシャルの窪みが形成され、このオーバーフローバリア領域4に蓄積されたホール電荷hがチャネルストップ領域14に排出され難くなり、飽和電荷量Qsの減少や、ホール電荷hが排出されやすい周辺部の画素と周辺部以外の画素との間に差が生じて起こる、いわゆるシェーディングの悪化等が問題となる。
【0012】
この点を改善するために、本出願人は、図10及び図11に示すように、高抵抗エピタキシャル層5をn--型にした場合にも、垂直方向に隣り合う受光センサ部間の転送電極16下、従ってp型チャネルストップ領域14下に対応する高抵抗エピタキシャル層5内の部分に、内部p型半導体領域25を設けるようにしたCCD固体撮像素子を提案した(特願平10−90175号参照)。
【0013】
この図10及び図11のCCD固体撮像素子によれば、図13のポテンシャル分布IIで示すようにホール電荷hに対するポテンシャルの窪みが形成されず高抵抗エピタキシャル層5の深い位置で光電変換により発生したホール電荷hはオーバーフローバリア領域4に蓄積されず、内部p型半導体領域25を通りp型チャネルストップ領域14を介して排出される。
【0014】
また、周辺部の保護トランジスタ24は、n--の高抵抗エピタキシャル層5がコレクタ領域として構成されるので、保護トランジスタ24としての保護能力が確保できる。しかし乍ら、各画素内に設ける内部p型半導体領域25は、画素の微細化の妨げとなる。
【0015】
本発明は、上述の点に鑑み、特性を損なうことなく画素の微細化を図り、且つスクライブ面でのリーク電流の発生を回避できるようにした固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、第1導電型の半導体基体の画素領域に対応する領域部に形成されたオーバーフローバリア領域となる第2導電型の不純物領域と、第2導電型の不純物領域上に形成された高抵抗エピタキシャル層による第2導電型の領域部と、画素領域の周辺の領域部に対応する半導体基体上に形成された高抵抗エピタキシャル層による第1導電の領域部とを有し、固体撮像チップのスクライブ面に第1導電型の半導体基体及び第1導電型の領域部が露出し、スクライ面にpn接合部が露出されない構成とされる。
【0017】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、第1導電型の半導体基体の画素領域に対応する領域部に第2導電型の不純物を導入してオーバーフローバリア領域となる第2導電型の不純物領域を形成する工程と、第2導電型の不純物領域を含む前記半導体基体上に、ノンドープ又は第1導電型の高抵抗エピタキシャル層を成長し、同時に不純物領域の第2導電型不純物を高抵抗エピタキシャル層へ拡散して高抵抗エピタキシャル層の不純物領域に対応する領域部を第2導電型にし、半導体基体の第1導電型不純物を高抵抗エピタキシャル層へ拡散して高抵抗エピタキシャル層の画素領域の周辺に対応する領域部を第1導電型にする工程を有し、固体撮像チップのスクライブ面に第1導電型の半導体基体及び第1導電型の領域部が露出し、スクライブ面にpn接合部が露出しない構成とする。
【0018】
本発明によれば、オーバーフローバリアとなる不純物領域に対応する高抵抗エピタキシャル層の領域部を上記不純物領域と同導電型に形成し、高抵抗エピタキシャル層の周辺部に対応する領域部を半導体基体と同導電型に形成するので、不純物領域の近傍で光電変換された一方の電荷は、不純物領域に蓄積されず高抵抗エピタキシャル層を通ってチャネルストップ領域に排出される。
【0019】
また、図11に示すような内部第2導電型「半導体領域が不要となり、画素の微細化も可能となる。
高抵抗エピタキシャル層の周辺部に対応する領域部を、半導体基体と同導電型に形成するので、図2に示すように、スクライブライン上より切断された固体撮像チップのスクライブ面では、pn接合部は露出されず、スクライブ面でのリーク電流の発生はない。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0021】
図1及び図2は、本発明に係る縦型オーバーフロードレイン方式の固体撮像素子の一実施の形態を示す。本実施の形態は、近赤外線領域にも感度を有するCCD固体撮像素子に適用した場合である。図1は固体撮像素子の撮像領域の要部の平面図、図2は画素領域及び周辺領域付近の断面図を示す。
【0022】
本実施の形態に係る固体撮像素子31は、第1導電型、例えばn型のシリコンからなる半導体基板32上に、同導電型の低不純物濃度、即ちn- のエピタキシャル層33が形成されたn型の半導体基体40を有し、この半導体基体40のエピタキシャル層33内の画素領域に対応する領域部にオーバーフローバリア領域となる第2導電型の半導体領域、本例ではp型の第1の半導体ウエル領域34が形成され、この第1のp型半導体ウエル領域34上にエピタキシャル成長により、第1のp型半導体ウエル領域34より比抵抗の高い(従って第1のp型半導体ウエル領域34より低不純物濃度である)高抵抗の半導体領域、いわゆる高抵抗エピタキシャル層35が形成される。この高抵抗エピタキシャル層35に受光センサ部41を形成するための、n+ の半導体領域36及びこの上のp+ の正電荷蓄積領域37が形成される。
【0023】
また、受光センサ部41の各列の一側に対応する位置の高抵抗エピタキシャル層35に後述の垂直転送レジスタ43を構成するためのn型の転送チャネル領域39が形成され、この転送チャネル領域39下に第2のp型半導体ウエル領域38が形成される。さらに受光センサ部41を区画する位置の高抵抗エピタキシャル層35にp型のチャネルストップ領域44が形成される。
【0024】
受光センサ部41は、画素となるもので、図1に示すように複数の受光センサ部41がマトリックス状に配列される。受光センサ部41と垂直転送レジスタ43との間に読み出しゲート部42が形成される。
【0025】
転送チャネル領域39、チャネルストップ領域44及び読み出しゲート部42上に、ゲート絶縁膜45を介して例えば2層構造の多結晶シリコンからなる転送電極46〔46a,46b〕が形成され、転送チャネル領域39、ゲート絶縁膜45及び転送電極46によりCCD構造の垂直転送レジスタ43が構成される。
【0026】
らに、転送電極46上を被覆する層間絶縁膜48を介して受光センサ部41の開口を除く全面に例えばAl等による遮光膜47が形成される。
【0027】
第1導電型の低不純物濃度のエピタキシャル層33は、いわゆるシャッタ電圧を低減するために設けるもので、このエピタキシャル層33を形成することにより、基板電圧Vsub によるシャッタ電圧の低電圧化が容易になる。
【0028】
オーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34は、好ましくは不純物の濃度が1014〜1016cm-3の範囲内とされる。
【0029】
高抵抗エピタキシャル層35の厚さは、2μm以上、好ましくは5μm以上とし、例えば10μm程度とすることができる。高抵抗エピタキシャル層35の不純物濃度は1015cm-3未満、例えば1013cm-3とすることができる。
【0030】
そして、本実施の形態においては、特に、高抵抗エピタキシャル層35の画素領域に対応する領域部、即ちオーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34に対応する領域部35Aを、第1のp型半導体ウエル領域34と同導電型で形成し、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bを、n型半導体基体40と同導電型で形成する。
【0031】
高抵抗エピタキシャル層35の領域部35Aは、オーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34より低不純物濃度のp--高抵抗領域で形成される。また、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bは、n型半導体基体40のn- のエピタキシャル層33より低不純物濃度のn--高抵抗領域で形成される。
【0032】
高抵抗エピタキシャル層35のn--の周辺領域部35Bには、前述と同様の保護トランジスタ51が形成される。この保護トランジスタ51は、n--の周辺領域部35Bにp型のベース領域52を形成し、ベース領域52内にn型のエミッタ領域53を形成し、さらに、コレクタ領域となるn--の領域部35Bにn型のコレクタ電極取り出し領域54を形成し、さらに、ベース領域52内にp型のベース電極取り出し領域55を形成して構成される。Cはコレクタ端子、Bはベース端子、Eはエミッタ端子である。
【0033】
この固体撮像素子31では、赤外線が十分吸収される深さにオーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34が形成され、このオーバーフローバリア領域34に達する高抵抗エピタキシャル層35が空乏化されることで、近赤外線領域にも感度を有することができる。
【0034】
本実施の形態に係る近赤外線領域にも感度をもつ固体撮像素子31によれば、高抵抗エピタキシャル層35のオーバーフローバリア領域34に対応する領域部35Aがp型として形成されているため、即ち、受光センサ部31の空乏化領域となる高抵抗エピタキシャル層の領域部35A及びオーバーフローバリア領域34を含む領域が全てp型で形成されているため、前述の図11に示す垂直方向に隣り合う画素間に対応する位置にホール電荷の排除に供する内部p型半導体領域25を設けることなく、図3のポテンシャル分布III で示すようにホール電荷hに対するポテンシャルの窪みが発生しない。
【0035】
即ち、内部p型半導体領域25を設けることなく、高抵抗エピタキシャル層35の深い位置で光電変換により発生したホール電荷hは、オーバーフローバリア領域34に蓄積されることなく高抵抗エピタキシャル層35のp--領域部35Aを通って表面のp型チャネルストップ領域44へ排出することができる。これにより、オーバーフローバリア領域34は完全に空乏化する。従って、飽和電荷量Qsの減少や、シェーディング等の問題は起こらず、各画素の特性の均一化が図れる。そして、内部p型半導体領域25を省略できる分、さらに画素を微細化することができる。
【0036】
また、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bはn型半導体基体40と同導電型のn--に形成されているので、図2に示すように、スクライブライン57上より切断された固体撮像チップのスクライブ面にn型半導体基体40及びn −− の周辺領域部35Bが露出し、スクライブ面にpn接合が露出することはなく、スクライブでのn型半導体基体とGND間にリーク電流は発生しない。
【0037】
また、縦方向の画素間の混色を防止することができる。
【0038】
上述の本実施の形態に係る固体撮像素子31は、例えば次のように製造される。
【0039】
図4は、本発明の製造方法の一例を示す。先ず、図4Aに示すように、例えばn型のシリコン半導体基板32上に、基板32と同導電型の低不純物濃度のn- エピタキシャル層33を形成したn型半導体基体40を設ける。このn型半導体基体40のn- エピタキシャル層33の画素領域に対応する領域部表面にp型不純物を導入してオーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34を形成する。
【0040】
この第1のp型半導体ウエル領域34の形成に際して、本例では、p型不純物として拡散係数の異なる複数種の同導電型不純物、例えばアルミニウム(Al)不純物とボロン(B)不純物とを例えばイオン注入で導入する。アルミニウム不純物は、ボロン不純物に対して拡散係数が小さい。導入するドーズ量の比としては、Al:B=10〜100:1程度とすることができる。
【0041】
次に、図4Bに示すように、n型半導体基体40上の全面にn型又はノンドープ(真性半導体)による高抵抗エピタキシャル層35を成長する。このエピタキシャル成長時、第1のp型半導体ウエル領域33から主として拡散係数の大きいボロン不純物がエピタキシャル層へ拡散し、即ちいわゆるボロン不純物のアウトディフェージョン60によって、高抵抗エピタキシャル層35のうちの第1のp型半導体ウエル領域、即ち、オーバーフローバリア領域33上に対応する領域部35Aがp--高抵抗領域として成長する。
【0042】
オーバーフローバリア領域34は、主として拡散係数の小さいアルミニウム不純物によって形成されることになる。
【0043】
p型不純物となるアルミニウムは、シリコン半導体内において、拡散係数が小さいと共に、固溶度(いわゆる溶解度)も小さく、活性化率が小さい。しかし、オーバーフローバリア領域34は、不純物濃度が1014〜1016cm-3と低いので、オーバーフローバリア領域34の不純物としてアルミニウムを用いることができる。
【0044】
一方、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bでは、n型エピタキシャル成長によって、又はノンドープエピタキシャル成長のときは基体40のn-エピタキシャル層33からのn型不純物のエピタキシャル層35への拡散によって、基体40と同導電型のn--高抵抗領域となる。
【0045】
次いで、高抵抗エピタキシャル層35の画素領域に対応するp--高抵抗領域部35Aに、前述した受光センサ部41を構成するn+ 半導体領域36及びp+ の正電荷蓄積領域37、第2のp型半導体ウエル領域38、n型の転送チャネル領域39、さらにp型チャネルストップ領域44を夫々例えばイオン注入で形成する。また、高抵抗エピタキシャル層35の周辺のn--領域部35Bに保護トランジスタ51を構成するp型ベース領域52、n型エミッタ領域53、p+ ベース電極取り出し領域55及びn+ コレクタ電極取り出し領域54を、例えばイオン注入で形成する。
【0046】
次いで、表面を覆って全面にゲート絶縁膜45を形成し、この上に選択的に多結晶シリコン層による転送電極46を形成する。この後は、転送電極46を層間絶縁膜48で覆い、これの上に例えばAl等による遮光膜47を形成する。遮光膜47には、受光センサ部41に対応する部分に開口を形成する。さらに、図示せざるも、層間絶縁膜、平坦化膜を積層し、平坦化膜上に色フィルタ及びオンチップマイクロレンズ等を形成する。このようにして、図7に示すCCD固体撮像素子31を得る。
【0047】
この図4の実施の形態に係る製法によれば、オーバーフローバリア領域34を、p型不純物として拡散係数の大きいボロン不純物と拡散係数の小さいアルミニウム不純物とのイオン注入で形成することにより、n型又はノンドープの高抵抗エピタキシャル層35の成長時に、オーバーフローバリア領域34からのボロン不純物のアウトディフュージョンによって、高抵抗エピタキシャル層35のオーバーフローバリア領域34上に対応する領域部35Aをp--高抵抗領域とすることができる。同時に、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bでは、n型エピタキシャル成長、又はノンドープエピタキシャル成長のときにはn型半導体基体40からのn型不純物のアウトディフュージョンによって、n--高抵抗領域とすることができる。
【0048】
また、オーバーフローバリア領域34は、主として拡散係数の小さいアルミニウム不純物によって形成されるので、オーバーフローバリア領域34の厚さ、不純物濃度の変動が抑えられ、従って撮像素子特性のばらつきが生じにくい。
【0049】
図5は、本発明の製造方法の他の例を示す。先ず、図5Aに示すように、例えばn型のシリコン半導体基板32上に、同導電型の低不純物濃度のn- エピタキシャル層33を形成したn型半導体基板40を設ける。このn- エピタキシャル層33の画素領域に対応する領域部表面に、同一種類のp型不純物を打ち込みエネルギー及び不純物濃度を異ならしめてイオン注入してオーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34を形成する。
【0050】
この例では、不純物としてボロン(B)不純物を用い、高打ち込みエネルギー例えば2MeV程度の打ち込みエネルギーで深い位置に不純物濃度ピーク位置RP1がくるようにイオン注入した第1のボロンイオン注入部61と、之より低打ち込みエネルギー例えば100keV程度の打ち込みエネルギーで浅い位置に不純物濃度ピーク位置RP2がくるようにイオン注入した第2のボロンイオン注入部62を形成してオーバーフローバリア領域34を形成する。
【0051】
第1のボロンイオン注入部61は、第2のボロンイオン注入部62より高不純物濃度とする。例えば、導入するドーズ量の比としては、第1のボロンイオン注入部61:第2のボロンイオン注入部62=10〜100:1程度とすることができる。
【0052】
次に、図5Bに示すように、n型半導体基体40上に全面にn型又はノンドープ(真性半導体)による高抵抗エピタキシャル層35を成長する。このエピタキシャル成長時、オーバーフローバリア領域34の主として第2のボロンイオン注入部62からのボロン不純物のアウトディフュージョンによって、高抵抗エピタキシャル層35のうちオーバーフローバリア領域34上に対応する領域部35Aがp--高抵抗領域として成長する。オーバーフローバリア領域34は、第1のボロンイオン注入部61のボロン不純物を主たる不純物にして形成されることになる。
【0053】
一方、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bは、n型エピタキシャル成長によって、又はノンドープエピタキシャル成長のときは基体40のn- エピタキシャル層33からのn型不純物のアウトディフュージョンによって、基体40と同導電型のn--高抵抗領域となる。次いで、前述と同様にして、図7に示すCCD固体撮像素子31を得る。
【0054】
この図5の実施の形態に係る製造方法によれば、オーバーフローバリア領域34を、同一種類の不純物、本例ではボロン不純物を用い、打ち込みエネルギー及び不純物濃度を異にした第1及び第2のボロンイオン注入部61及び62によって形成することにより、n型、又はノンドープの高抵抗エピタキシャル層35の成長時に、第2のボロンイオン注入部62からのアウトディフュージョンによって高抵抗エピタキシャル層35のオーバーフローバリア領域34上に対応する領域部35Aをp--高抵抗領域とすることができる。同時に、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域35Bでは、n型エピタキシャル成長によって、又はノンドープエピタキシャル成長のときには基体40からのn型不純物のアウトディフュージョンによって、n--高抵抗領域とすることができる。
【0055】
また、オーバーフローバリア領域34は、主として深い位置にRP1がある第1のボロンイオン注入部61によるボロン不純物で形成されるので、オーバーフローバリア領域34の厚さ、不純物濃度の変動が抑えられ、撮像素子特性のばらつきが生じにくい。
【0056】
図6は、本発明の製造方法のさらに他の例を示す。先ず、図6Aに示すように、例えばn型のシリコン半導体基板32上に、同導電型の低不純物濃度のn- エピタキシャル層33を形成したn型半導体基体40を設ける。このn- エピタキシャル層33の画素領域に対応する領域部表面に、オーバーフローバリア領域となる第1のp型半導体ウエル領域34を例えばイオン注入により形成する。この例ではボロン不純物をイオン注入して第1のp型半導体ウエル領域34を形成する。
【0057】
次に、図6Bに示すように、n型半導体基体40上に全面にn型又はノンドープ(真性半導体)による高抵抗エピタキシャル層35を成長する。このエピタキシャル成長時、オーバーフローバリア領域33からの不純物のアウトディフュージョンにより高抵抗エピタキシャル層35のうちのオーバーフローバリア領域34上に対応する領域部35Aがp--高抵抗領域として成長する。一方、高抵抗エピタキシャル層35の周辺領域部35Bでは、n型エピタキシャル成長によって、又はノンドープエピタキシャル成長のときは基体40のn-エピタキシャル層33からのn型不純物のエピタキシャル層35へのアウトディフュージョンによって、基体40と同導電型のn--高抵抗領域となる。
【0058】
次いで、前述と同様にして、図7に示すCCD固体撮像素子31を得る。
【0059】
この図6の実施の形態に係る製造方法においても、高抵抗エピタキシャル層35の成長時に、その高抵抗エピタキシャル層35のオーバーフローバリア領域34上に対応する領域部35Aをp--高抵抗領域とし、周辺領域部35Bをn--高抵抗領域とすることができる。但し、この図6の例ではオーバーフローバリア領域34の厚み、不純物濃度のばらつきが生じ易く、この点では、前述の図4及び図5の製法の方が優れている。
【0060】
上述の各実施の形態に係る製造方法によれば、オーバーフローバリア領域34を構成する不純物のアウトディフュージョン量を制御することによって、高抵抗エピタキシャル層のチップ周辺部はn型の領域部35Bとし、画素領域に対応する領域部35Aはp型の領域部35Aとすることができる。
【0061】
従って、上述した飽和電荷量Qsの減少や、シェーディングの増大なしに画素を微細化でき、また固体撮像チップのスクライブ面で半導体基体とグランド(GND)間のリーク電流が発生せず、更に、保護トランジスタの静電強度、いわゆる保護能力を改善した近赤外線領域に感度を持つCCD固体撮像素子を容易に製造することができる。
【0062】
また、図4及び図5の例においては、エピタキシャル成長時のオーバーフローバリア領域34の厚み、不純物濃度の変動が抑えられ、撮像素子特性のばらつきを抑えて歩留りよく近赤外線領域にも感度を有するCCD固体撮像素子31を製造できる。
【0063】
尚、上例ではn型半導体基板32上にn- エピタキシャル層33を形成したが、このn- エピタキシャル層33を省略した構成にも本発明は適用できる。
【0064】
本発明の固体撮像素子は、例えばCMOSセンサ、内部増幅型センサ等、CCD固体撮像素子以外の固体撮像素子にも適用できる。
【0065】
本発明の固体撮像素子は、上述の例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でその他の様々な構成を取り得る。
【0066】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像素子によれば、高抵抗エピタキシャル層のオーバーフローバリア領域となる不純物領域上に対応する領域部を該不純物領域と同導電型である第2導電型で形成し、エピタキシャル層の周辺領域部を半導体基体と同導電型である第1導電型で形成することにより、不純物領域の近傍で光電変換された一方の電荷が不純物領域に蓄積されることなく表面のチャネルストップ領域に排出され、従って、飽和電荷量Qsの減少や、シェーディングの増大を生じさせることなく、画素の微細化が図れる。
【0067】
また、固体撮像チップのスクライブ面においてpn接合の露出がなく、半導体基体とグランド(GND)間にリーク電流が発生しない。
【0068】
縦方向の画素間の混色を防止することができる。
【0069】
また、高抵抗エピタキシャル周辺領域部に形成される保護トランジスタの静電強度が低下する事を回避できる。従って、縦型オーバーフロードレイン方式で近赤外線領域にも感度を有する固体撮像素子を、高画素数、高信頼性をもって提供することができる。また、撮像素子特性のばらつきが生じにくい固体撮像素子を提供できる。
【0070】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、上記固体撮像素子を歩留り良く製造することができる。また、不純物領域の厚さ、不純物濃度の変動を抑え、従って、素子特性のばらつきを抑えて歩留り良く固体撮像素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の撮像領域の要部の平面図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の画素部及び周辺領域の要部の断面図である。
【図3】図1のA−A部分の基板厚さ方向のポテンシャル分布図である。
【図4】A〜B 本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図5】A〜B 本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法の他の例を示す製造工程図である。
【図6】A〜B 本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法の他の例を示す製造工程図である。
【図7】本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の製造工程図である。
【図8】従来例の固体撮像素子の画素部分の断面図である。
【図9】比較例1に係る固体撮像素子の要部の断面図である。
【図10】比較例2に係る固体撮像素子の撮像領域の要部の平面図である。
【図11】比較例2に係る固体撮像素子の要部の断面図である。
【図12】比較例1の画素間の基板厚さ方向のポテンシャル分布図である。
【図13】比較例2の画素間の基板厚さ方向のポテンシャル分布図である。
【符号の説明】
1,31‥‥固体撮像素子、32‥‥n型半導体基板、32‥‥n- エピタキシャル層、40‥‥n型半導体基板、34‥‥オーバーフローバリア領域(不純物領域)、35‥‥高抵抗エピタキシャル層、41‥‥受光センサ部、42‥‥読み出しゲート部、43‥‥垂直転送レジスタ、44‥‥チャネルストップ領域、51‥‥保護トランジスタ、57‥‥スクライブライン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
  As a solid-state imaging device, a so-called vertical overflow drain type solid-state imaging device is known in which surplus charges in the light receiving sensor section are discharged to the substrate side. The present applicant has previously described a CCD solid-state imaging device in which a depletion region of a light receiving sensor portion is formed by a high resistance epitaxial layer having a thickness of 2 μm or more in a vertical overflow drain type solid-state imaging device, and sensitivity is also provided in the near infrared region. An image sensor was developed (see Japanese Patent Application No. 8-152494).
[0003]
  FIG. 8 shows this CCD solid-state imaging device. The CCD solid-state imaging device 1 has a low impurity concentration of the same conductivity type, that is, n on a semiconductor substrate 2 made of a first conductivity type, for example, n-type silicon.-The first conductive well region 4 of the second conductivity type, for example, p-type, serving as an overflow barrier region is formed in the epitaxial layer 3 of the semiconductor substrate 10. A high-resistance semiconductor region having a higher specific resistance than the first p-type semiconductor well region 4, a so-called high-resistance epitaxial layer 5, is formed by epitaxial growth on the first p-type semiconductor well region 4. The high resistance epitaxial layer 5 has a thickness of 2 μm or more, preferably 5 μm or more, and is a p-type region or n-type region having a lower concentration than the first p-type semiconductor well region 4, or a non-doped (intrinsic semiconductor) region. It is formed.
[0004]
  N for configuring each light receiving sensor portion 11 in a matrix arrangement on the surface of the high resistance epitaxial layer 5.+Semiconductor region 6 and p thereon+Positive charge accumulation region 7 is formed. Further, the n-type transfer channel region 9 of the vertical transfer register 12 is formed at a position corresponding to one side of each light receiving sensor portion row of the high resistance epitaxial layer 5 with the read gate portion 13 interposed therebetween. A second p-type semiconductor well region 8 is formed under the transfer channel region 9. Further, a p-type channel stop region 14 that partitions each light receiving sensor unit 11 is formed.
[0005]
  A transfer electrode 16 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the transfer channel region 9, the channel stop region 14, and the readout gate portion 13 via a gate insulating film 15, and the transfer channel region 9, the gate insulating film 15, and the transfer electrode are formed. 16 constitutes a vertical transfer register 12 having a CCD structure. Further, a light shielding film 17 is formed on the entire surface other than the opening of the light receiving sensor unit 11 via an interlayer insulating film 18 covering the transfer electrode 16.
[0006]
  In this manner, the CCD solid-state imaging of the vertical overflow drain type in which the light receiving sensor unit 11, the first p-type semiconductor well region 4 serving as the overflow barrier region, and the substrate 2 serving as the overflow drain are formed in the vertical direction. Element 1 is configured.
[0007]
  In this CCD solid-state imaging device 1, the overflow barrier region 4 is formed at a depth where infrared rays are sufficiently absorbed, and the high resistance epitaxial layer 5 reaching the overflow barrier region 4 is depleted, so that the near-infrared region is also obtained. It can have sensitivity.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, in the CCD solid-state imaging device 1 having sensitivity also in the near-infrared region described above, for example, the high resistance epitaxial layer 5 is made p.-When formed into a mold, as shown in Comparative Example 1 in FIG. 9, when the solid-state imaging chip is obtained by cutting from the scribe line 21,Scribe surfaceP-High-resistance epitaxial layer 5 and n-type semiconductor substrate 10, that is, n-A pn junction 22 formed with the epitaxial layer 3 is exposed, and a GND potential is applied through the semiconductor substrate 10 and GND, that is, the channel stop region 14.-There is a possibility that a leakage current may occur between the high resistance epitaxial layer 5.
[0009]
  P-In the peripheral region of the high resistance epitaxial layer 15, a protection transistor 24 is formed for the purpose of protecting the gate insulating film and the pn junction. In Comparative Example 1 of FIG.-A p-type base region 23 is formed in the high-resistance epitaxial layer 5, an n-type emitter region 26 is formed in the base region 23, and an n-type collector electrode extraction region 27 is formed to form a high-resistance epitaxial layer. A protection transistor (vertical npn bipolar transistor) 24 having a collector region 5 is formed. 28 is p+The base electrode extraction region, C is a collector terminal, B is a base terminal, and E is an emitter terminal.
[0010]
  In this protection transistor 24, the collector region is p.-Since the high-resistance epitaxial layer 5 is used, there arises a problem that the electrostatic strength is reduced, that is, the protection capability of the protection transistor is weakened.
[0011]
  On the other hand, in the CCD solid-state imaging device 1 described above, for example, the high resistance epitaxial layer 5 is n-When formed into a mold, as shown by the potential distribution I in FIG. 12, a potential depression is formed in the overflow barrier region 4 with respect to the hole charge h, and the hole charge h accumulated in the overflow barrier region 4 is formed. Is less likely to be discharged to the channel stop region 14, and the so-called shading is deteriorated, which is caused by a decrease in the saturation charge amount Qs and a difference between a peripheral pixel and a pixel other than the peripheral portion where hole charges h are easily discharged. Etc. becomes a problem.
[0012]
  In order to improve this point, the present applicant has changed the high resistance epitaxial layer 5 to n as shown in FIGS.-Even in the case of the mold, the internal p-type semiconductor region 25 is formed in a portion in the high resistance epitaxial layer 5 corresponding to the lower portion of the transfer electrode 16 between the light receiving sensor portions adjacent in the vertical direction, and hence the lower portion of the p-type channel stop region 14. A CCD solid-state imaging device was proposed (see Japanese Patent Application No. 10-90175).
[0013]
  According to the CCD solid-state imaging device shown in FIGS. 10 and 11, a potential dip with respect to the hole charge h is not formed as shown by the potential distribution II in FIG. 13 and is generated by photoelectric conversion at a deep position in the high resistance epitaxial layer 5. The hole charge h is not accumulated in the overflow barrier region 4 but is discharged through the p-type channel stop region 14 through the internal p-type semiconductor region 25.
[0014]
  Further, the protection transistor 24 in the peripheral portion is n-Since the high resistance epitaxial layer 5 is configured as a collector region, the protection capability as the protection transistor 24 can be ensured. However, the internal p-type semiconductor region 25 provided in each pixel hinders pixel miniaturization.
[0015]
  In view of the above-described points, the present invention achieves pixel miniaturization without impairing characteristics, andScribe surfaceThe present invention provides a solid-state imaging device capable of avoiding the occurrence of a leakage current at the same time and a manufacturing method thereof.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  The solid-state imaging device according to the present invention includes a second conductivity type impurity region serving as an overflow barrier region formed in a region corresponding to the pixel region of the first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type impurity region. A region portion of the second conductivity type formed by the high resistance epitaxial layer formed on the substrate, and a region portion of the first conductivity formed by the high resistance epitaxial layer formed on the semiconductor substrate corresponding to the region portion around the pixel region. , Solid-state imaging chip scribeThe first conductive type semiconductor substrate and the first conductive type region are exposed on the surface, and the scribe surfaceThus, the pn junction is not exposed.
[0017]
  In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a second conductivity type impurity region which becomes an overflow barrier region by introducing a second conductivity type impurity into a region corresponding to the pixel region of the first conductivity type semiconductor substrate. A non-doped or first conductivity type high resistance epitaxial layer is grown on the semiconductor substrate including the second conductivity type impurity region, and at the same time, the second conductivity type impurity in the impurity region is grown to the high resistance epitaxial layer. The region corresponding to the impurity region of the high resistance epitaxial layer is diffused to the second conductivity type.The first conductivity type impurity of the semiconductor substrate is diffused into the high resistance epitaxial layer, and the region corresponding to the periphery of the pixel region of the high resistance epitaxial layer is formed into the first conductivity type.A solid-state imaging chip scribeThe first conductive type semiconductor substrate and the first conductive type region are exposed on the surface, and the scribe surfaceThe pn junction is not exposed.
[0018]
  According to the present invention, the region portion of the high resistance epitaxial layer corresponding to the impurity region serving as the overflow barrier is formed in the same conductivity type as the impurity region, and the region portion corresponding to the peripheral portion of the high resistance epitaxial layer is formed with the semiconductor substrate. Since they are formed in the same conductivity type, one charge photoelectrically converted in the vicinity of the impurity region is not accumulated in the impurity region but is discharged to the channel stop region through the high resistance epitaxial layer.
[0019]
  Further, the internal second conductivity type “semiconductor region as shown in FIG. 11 is not necessary, and the pixel can be miniaturized.
  Since the region corresponding to the periphery of the high resistance epitaxial layer is formed in the same conductivity type as the semiconductor substrate,As shown in FIG. 2, it was cut from the scribe line.Of solid-state imaging chipScribe surfaceThen, the pn junction is not exposed,Scribe surfaceThere is no generation of leakage current.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0021]
  1 and 2 show an embodiment of a vertical overflow drain type solid-state imaging device according to the present invention. This embodiment is a case where the present invention is applied to a CCD solid-state imaging device having sensitivity also in the near infrared region. FIG. 1 is a plan view of the main part of the imaging region of the solid-state imaging device, and FIG. 2 is a sectional view of the vicinity of the pixel region and the peripheral region.
[0022]
  The solid-state imaging device 31 according to the present embodiment has a low impurity concentration of the same conductivity type, that is, n on a semiconductor substrate 32 made of first conductivity type, for example, n-type silicon.-A second conductivity type semiconductor region which is an overflow barrier region in a region corresponding to the pixel region in the epitaxial layer 33 of the semiconductor substrate 40, In the example, a p-type first semiconductor well region 34 is formed, and a specific resistance is higher than that of the first p-type semiconductor well region 34 by epitaxial growth on the first p-type semiconductor well region 34 (therefore, the first p-type semiconductor well region 34 is formed). A high-resistance semiconductor region (so-called high-resistance epitaxial layer 35) having a lower impurity concentration than the p-type semiconductor well region 34 is formed. N for forming the light receiving sensor portion 41 in the high resistance epitaxial layer 35.+Semiconductor region 36 and p above this+Positive charge accumulation region 37 is formed.
[0023]
  Further, an n-type transfer channel region 39 for forming a vertical transfer register 43 described later is formed in the high resistance epitaxial layer 35 at a position corresponding to one side of each column of the light receiving sensor unit 41. A second p-type semiconductor well region 38 is formed below. Further, a p-type channel stop region 44 is formed in the high resistance epitaxial layer 35 at a position that partitions the light receiving sensor portion 41.
[0024]
  The light receiving sensor unit 41 is a pixel, and a plurality of light receiving sensor units 41 are arranged in a matrix as shown in FIG. A read gate unit 42 is formed between the light receiving sensor unit 41 and the vertical transfer register 43.
[0025]
  On the transfer channel region 39, the channel stop region 44, and the readout gate portion 42, transfer electrodes 46 [46 a, 46 b] made of, for example, polycrystalline silicon having a two-layer structure are formed via the gate insulating film 45. A vertical transfer register 43 having a CCD structure is constituted by the gate insulating film 45 and the transfer electrode 46.
[0026]
  Further, a light shielding film 47 made of, for example, Al is formed on the entire surface excluding the opening of the light receiving sensor portion 41 through an interlayer insulating film 48 covering the transfer electrode 46.
[0027]
  The first conductivity type low impurity concentration epitaxial layer 33 is provided to reduce the so-called shutter voltage. By forming this epitaxial layer 33, the substrate voltage VsubTherefore, the shutter voltage can be easily reduced.
[0028]
  The first p-type semiconductor well region 34 serving as the overflow barrier region preferably has an impurity concentration of 1014-1016cm-3Within the range of
[0029]
  The thickness of the high resistance epitaxial layer 35 is 2 μm or more, preferably 5 μm or more, for example, about 10 μm. The impurity concentration of the high resistance epitaxial layer 35 is 1015cm-3Less than, for example, 1013cm-3It can be.
[0030]
  In the present embodiment, in particular, the region portion 35A corresponding to the pixel region of the high-resistance epitaxial layer 35, that is, the region portion 35A corresponding to the first p-type semiconductor well region 34 serving as the overflow barrier region is provided in the first region. The p-type semiconductor well region 34 is formed with the same conductivity type, and the peripheral region portion 35B of the high resistance epitaxial layer 35 is formed with the same conductivity type as that of the n-type semiconductor substrate 40.
[0031]
  The region portion 35A of the high-resistance epitaxial layer 35 has a lower impurity concentration than the first p-type semiconductor well region 34 serving as an overflow barrier region.-It is formed in a high resistance region. Further, the peripheral region portion 35B of the high-resistance epitaxial layer 35 is formed on the n-type semiconductor substrate 40.-N having a lower impurity concentration than the epitaxial layer 33 of-It is formed in a high resistance region.
[0032]
  N of the high resistance epitaxial layer 35-A protective transistor 51 similar to that described above is formed in the peripheral region portion 35B. This protection transistor 51 has n-A p-type base region 52 is formed in the peripheral region portion 35B, an n-type emitter region 53 is formed in the base region 52, and an n serving as a collector region is formed.-An n-type collector electrode extraction region 54 is formed in the region portion 35B, and a p-type base electrode extraction region 55 is formed in the base region 52. C is a collector terminal, B is a base terminal, and E is an emitter terminal.
[0033]
  In the solid-state imaging device 31, a first p-type semiconductor well region 34 serving as an overflow barrier region is formed at a depth at which infrared rays are sufficiently absorbed, and the high resistance epitaxial layer 35 reaching the overflow barrier region 34 is depleted. Thus, sensitivity can be obtained in the near infrared region.
[0034]
  According to the solid-state imaging device 31 having sensitivity also in the near infrared region according to the present embodiment, the region portion 35A corresponding to the overflow barrier region 34 of the high resistance epitaxial layer 35 is formed as a p-type, that is, Since the region including the region portion 35A of the high-resistance epitaxial layer and the overflow barrier region 34, which are depleted regions of the light receiving sensor unit 31, are all formed of p-type, the pixels adjacent to each other in the vertical direction shown in FIG. Without providing the internal p-type semiconductor region 25 for eliminating the hole charge at the position corresponding to, a potential dip with respect to the hole charge h does not occur as shown by the potential distribution III in FIG.
[0035]
  That is, without providing the internal p-type semiconductor region 25, the hole charge h generated by photoelectric conversion at a deep position in the high-resistance epitaxial layer 35 is not accumulated in the overflow barrier region 34, but is accumulated in the p-layer of the high-resistance epitaxial layer 35.-It can be discharged to the p-type channel stop region 44 on the surface through the region portion 35A. Thereby, the overflow barrier region 34 is completely depleted. Accordingly, problems such as reduction of the saturation charge amount Qs and shading do not occur, and the characteristics of each pixel can be made uniform. Further, the pixels can be further miniaturized as the internal p-type semiconductor region 25 can be omitted.
[0036]
  The peripheral region portion 35B of the high-resistance epitaxial layer 35 is n-type having the same conductivity type as the n-type semiconductor substrate 40.-Because it is formed inAs shown in FIG. 2, it was cut from the scribe line 57.Solid-state imaging chip scribeN-type semiconductor substrate 40 and n on the surface −− The peripheral region portion 35B of the surface is exposed and the scribe surfaceThe pn junction is not exposed to the scribesurfaceIn this case, no leakage current is generated between the n-type semiconductor substrate and GND.
[0037]
  Further, color mixing between pixels in the vertical direction can be prevented.
[0038]
  The above-described solid-state imaging device 31 according to the present embodiment is manufactured, for example, as follows.
[0039]
  FIG. 4 shows an example of the production method of the present invention. First, as shown in FIG. 4A, an n-type silicon semiconductor substrate 32 having a low impurity concentration and the same conductivity type as that of the substrate 32, for example.-An n-type semiconductor substrate 40 on which the epitaxial layer 33 is formed is provided. N of the n-type semiconductor substrate 40-A p-type impurity is introduced into the surface of the region corresponding to the pixel region of the epitaxial layer 33 to form a first p-type semiconductor well region 34 serving as an overflow barrier region.
[0040]
  In the formation of the first p-type semiconductor well region 34, in this example, as the p-type impurity, plural types of the same conductivity type impurities having different diffusion coefficients, for example, aluminum (Al) impurity and boron (B) impurity are ionized. Introduce by injection. Aluminum impurities have a smaller diffusion coefficient than boron impurities. The dose ratio to be introduced can be about Al: B = 10 to 100: 1.
[0041]
  Next, as shown in FIG. 4B, an n-type or non-doped (intrinsic semiconductor) high-resistance epitaxial layer 35 is grown on the entire surface of the n-type semiconductor substrate 40. During this epitaxial growth, boron impurities having a large diffusion coefficient are mainly diffused from the first p-type semiconductor well region 33 into the epitaxial layer. The p-type semiconductor well region, that is, the region portion 35A corresponding to the overflow barrier region 33 is p-Grows as a high resistance region.
[0042]
  The overflow barrier region 34 is mainly formed by aluminum impurities having a small diffusion coefficient.
[0043]
  Aluminum that is a p-type impurity has a small diffusion coefficient, a low solid solubility (so-called solubility), and a low activation rate in the silicon semiconductor. However, the overflow barrier region 34 has an impurity concentration of 1014-1016cm-3Therefore, aluminum can be used as an impurity for the overflow barrier region 34.
[0044]
  On the other hand, in the peripheral region portion 35B of the high-resistance epitaxial layer 35, n-type epitaxial growth or n.-By diffusion of n-type impurities from the epitaxial layer 33 into the epitaxial layer 35, n of the same conductivity type as the base 40 is obtained.-It becomes a high resistance region.
[0045]
  Next, p corresponding to the pixel region of the high resistance epitaxial layer 35 is formed.-N constituting the light receiving sensor 41 described above in the high resistance region 35A+Semiconductor region 36 and p+The positive charge accumulation region 37, the second p-type semiconductor well region 38, the n-type transfer channel region 39, and the p-type channel stop region 44 are formed by ion implantation, for example. Further, n around the high-resistance epitaxial layer 35-The p-type base region 52, the n-type emitter region 53, and the p-type that constitute the protection transistor 51 in the region portion 35B+Base electrode extraction region 55 and n+The collector electrode extraction region 54 is formed by ion implantation, for example.
[0046]
  Next, a gate insulating film 45 is formed on the entire surface so as to cover the surface, and a transfer electrode 46 made of a polycrystalline silicon layer is selectively formed thereon. Thereafter, the transfer electrode 46 is covered with an interlayer insulating film 48, and a light shielding film 47 made of Al or the like is formed thereon. An opening is formed in the light shielding film 47 at a portion corresponding to the light receiving sensor unit 41. Further, although not shown, an interlayer insulating film and a planarizing film are stacked, and a color filter and an on-chip microlens are formed on the planarizing film. In this way, the CCD solid-state imaging device 31 shown in FIG. 7 is obtained.
[0047]
  According to the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 4, the overflow barrier region 34 is formed by ion implantation of boron impurities having a large diffusion coefficient and aluminum impurities having a small diffusion coefficient as p-type impurities. During the growth of the non-doped high-resistance epitaxial layer 35, the region portion 35 </ b> A corresponding to the overflow barrier region 34 of the high-resistance epitaxial layer 35 is formed by p through out-diffusion of boron impurities from the overflow barrier region 34.-It can be a high resistance region. At the same time, in the peripheral region portion 35B of the high-resistance epitaxial layer 35, n-type epitaxial growth or non-doped epitaxial growth causes n-type impurity out-diffusion from the n-type semiconductor substrate 40 to cause n-It can be a high resistance region.
[0048]
  In addition, since the overflow barrier region 34 is mainly formed of aluminum impurities having a small diffusion coefficient, fluctuations in the thickness and impurity concentration of the overflow barrier region 34 are suppressed, and accordingly, variations in imaging element characteristics are unlikely to occur.
[0049]
  FIG. 5 shows another example of the production method of the present invention. First, as shown in FIG. 5A, for example, an n-type silicon semiconductor substrate 32 having n impurity concentration of the same conductivity type and low impurity concentration.-An n-type semiconductor substrate 40 on which the epitaxial layer 33 is formed is provided. This n-A first p-type semiconductor well region 34 serving as an overflow barrier region is formed on the surface of the region corresponding to the pixel region of the epitaxial layer 33 by implanting the same type of p-type impurity and implanting ions with different energy and impurity concentration. .
[0050]
  In this example, boron (B) impurity is used as an impurity, and the impurity concentration peak position R is located at a deep position with a high implantation energy, for example, an implantation energy of about 2 MeV.P1Impurity ion peak position R at a shallow position with a lower implantation energy, for example, an implantation energy of about 100 keV.P2Then, the second boron ion implanted portion 62 is implanted so that the overflow barrier region 34 is formed.
[0051]
  The first boron ion implantation part 61 has a higher impurity concentration than the second boron ion implantation part 62. For example, the ratio of the dose to be introduced may be about the first boron ion implantation part 61: the second boron ion implantation part 62 = 10 to 100: 1.
[0052]
  Next, as shown in FIG. 5B, an n-type or non-doped (intrinsic semiconductor) high-resistance epitaxial layer 35 is grown on the entire surface of the n-type semiconductor substrate 40. During this epitaxial growth, the region 35A corresponding to the overflow barrier region 34 of the high resistance epitaxial layer 35 is p by mainly out-diffusion of boron impurities from the second boron ion implanted portion 62 in the overflow barrier region 34.-Grows as a high resistance region. The overflow barrier region 34 is formed using the boron impurity of the first boron ion implanted portion 61 as a main impurity.
[0053]
  On the other hand, the peripheral region portion 35B of the high-resistance epitaxial layer 35 is formed by n-type epitaxial growth or in the case of non-doped epitaxial growth.-The n-type impurity out-diffusion from the epitaxial layer 33 causes n of the same conductivity type as the base 40.-It becomes a high resistance region. Next, in the same manner as described above, the CCD solid-state imaging device 31 shown in FIG. 7 is obtained.
[0054]
  According to the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 5, the overflow barrier region 34 is made of the same kind of impurities, in this example, boron impurities, and the first and second borons having different implantation energies and impurity concentrations. By forming the n-type or non-doped high-resistance epitaxial layer 35, the overflow barrier region 34 of the high-resistance epitaxial layer 35 is formed by out-diffusion from the second boron ion-implanted portion 62 when the n-type or non-doped high-resistance epitaxial layer 35 is grown. P corresponding to the area portion 35A corresponding to the upper side.-It can be a high resistance region. At the same time, in the peripheral region 35B of the high-resistance epitaxial layer 35, n-type epitaxial growth or n-type impurity out-diffusion from the substrate 40 in the case of non-doped epitaxial growth is performed.-It can be a high resistance region.
[0055]
  Further, the overflow barrier region 34 is mainly formed at the deep position R.P1Since the first boron ion implanted portion 61 is formed of boron impurities, fluctuations in the thickness and impurity concentration of the overflow barrier region 34 are suppressed, and variations in imaging element characteristics are unlikely to occur.
[0056]
  FIG. 6 shows still another example of the production method of the present invention. First, as shown in FIG. 6A, for example, on an n-type silicon semiconductor substrate 32, n of the same conductivity type and a low impurity concentration.-An n-type semiconductor substrate 40 on which the epitaxial layer 33 is formed is provided. This n-A first p-type semiconductor well region 34 serving as an overflow barrier region is formed on the surface of the region corresponding to the pixel region of the epitaxial layer 33 by, for example, ion implantation. In this example, boron impurities are ion-implanted to form the first p-type semiconductor well region 34.
[0057]
  Next, as shown in FIG. 6B, an n-type or non-doped (intrinsic semiconductor) high-resistance epitaxial layer 35 is grown on the entire surface of the n-type semiconductor substrate 40. During this epitaxial growth, the region portion 35A corresponding to the overflow barrier region 34 in the high-resistance epitaxial layer 35 becomes p due to impurity out-diffusion from the overflow barrier region 33.-Grows as a high resistance region. On the other hand, in the peripheral region portion 35B of the high-resistance epitaxial layer 35, n-type epitaxial growth or n.-An n-type impurity having the same conductivity type as that of the substrate 40 is obtained by out-diffusion of the n-type impurity from the epitaxial layer 33 to the epitaxial layer 35.-It becomes a high resistance region.
[0058]
  Next, in the same manner as described above, the CCD solid-state imaging device 31 shown in FIG. 7 is obtained.
[0059]
  Also in the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 6, when the high resistance epitaxial layer 35 is grown, the region portion 35A corresponding to the overflow barrier region 34 of the high resistance epitaxial layer 35 is formed by p.-A high resistance region is used, and the peripheral region portion 35B is n-It can be a high resistance region. However, in the example of FIG. 6, variations in the thickness and impurity concentration of the overflow barrier region 34 are likely to occur, and in this respect, the manufacturing method shown in FIGS. 4 and 5 is superior.
[0060]
  According to the manufacturing method according to each of the above-described embodiments, the peripheral portion of the chip of the high-resistance epitaxial layer is changed to the n-type region portion 35B by controlling the amount of impurity out-diffusion constituting the overflow barrier region 34, and the pixel The region portion 35A corresponding to the region can be a p-type region portion 35A.
[0061]
  Therefore, the pixel can be miniaturized without decreasing the above-described saturation charge amount Qs or increasing shading.Scribe surfaceTherefore, it is possible to easily manufacture a CCD solid-state imaging device that does not generate a leakage current between the semiconductor substrate and the ground (GND), and that has sensitivity in the near-infrared region with improved electrostatic strength of the protection transistor, that is, so-called protection capability it can.
[0062]
  In the example of FIGS. 4 and 5, a CCD solid state in which fluctuations in the thickness and impurity concentration of the overflow barrier region 34 during epitaxial growth are suppressed, variation in image pickup device characteristics is suppressed, yield is high, and sensitivity is also obtained in the near infrared region. The image sensor 31 can be manufactured.
[0063]
  In the above example, n is formed on the n-type semiconductor substrate 32.-An epitaxial layer 33 is formed.-The present invention can also be applied to a configuration in which the epitaxial layer 33 is omitted.
[0064]
  The solid-state imaging device of the present invention can also be applied to a solid-state imaging device other than a CCD solid-state imaging device, such as a CMOS sensor or an internal amplification sensor.
[0065]
  The solid-state imaging device of the present invention is not limited to the above-described example, and can take other various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0066]
【The invention's effect】
  According to the solid-state imaging device according to the present invention, the region corresponding to the impurity region serving as the overflow barrier region of the high-resistance epitaxial layer is formed with the second conductivity type that is the same conductivity type as the impurity region, By forming the peripheral region portion of the first conductivity type, which is the same conductivity type as the semiconductor substrate, one charge photoelectrically converted in the vicinity of the impurity region is discharged to the channel stop region on the surface without accumulating in the impurity region. Therefore, the pixel can be miniaturized without causing a decrease in the saturation charge amount Qs and an increase in shading.
[0067]
  In addition, solid-state imaging chipScribe surfaceIn FIG. 2, there is no exposure of the pn junction, and no leakage current is generated between the semiconductor substrate and the ground (GND).
[0068]
  Color mixing between pixels in the vertical direction can be prevented.
[0069]
  Moreover, it can avoid that the electrostatic strength of the protection transistor formed in a high resistance epitaxial peripheral region part falls. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device having a sensitivity in the near infrared region by the vertical overflow drain method with a high number of pixels and high reliability. In addition, it is possible to provide a solid-state image sensor that hardly causes variations in image sensor characteristics.
[0070]
  According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the solid-state imaging device can be manufactured with high yield. In addition, it is possible to manufacture a solid-state imaging device with a high yield by suppressing variations in the thickness and impurity concentration of the impurity region and thus suppressing variations in device characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a main part of an imaging region of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a pixel portion and a peripheral region of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
3 is a potential distribution diagram in the substrate thickness direction of AA portion of FIG. 1; FIG.
4A to 4B are manufacturing process diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
5A to 5B are manufacturing process diagrams illustrating another example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
6A to 6B are manufacturing process diagrams illustrating another example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of a solid-state imaging element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a pixel portion of a conventional solid-state image sensor.
9 is a cross-sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to Comparative Example 1. FIG.
10 is a plan view of a main part of an imaging region of a solid-state imaging device according to Comparative Example 2. FIG.
11 is a cross-sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to Comparative Example 2. FIG.
12 is a potential distribution diagram in the substrate thickness direction between pixels of Comparative Example 1. FIG.
13 is a potential distribution diagram in the substrate thickness direction between pixels of Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1, 31... Solid imaging device, 32... N-type semiconductor substrate, 32.-Epitaxial layer, 40 ... n-type semiconductor substrate, 34 ... Overflow barrier region (impurity region), 35 ... High-resistance epitaxial layer, 41 ... Light receiving sensor part, 42 ... Read gate part, 43 ... Vertical transfer register , 44 ... Channel stop region, 51 ... Protection transistor, 57 ... Scribe line

Claims (7)

第1導電型の半導体基体の画素領域に対応する領域部に形成されたオーバーフローバリア領域となる第2導電型の不純物領域と、
前記第2導電型の不純物領域上に形成された高抵抗エピタキシャル層による第2導電型の領域部と、
前記画素領域の周辺の領域部に対応する半導体基体上に形成された前記高抵抗エピタキシャル層による第1導電型の領域部とを有し、
固体撮像チップのスクライブ面に前記第1導電型の半導体基体及び前記第1導電型の領域部が露出し、該スクライブ面にpn接合部が露出されない構成とされて成る
ことを特徴とする固体撮像素子。
A second conductivity type impurity region serving as an overflow barrier region formed in a region corresponding to the pixel region of the first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type region formed by a high resistance epitaxial layer formed on the second conductivity type impurity region;
A first conductivity type region portion by the high resistance epitaxial layer formed on a semiconductor substrate corresponding to a region portion around the pixel region;
A solid-state imaging device characterized in that the first conductivity type semiconductor substrate and the first conductivity type region are exposed on a scribe surface of a solid-state imaging chip , and a pn junction is not exposed on the scribe surface. element.
前記第2導電型の不純物領域が、ボロン不純物を有する領域で形成されて成る
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the impurity region of the second conductivity type is formed of a region having boron impurities.
前記第2導電型の不純物領域が、アルミニウム不純物を含む領域で形成されて成る
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second conductivity type impurity region is formed of a region containing an aluminum impurity.
第1導電型の半導体基体の画素領域に対応する領域部に第2導電型の不純物を導入してオーバーフローバリア領域となる第2導電型の不純物領域を形成する工程と、
前記第2導電型の不純物領域を含む前記半導体基体上に、ノンドープ又は第1導電型の高抵抗エピタキシャル層を成長し、同時に前記不純物領域の第2導電型不純物を該高抵抗エピタキシャル層へ拡散して該高抵抗エピタキシャル層の前記不純物領域に対応する領域部を第2導電型にし、前記半導体基体の第1導電型不純物を該高抵抗エピタキシャル層へ拡散して該高抵抗エピタキシャル層の前記画素領域の周辺に対応する領域部を第1導電型にする工程を有し、
固体撮像チップのスクライブ面に前記第1導電型の半導体基体及び前記第1導電型の領域部が露出し、該スクライブ面にpn接合部が露出しない構成とする
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
Introducing a second conductivity type impurity into a region corresponding to the pixel region of the first conductivity type semiconductor substrate to form a second conductivity type impurity region serving as an overflow barrier region;
A non-doped or first conductivity type high resistance epitaxial layer is grown on the semiconductor substrate including the second conductivity type impurity region, and at the same time, the second conductivity type impurity in the impurity region is diffused into the high resistance epitaxial layer. The region corresponding to the impurity region of the high-resistance epitaxial layer is made to have the second conductivity type , and the first conductivity-type impurity of the semiconductor substrate is diffused into the high-resistance epitaxial layer to thereby form the pixel region of the high-resistance epitaxial layer. A region corresponding to the periphery of the first conductive type ,
A solid-state imaging device , wherein the first conductive type semiconductor substrate and the first conductive type region are exposed on a scribe surface of a solid-state imaging chip, and a pn junction is not exposed on the scribe surface . Production method.
同一種類の不純物を打ち込みエネルギー及び不純物濃度を異ならしてイオン注入して前記第2導電型の不純物領域を形成する
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。
5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the second conductivity type impurity region is formed by implanting ions of the same type with different energies and impurity concentrations.
拡散係数の異なる複数種の不純物をイオン注入して前記第2導電型の不純物領域を形成する
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。
5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein a plurality of types of impurities having different diffusion coefficients are ion-implanted to form the second conductivity type impurity region.
アルミニウム不純物とボロン不純物をイオン注入して前記第2導電型の不純物領域を形成する
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the impurity region of the second conductivity type is formed by ion implantation of an aluminum impurity and a boron impurity.
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