JP4490075B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
Solid-state imaging device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4490075B2 JP4490075B2 JP2003367161A JP2003367161A JP4490075B2 JP 4490075 B2 JP4490075 B2 JP 4490075B2 JP 2003367161 A JP2003367161 A JP 2003367161A JP 2003367161 A JP2003367161 A JP 2003367161A JP 4490075 B2 JP4490075 B2 JP 4490075B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vertical transfer
- electrode
- conductivity type
- impurity layer
- impurity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
本発明は、受光部の各画素に複数の異なる特性の光電変換素子(フォトダイオード)を有する固体撮像素子、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements (photodiodes) having different characteristics in each pixel of a light receiving unit, and a method for manufacturing the same.
固体撮像素子として、電荷結合装置(CCD)を用いて信号電荷を転送するCCD固体撮像素子や感光素子からの画像信号をMOSトランジスタで増幅した後出力するMOS型固体撮像素子等が知られている。感光素子としては、主にフォトダイオードが用いられ、受光領域内に多数の画素が行列状に配置される。感光素子の配列は、行方向および列方向にそれぞれ一定ピッチで正方行列的に配列される場合や行方向および列方向に1つおきに位置をずらして(例えば1/2ピッチずつずらして)配列されるハニカム配列がある。 Known solid-state imaging devices include CCD solid-state imaging devices that transfer signal charges using a charge-coupled device (CCD), MOS-type solid-state imaging devices that amplify an image signal from a photosensitive device, and output the amplified signal. . A photodiode is mainly used as the photosensitive element, and a large number of pixels are arranged in a matrix in the light receiving region. The photosensitive elements are arranged in a square matrix at a constant pitch in the row direction and the column direction, or every other position in the row direction and the column direction (for example, shifted by 1/2 pitch). There is a honeycomb arrangement.
受光部に異なる感度で受光を行う高感度受光部(高感度フォトダイオード)と低感度受光部(低感度フォトダイオード)を備えた固体撮像素子が提案されている。(たとえば、特許文献1参照。)これら感度の異なるフォトダイオードから得られる信号を合成することで、広いダイナミックレンジをもつ画像信号を実現することが可能である。
A solid-state imaging device has been proposed that includes a high-sensitivity light-receiving part (high-sensitivity photodiode) that receives light with different sensitivities in the light-receiving part and a low-sensitivity light-receiving part (low-sensitivity photodiode). (For example, refer to
本発明の目的は、同一画素内に感度の異なる2つのフォトダイオードを備えるハニカム構造の固体撮像素子であって、2つのフォトダイオードが各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有する固体撮像素子及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is a solid-state imaging element having a honeycomb structure including two photodiodes having different sensitivities in the same pixel, and the two photodiodes have a similar impurity distribution profile for each readout electrode. An imaging device and a manufacturing method thereof are provided.
本発明の一観点によれば、(a)第1導電型の半導体基板の主面から、第1導電型とは逆の第2導電型の不純物を添加して第2導電型のウエルを形成する工程と、(b)前記ウエル内に、菱形状の画素領域をハニカム状に残すように列方向に蛇行する第1導電型の複数の垂直CCDチャネルを形成する工程と、(c)複数の前記垂直CCDチャネルの上方を覆うように、複数の垂直転送電極を形成する工程と、(d)前記垂直転送電極をマスクの一部として、前記ウエル内の画素領域に、第1導電型の不純物を前記主面の法線方向と交差する第1の方向からイオン注入することによって、各画素領域内に第1及び第2の不純物層を形成する工程と、(e)前記第1及び第2の不純物層の間に第2導電型の分離用不純物層を形成する工程と、(f)前記ウエル内に、第2導電型の不純物を前記主面の法線方向と交差する第2の方向からイオン注入することによって、前記第1、第2及び分離用不純物層の上方に、第2導電型の埋め込み用不純物層を形成する工程とを有し、前記第1及び第2の不純物層は、各画素領域内で相互に感度の異なる2つの光電変換素子を構成し、前記第1及び第2の不純物層に蓄積された信号電荷はそれぞれ、前記複数の垂直転送電極のうちの第1の垂直転送電極、及び第2の垂直転送電極の下方の前記垂直CCDチャネルに読み出され、前記工程(d)において、前記第1の方向の前記主面への正射影の向きを第3の方向と呼ぶとき、前記第1の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角と、前記第2の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角とを等しくし、前記工程(f)において、前記第2の方向の前記主面への正射影の向きを第4の方向と呼ぶとき、前記第1の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角と、前記第2の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角とを等しくする固体撮像素子の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) a second conductivity type well is formed by adding an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type from the main surface of the first conductivity type semiconductor substrate. And (b) forming a plurality of first conductivity type vertical CCD channels meandering in the column direction so as to leave a rhomboid pixel region in a honeycomb shape in the well; and (c) a plurality of Forming a plurality of vertical transfer electrodes so as to cover the vertical CCD channel; and (d) a first conductivity type impurity in the pixel region in the well using the vertical transfer electrodes as a part of a mask. Forming a first impurity layer and a second impurity layer in each pixel region by ion implantation from a first direction intersecting a normal direction of the main surface; and (e) the first and second layers. Forming a second conductivity type separation impurity layer between the two impurity layers; ) By implanting ions of a second conductivity type into the well from a second direction intersecting with the normal direction of the main surface, the first, second and isolation impurity layers are formed above the first impurity layer. Forming a two-conductivity type buried impurity layer, wherein the first and second impurity layers constitute two photoelectric conversion elements having different sensitivities in each pixel region, and And the signal charges accumulated in the second impurity layer are respectively read out to the first vertical transfer electrode of the plurality of vertical transfer electrodes and the vertical CCD channel below the second vertical transfer electrode, In the step (d), when the direction of the orthogonal projection of the first direction onto the main surface is referred to as a third direction, an edge facing the pixel region of the first vertical transfer electrode and the third direction and the angle between the direction, the surface in the pixel region of the second vertical transfer electrodes Edges and equal the angle between the third direction, in the step (f), when calling orthogonal projection direction to said principal surface in a second direction and the fourth direction, the first An angle formed by an edge of the first vertical transfer electrode facing the pixel region and the fourth direction, and an angle formed by an edge of the second vertical transfer electrode facing the pixel region and the fourth direction. A method for manufacturing an equalized solid-state imaging device is provided.
上記の製造方法によれば、1画素内の感度の異なる2つのフォトダイオードが、各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有するハニカム構造の固体撮像素子を製造することができる。 According to the above manufacturing method, it is possible to manufacture a solid-state imaging device having a honeycomb structure in which two photodiodes having different sensitivities in one pixel have the same impurity distribution profile for each readout electrode.
また、本発明の他の観点によれば、行方向及び列方向にハニカム配列された複数の菱形状の画素領域、列方向の前記画素領域に沿って配置された複数の垂直転送チャネル、及び前記複数の垂直転送チャネルの端部に設けられた水平転送チャネルとを備える半導体基板と、前記複数の垂直転送チャネル上方に形成された複数の垂直転送電極と、前記水平転送チャネル上方に形成された複数の水平転送電極とを有し、前記画素領域は、相対的に感度の高い第1の光電変換素子を構成する第1導電型の第1の不純物層と、相対的に感度の低い第2の光電変換素子を構成する第1導電型の第2の不純物層と、前記第1及び第2の不純物層の上方に形成された、第1導電型とは逆の第2導電型の埋め込み用不純物層とを含み、前記第1の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第1の光電変換素子の読み出し電極である第1の電極の下方の領域を含む領域に形成され、前記第2の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第2の光電変換素子の読み出し電極である第2の電極の下方の領域を含む領域に形成され、前記埋め込み用不純物層は、前記第1及び第2の電極の下方の領域を含まない領域に形成され、前記第1及び第2の不純物層は、前記第1導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第1の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第1の方向の前記主面への正射影の向きを第3の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、前記埋め込み用不純物層は、前記第2導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第2の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第2の方向の前記主面への正射影の向きを第4の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、前記第1、第2の光電変換素子は、各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有し、前記第1の光電変換素子の読み出し電圧と、前記第2の光電変換素子の読み出し電圧とが等しい固体撮像素子が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, a plurality of rhomboid pixel regions arranged in a honeycomb direction in a row direction and a column direction, a plurality of vertical transfer channels arranged along the pixel region in a column direction, and the A semiconductor substrate including a horizontal transfer channel provided at an end of the plurality of vertical transfer channels; a plurality of vertical transfer electrodes formed above the plurality of vertical transfer channels; and a plurality formed above the horizontal transfer channel. The pixel region includes a first impurity layer of a first conductivity type constituting a first photoelectric conversion element having a relatively high sensitivity, and a second pixel having a relatively low sensitivity. A first conductivity type second impurity layer constituting a photoelectric conversion element, and a second conductivity type embedding impurity opposite to the first conductivity type, formed above the first and second impurity layers. And the first impurity layer includes a front layer Of the plurality of vertical transfer electrodes, the second impurity layer is formed in a region including a region below the first electrode which is a readout electrode of the first photoelectric conversion element, and the second impurity layer is formed of the plurality of vertical transfer electrodes. The buried impurity layer is formed in a region including a region below the second electrode which is a readout electrode of the second photoelectric conversion element, and the burying impurity layer does not include a region below the first and second electrodes. The first and second impurity layers are formed by ion-implanting the first conductivity type impurity from a first direction intersecting a normal direction of the main surface of the semiconductor substrate. , When the direction of orthogonal projection of the first direction onto the main surface is the third direction, the angle formed by the edge of the first electrode facing the pixel region and the third direction, An angle formed by an edge of the second electrode facing the pixel region and the third direction; The buried impurity layer is formed by ion-implanting the second conductivity type impurity from a second direction intersecting a normal direction of the main surface of the semiconductor substrate. When the direction of the orthogonal projection of the second direction onto the main surface is the fourth direction, the angle formed by the edge of the first electrode facing the pixel region and the fourth direction, Formed by equalizing the angle formed between the edge of the two electrodes facing the pixel region and the fourth direction, and the first and second photoelectric conversion elements are similar to each readout electrode. A solid-state imaging device having an impurity distribution profile and having a read voltage of the first photoelectric conversion element equal to a read voltage of the second photoelectric conversion element is provided.
更に、本発明の他の観点によれば、行方向及び列方向にハニカム配列された複数の菱形状の画素領域、列方向の前記画素領域に沿って配置された複数の垂直転送チャネル、及び前記複数の垂直転送チャネルの端部に設けられた水平転送チャネルとを備える半導体基板と、前記複数の垂直転送チャネル上方に形成された複数の垂直転送電極と、前記水平転送チャネル上方に形成された複数の水平転送電極とを有し、前記画素領域は、相対的に感度の高い第1の光電変換素子を構成する第1導電型の第1の不純物層と、相対的に感度の低い第2の光電変換素子を構成する第1導電型の第2の不純物層と、前記第1及び第2の不純物層の上方に形成された、第1導電型とは逆の第2導電型の埋め込み用不純物層とを含み、前記第1の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第1の光電変換素子の読み出し電極である第1の電極の下方の領域を含まない領域に形成され、前記第2の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第2の光電変換素子の読み出し電極である第2の電極の下方の領域を含まない領域に形成され、前記埋め込み用不純物層は、前記第1の電極の下方の領域及び前記第2の電極の下方の領域を含む領域に形成され、前記第1及び第2の不純物層は、前記第1導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第1の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第1の方向の前記主面への正射影の向きを第3の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、前記埋め込み用不純物層は、前記第2導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第2の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第2の方向の前記主面への正射影の向きを第4の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、前記第1、第2の光電変換素子は、各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有し、前記第1及び第2の光電変換素子の電荷読み出し時にブルーミングを抑止することのできる固体撮像素子が提供される。 Furthermore, according to another aspect of the present invention, a plurality of rhombic pixel regions arranged in a honeycomb direction in a row direction and a column direction, a plurality of vertical transfer channels arranged along the pixel region in a column direction, and the A semiconductor substrate including a horizontal transfer channel provided at an end of the plurality of vertical transfer channels; a plurality of vertical transfer electrodes formed above the plurality of vertical transfer channels; and a plurality formed above the horizontal transfer channel. The pixel region includes a first impurity layer of a first conductivity type constituting a first photoelectric conversion element having a relatively high sensitivity, and a second pixel having a relatively low sensitivity. A first conductivity type second impurity layer constituting a photoelectric conversion element, and a second conductivity type embedding impurity opposite to the first conductivity type, formed above the first and second impurity layers. And the first impurity layer includes a front layer Of the plurality of vertical transfer electrodes, the second impurity layer is formed in a region not including a region below the first electrode which is a readout electrode of the first photoelectric conversion element, and the second impurity layer is formed of the plurality of vertical transfer electrodes. Of these, the buried impurity layer is formed in a region not including a region below the second electrode which is a readout electrode of the second photoelectric conversion element, and the burying impurity layer includes the region below the first electrode and the second electrode. The first and second impurity layers are formed in a region including a region below the electrode, and the first conductivity type impurity is introduced from a first direction intersecting a normal direction of the main surface of the semiconductor substrate. In the ion implantation, when the direction of orthogonal projection onto the main surface in the first direction is the third direction, the edge facing the pixel region of the first electrode and the third electrode An angle formed by a direction and an edge facing the pixel region of the second electrode; The burying impurity layer is formed by making the angle formed with the third direction equal to each other, and the burying impurity layer causes the second conductivity type impurity to cross the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate. In the ion implantation, when the direction of orthogonal projection onto the main surface in the second direction is the fourth direction, the edge facing the pixel region of the first electrode and the first 4 and the angle formed between the edge of the second electrode facing the pixel region and the fourth direction, the first and second photoelectric conversion elements. Provides a solid-state imaging device having a similar impurity distribution profile for each readout electrode, and capable of suppressing blooming during charge readout of the first and second photoelectric conversion elements.
これらの固体撮像素子は、1画素内の感度の異なる2つのフォトダイオードが、各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有するハニカム構造の固体撮像素子である。 These solid-state imaging devices are honeycomb-structured solid-state imaging devices in which two photodiodes having different sensitivities in one pixel have the same impurity distribution profile for each readout electrode.
本発明によれば、同一画素内に感度の異なる2つのフォトダイオードを備えるハニカム構造の固体撮像素子であって、2つのフォトダイオードが各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有する固体撮像素子及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a solid-state imaging device having a honeycomb structure including two photodiodes having different sensitivities in the same pixel, the two photodiodes having a similar impurity distribution profile with respect to each readout electrode. An imaging device and a manufacturing method thereof can be provided.
図1(A)及び(B)は、それぞれ固体撮像素子の構造及びその製造方法の一部を説明するための概略的な平面図及び断面図である。 1A and 1B are a schematic plan view and a cross-sectional view, respectively, for explaining a part of a structure of a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
図1(A)を参照する。各画素30は、遮光膜の開口部8を通過して入射する光の量に応じた信号電荷を生成、蓄積するフォトダイオード42を含んで形成される。画素30の右側に、垂直CCDチャネル2が配置される。垂直CCDチャネル2の上方には、垂直転送電極40,41が形成される。フォトダイオード42で生成、蓄積された信号電荷は、垂直転送電極40,41に印加される駆動信号(転送電圧)によって、垂直CCDチャネル2内を、全体として列方向(垂直方向、図の下方向)に転送される。素子分離領域1は、列方向(垂直方向)に存在する複数の画素30及び列方向(垂直方向)に延在する垂直CCDチャネル2に沿って設けられ、それらを隣の列のそれらと電気的に分離する。図中の矢印X、Y方向については後述する。
Reference is made to FIG. Each
図1(B)は、図1(A)の1B−1B線に沿った断面図である。たとえばシリコン基板であるn型の半導体基板18の一表面に、p型ウエル17が形成されている。p型ウエル17の表面近傍に、n型不純物層42aが形成され、フォトダイオード42を構成している。p+型不純物層12は、フォトダイオード42(n型不純物層42a)を基板表面から離して埋め込む埋め込み領域である。
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B in FIG. For example, a p-
n型不純物層42aの近傍に、n型の不純物が添加された領域である垂直CCDチャネル2が配置されている。
In the vicinity of the n-type impurity layer 42a, the
半導体基板18表面上にはゲート絶縁膜11が形成され、その上にたとえばポリシリコンで形成された垂直転送電極40,41が形成される。垂直転送電極40,41は、垂直CCDチャネル2の上方を覆うように配置される。図中左側部分におけるn型不純物層42aと垂直転送電極41の下方の垂直CCDチャネル2と両者の間のp型ウエル17が、フォトダイオード42から垂直CCDチャネル2への読み出しトランジスタを構成する。
A
垂直転送電極40,41の上方に、絶縁膜を介して遮光膜9が形成される。遮光膜9は画素30内のフォトダイオード42上方に開口部8を有し、受光部に入射する光は、開口部8からフォトダイオード42に入射する。
A
n型不純物層42a及びp+型不純物層12は、それぞれn型、p型の不純物をイオン注入することにより形成される。イオン注入は、垂直転送電極40,41を形成した後、それらをマスクとして自己整合的に行われる。
The n-type impurity layer 42a and the p + -
n型不純物層42a及びp+型不純物層12の不純物濃度プロファイル形成のためのイオン注入は、シリコン結晶に対するチャネリングの防止を目的とするとともに、両者が形成される位置をコントロールするため、半導体基板18(シリコン基板)の法線方向から数度傾いた所定の方向から行う。たとえばn型不純物層42aを形成する際には、図1(A)において半導体基板18の法線方向(紙面手前方向)から傾けて矢印X方向からイオン注入を行い、p+型不純物層12を形成する際には、逆方向に傾けた矢印Y方向からイオン注入を行う。
The ion implantation for forming the impurity concentration profiles of the n-type impurity layer 42a and the p + -
矢印X方向からn型不純物のイオン注入を行うことにより、図1(B)に示すように、n型不純物層42aが、垂直転送電極41の下部領域に入り込むように形成される。一方、矢印Y方向からp型不純物のイオン注入を行うことにより、p+型不純物層12が、垂直転送電極41の端部から離れた位置に形成される。図1(B)においては、これらの様子を矢印で示してある。
By performing ion implantation of n-type impurities from the arrow X direction, an n-type impurity layer 42a is formed so as to enter the lower region of the
このようにn型不純物層42aとp+型不純物層12の形成位置を制御することにより、フォトダイオード42に蓄積された信号電荷を垂直CCDチャネル2に読み出すための電圧(空乏化電圧)の低減や、大光量入射時に垂直CCDチャネル2に電荷が溢れ出てしまうブルーミング現象の抑制が可能となる。
Thus, by controlling the formation positions of the n-type impurity layer 42 a and the p + -
なお、n型不純物層42a及びp+型不純物層12を形成する際の不純物のイオン注入においては、フォトダイオード42で生成された信号電荷の読み出し電極である垂直転送電極41に対して、注入方向を定めている。
In the ion implantation of impurities when forming the n-type impurity layer 42 a and the p + -
図2(A)及び(B)は、それぞれ高感度受光部(高感度フォトダイオード)と低感度受光部(低感度フォトダイオード)が同一画素内に形成されている固体撮像素子の概略的な平面図及び断面図である。 FIGS. 2A and 2B are schematic plan views of a solid-state imaging device in which a high-sensitivity light-receiving part (high-sensitivity photodiode) and a low-sensitivity light-receiving part (low-sensitivity photodiode) are formed in the same pixel, respectively. It is a figure and sectional drawing.
図2(A)に、固体撮像素子の受光部の一部を概略的に示す。図2(A)には、複数の画素30が示されている。各画素30は、異なる面積の受光領域を有し、感度の異なる2つのフォトダイオードである高感度フォトダイオード6及び低感度フォトダイオード5、更に両フォトダイオード間に設けられたフォトダイオード間素子分離領域7を含んで形成される。高感度フォトダイオード6は相対的に広い面積を有し、主たる感光部を構成する。低感度フォトダイオード5は相対的に狭い面積を有し、従たる感光部を構成する。後述するが、高感度フォトダイオード6上方の遮光膜の開口率は、低感度フォトダイオード5上方のそれよりも大きい。高感度フォトダイオード6及び低感度フォトダイオード5は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する。フォトダイオード間素子分離領域7は、1画素内にある2つのフォトダイオード(高感度フォトダイオード6及び低感度フォトダイオード5)を電気的に分離する。
FIG. 2A schematically shows a part of the light receiving portion of the solid-state imaging device. FIG. 2A shows a plurality of
画素30の右側に、垂直CCDチャネル2が配置されている。垂直CCDチャネル2の上方に、垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)4及び垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)3が形成されている。
A
垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)4は、高感度フォトダイオード6から垂直CCDチャネル2への電荷読み出しを制御する。また、垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)3は、低感度フォトダイオード5から垂直CCDチャネル2への電荷読み出しを制御する。両垂直転送電極3,4には駆動信号(転送電圧)が印加され、各画素30から垂直CCDチャネル2に読み出された信号電荷を、全体として垂直方向(図2(A)においては、下方向)に転送する。ただし、高感度フォトダイオード6から読み出された信号電荷と、低感度フォトダイオード5から読み出された信号電荷とは、別々に転送される。
The vertical transfer electrode (high-sensitivity photodiode read gate electrode) 4 controls charge read from the high-
素子分離領域1は、列方向(垂直方向)に存在する複数の画素30及び列方向(垂直方向)に延在する垂直CCDチャネル2に沿って設けられ、それらを隣の列のそれらと電気的に分離する。
The
受光部においては、2つの垂直転送電極3,4の上方が、開口部8を有する遮光膜9で覆われている。遮光膜9は、受光部において、画素30以外の領域に光が入射することを防止する。遮光膜9の開口部8は、各画素30の上方に形成される。また、高感度フォトダイオード6上方の開口率は高く、低感度フォトダイオード5上方の開口率は低くなるように形成される。受光部に入射した光は、開口部8を通って各画素30に入射する。
In the light receiving portion, the upper portions of the two
なお、図示した構成はハニカム構造の画素配列であり、図示した複数の画素30は、縦方向及び横方向に半ピッチずれた位置に配置されている。
Note that the illustrated configuration is a pixel structure having a honeycomb structure, and the plurality of
図2(B)は、図2(A)の2B−2B線に沿った断面図である。たとえばn型の半導体基板18の一表面に、p型ウエル17が形成されている。p型ウエル17の表面近傍に、2つのn型不純物層5a,6aが形成され、フォトダイオードを構成している。相対的に大きな(高感度フォトダイオード)n型不純物層6aは、高感度フォトダイオード6を構成し、相対的に小さな(低感度フォトダイオード)n型不純物層5aは、低感度フォトダイオード5を構成する。フォトダイオード間素子分離領域7は、p型不純物を添加することによって形成され、前述のように、(高感度フォトダイオード)n型不純物層6aと(低感度フォトダイオード)n型不純物層5aとを電気的に分離する。p+型不純物層12は、2つのフォトダイオード5,6を基板表面から離して埋め込む埋め込み領域である。
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along
フォトダイオードを構成するn型不純物層5a,6aの近傍に、n型の不純物が添加された領域である垂直CCDチャネル2が配置されている。
In the vicinity of the n-type impurity layers 5a and 6a constituting the photodiode, a
半導体基板18表面上には、たとえば熱酸化による酸化シリコン膜、その上にたとえばCVDによる窒化シリコン膜、たとえばこの窒化シリコン膜表面を熱酸化して得られる酸化シリコン膜が、下からこの順に積層されたONO膜で作られたゲート絶縁膜11が形成され、その上にたとえばポリシリコンで形成された垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)4及び垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)3が形成される。各垂直転送電極3,4は、垂直CCDチャネル2の上方を覆うように配置されている。(高感度フォトダイオード)n型不純物層6aと垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)4の下方の垂直CCDチャネル2と両者の間のp型ウエル17が、高感度フォトダイオード6から垂直CCDチャネル2への読み出しトランジスタを構成する。また、(低感度フォトダイオード)n型不純物層5aと垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)3の下方の垂直CCDチャネル2と両者の間のp型ウエル17が、低感度フォトダイオード5から垂直CCDチャネル2への読み出しトランジスタを構成する。このため、2つのフォトダイオード5,6(n型不純物層5a,6a)からの信号電荷は、それぞれ異なる方向へ読み出される。
On the surface of the
各垂直転送電極3,4の上方に、絶縁膜を介して遮光膜9が、たとえばタングステンにより形成される。遮光膜9は画素30内の2つのフォトダイオード5,6上方に開口部8を有し、受光部に入射する光19は、開口部8から2つのフォトダイオード5,6に入射する。フォトダイオード間素子分離領域7を形成することにより、2つのフォトダイオード5,6の各々に一旦蓄積された電荷がその後混合することを防止することができる。
A
図3(A)は、図2(A)に示す受光部を有する固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、図3(B)は、固体撮像素子を含んだ固体撮像装置の主要部を示す概略的なブロック図である。 3A is a schematic plan view showing the configuration of the solid-state imaging device having the light receiving section shown in FIG. 2A, and FIG. 3B is a diagram of a solid-state imaging device including the solid-state imaging device. It is a schematic block diagram which shows the principal part.
図3(A)を参照する。固体撮像素子は、たとえばハニカム配列され、各々2つのフォトダイオードを含む複数の画素30、垂直CCDチャネル2(及びその上方の垂直転送電極3,4)を含んで構成される垂直CCD部、垂直CCD部に電気的に結合された水平CCD部66、CCDを駆動するための配線を有する駆動部65、及び水平CCD部66の端部に設けられ、水平CCD部66からの出力電荷信号を増幅する増幅回路部67を含んで構成される。
Reference is made to FIG. The solid-state imaging device is, for example, a honeycomb array, a vertical CCD unit including a plurality of
画素30において、高感度または低感度フォトダイオードのいずれかに入射した光量に応じて発生、蓄積された信号電荷は、垂直CCDチャネル2に読み出され、垂直CCDチャネル2内を、全体として水平CCD部66に向かう方向(垂直方向)に転送される。信号電荷は、駆動部65から供給される駆動信号(転送電圧)によって垂直CCDチャネル2内を転送される。垂直CCDチャネル2の末端まで転送された信号電荷は、水平CCD部66内(水平CCD部66は、水平CCDチャネル及びその上方の水平転送電極を含んで構成される。)の水平CCDチャネル内を水平方向に転送され、増幅回路部67で増幅されて外部に取り出される。
In the
図3(B)を参照する。半導体チップで構成され、受光部と周辺回路領域とを含み、画素内の2種類のフォトダイオードごとに入射した光量に応じて信号電荷を発生して、発生した信号電荷に基づく画像信号をそれぞれ別々に転送し、供給する固体撮像素子51、固体撮像素子51を駆動するための駆動信号(転送電圧等)を発生し、固体撮像素子51に供給する駆動信号発生装置52、固体撮像素子51から供給される2種類の画像信号(高感度フォトダイオード6及び低感度フォトダイオード5に由来する画像信号)にノイズ低減、ホワイトバランス、データ圧縮等の処理を行う出力信号処理装置53、出力信号処理装置53に接続され、画像信号を記憶する、たとえば記憶カードである記憶装置54、画像信号を表示する、たとえば液晶表示装置である表示装置55、画像信号を外部に伝送するインターフェイスである伝送装置56、必要に応じて画像信号を表示するテレビジョン57を含んで、固体撮像装置は構成される。
Reference is made to FIG. A semiconductor chip, which includes a light receiving portion and a peripheral circuit region, generates signal charges according to the amount of light incident on each of two types of photodiodes in a pixel, and separately generates image signals based on the generated signal charges. The solid-state imaging device 51 that is transferred to and supplied to the solid-state imaging device, and a drive signal (transfer voltage or the like) for driving the solid-state imaging device 51 is generated and supplied from the solid-state imaging device 51. Output
駆動信号発生装置52から固体撮像素子51に供給される信号は、水平CCD駆動信号、垂直CCD駆動信号、出力アンプ駆動信号及び基板バイアス信号等である。また、高感度フォトダイオード6の蓄積電荷を読み出す信号と、低感度フォトダイオード5の蓄積電荷を読み出す信号を供給する。
Signals supplied from the drive signal generator 52 to the solid-state imaging device 51 are a horizontal CCD drive signal, a vertical CCD drive signal, an output amplifier drive signal, a substrate bias signal, and the like. Further, a signal for reading out the accumulated charge of the
記憶装置54は、出力信号処理装置53から画像信号を受け、記憶する2つの領域を有する。一方の領域は、高感度フォトダイオード6に基づく画像信号を記憶し、他方の領域は低感度フォトダイオード5に基づく画像信号を記憶する。
The storage device 54 has two areas for receiving and storing image signals from the output
受光部に高感度フォトダイオード6と低感度フォトダイオード5とを用いることで、ダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。
By using the high-
しかし、図2(A)及び(B)を参照して既述したように、高感度フォトダイオード6と低感度フォトダイオード5を同一画素30内に備えるハニカム構造の固体撮像素子の場合、一方の垂直転送電極3によって低感度フォトダイオード5からの信号電荷を、他方の垂直転送電極4によって高感度フォトダイオード6からの信号電荷を読み出す構造になる。このため読み出し電極が2つ必要である。
However, as described above with reference to FIGS. 2A and 2B, in the case of the solid-state imaging device having the honeycomb structure in which the high-
低感度フォトダイオード5及び高感度フォトダイオード6の形成されているp型ウエル17の上方において、これら2つの読み出し電極(垂直転送電極3,4)の縁は、半導体基板18の法線方向から見たとき、p型ウエル17をほぼ菱形状に露出させるように形成されている。したがって、不純物のイオン注入を行い、高感度フォトダイオード6(n型不純物層6a)及び低感度フォトダイオード5(n型不純物層5a)を形成する際には、たとえばどちらか一方の読み出し電極に対して不純物のイオン注入の方向を決定してイオン注入を行い、感度の異なる2つのフォトダイオード(高感度フォトダイオード6及び低感度フォトダイオード5)を形成すると、それらはそれぞれの読み出しゲートに対して、不純物分布プロファイルに差を生じてしまう。このため垂直CCDチャネル2に読み出す電圧やブルーミングの抑制などにおいて、両者間で大きな差が生じることがある。
Above the p-type well 17 where the low-
そこで本願発明者らは、まず、感度の異なる2つのフォトダイオードを同一画素内に備える固体撮像素子において、表示の白傷を防止するために、2つのフォトダイオードを形成し、その上方にp+型不純物層を埋め込み形成して2つのフォトダイオードを半導体基板表面から離すことを考えた。また、p+型不純物層による各フォトダイオードの信号電荷の読み出し電圧の増大を防止するため、p+型不純物層を各読み出し電極の下方の領域以外の領域に形成することを考えた。更に、感度の異なる2つのフォトダイオードのそれぞれの読み出し電圧がほぼ等しくなるように2つのフォトダイオードを形成することを考えた。 Therefore, the inventors of the present application first formed two photodiodes in the solid-state imaging device having two photodiodes having different sensitivities in the same pixel, and formed p + above the photodiodes in order to prevent display white spots. It was considered that the two photodiodes were separated from the surface of the semiconductor substrate by embedding a type impurity layer. In order to prevent an increase in the read voltage of the signal charges of the photodiode according to the p + -type impurity layer was considered to form a p + -type impurity layer in a region other than the region below the respective readout electrodes. Furthermore, it was considered to form two photodiodes so that the read voltages of the two photodiodes having different sensitivities are approximately equal.
図4(A)〜(D)は、第1の実施例による固体撮像素子の製造方法を説明するための概略的な平面図及び断面図である。 4A to 4D are a schematic plan view and a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment.
図4(A)を参照する。たとえばn型のシリコン基板である半導体基板18を準備し、その表面から逆導電型であるp型の不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、p型ウエル17を形成する。
Reference is made to FIG. For example, a
p型ウエル17の表面近傍にn型不純物、たとえばリン、ヒ素またはアンチモンをイオン注入し、ほぼ菱形状の画素領域をハニカム状に残すように列方向に蛇行する垂直CCDチャネル2を形成する。イオン注入は、たとえば加速エネルギ10keV〜200keV、ドーズ量5.0×1011〜1.0×1014cm−2で行う。
An n-type impurity such as phosphorus, arsenic or antimony is ion-implanted in the vicinity of the surface of the p-type well 17 to form a
また、p型不純物、たとえばホウ素、ガリウム、またはインジウムをイオン注入することで、素子分離領域(素子分離領域1は、図4(B)に現れる。)を形成する。イオン注入は、たとえば加速エネルギ50keV〜1000keV、ドーズ量1.0×1011〜1.0×1013cm−2で行う。
In addition, an element isolation region (the
半導体基板18表面上にゲート絶縁膜11を形成する。ゲート絶縁膜11は、たとえば熱酸化によるシリコン酸化膜(厚さはたとえば50Å〜300Å)、その上にたとえばCVDで形成されたシリコン窒化膜(厚さはたとえば100Å〜1000Å)、たとえばこのシリコン窒化膜表面を熱酸化して得られるシリコン酸化膜(厚さはたとえば10〜200Å)が、下からこの順に積層されたONO膜でつくられる。
A
更に、垂直CCDチャネル2上方を覆うように、たとえばポリシリコンで垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)3及び垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)4を形成する。2つの垂直転送電極3,4は、たとえばゲート絶縁膜11上にCVDでポリシリコンを1000Å〜10000Åの厚さに堆積し、フォトリソグラフィとエッチングでポリシリコンをパターニングすることによって作製される。
Further, a vertical transfer electrode (low-sensitivity photodiode readout gate electrode) 3 and a vertical transfer electrode (high-sensitivity photodiode readout gate electrode) 4 are formed of polysilicon, for example, so as to cover the
図4(B)及び(C)を参照する。図4(B)は、図4(A)に続く固体撮像素子の製造工程を説明するための平面図であり、図4(C)は、図4(B)の4C−4C線に沿った断面図である。 Reference is made to FIGS. 4B and 4C. FIG. 4B is a plan view for explaining the manufacturing process of the solid-state imaging device following FIG. 4A, and FIG. 4C is taken along line 4C-4C in FIG. 4B. It is sectional drawing.
n型不純物層6a(高感度フォトダイオード6)及びn型不純物層5a(低感度フォトダイオード5)をイオン注入法でp型ウエル17内の画素領域に形成する。n型不純物、たとえばリン、ヒ素、またはアンチモンを、垂直転送電極3,4をマスクの一部として、半導体基板18の法線方向と交差する方向から画素領域に注入する。この際、注入方向の半導体基板18上への正射影方向が、イオン注入位置における2つの垂直転送電極3,4の縁に対して実質的に等しい角度となるように注入する。たとえば正射影方向が図4(B)に示した矢印U方向(垂直転送電極3,4が全体として延在する方向、すなわち水平方向に沿い、かつ垂直転送電極3,4下方に入り込むように、図中左から右に向かう方向)となるようにイオン注入を行う。イオン注入は、たとえば加速エネルギ250keV〜2000keV、ドーズ量1.0×1011〜2.0×1013cm−2、チルト角(半導体基板18の法線方向から傾ける角)7°で行う。後述するフォトダイオード間素子分離領域上にはレジストマスクを形成し、イオン注入を防ぐ。
An n-
なお、ここで「実質的に等しい」とは、装置の性能等に基づく誤差の範囲で等しい、という意味とともに、高感度フォトダイオード6及び低感度フォトダイオード5に蓄積された信号電荷を読み出す2つの読み出し電圧がほぼ等しくなるような両角度間の関係をいう。たとえば、n型不純物層5a(低感度フォトダイオード5)をn型不純物層6a(高感度不純物層6)よりも読み出し電極の深くまで入り込むように形成し、n型不純物層5a(低感度フォトダイオード5)に生じるナローチャンネル効果を考慮した上で、両読み出し電圧をほぼ等しくするような角度でイオン注入を行う意を含む。
Here, “substantially equal” means that they are equal within a range of errors based on the performance of the device, and two signal charges stored in the high-
続いて、フォトダイオード間素子分離領域7を形成する。フォトダイオード間素子分離領域7の形成に当たっては、p型不純物、たとえばホウ素、ガリウム、またはインジウムを、たとえば加速エネルギ50keV〜1000keV、ドーズ量1.0×1011〜1.0×1013cm−2でイオン注入する。
Subsequently, an inter-photodiode
n型不純物層5a,6aを埋め込むp+型不純物層12をイオン注入法で形成する。p型不純物、たとえばホウ素、ガリウム、またはインジウムを、半導体基板18の法線方向と交差する方向から注入する。この際、注入方向の半導体基板18上への正射影方向が、イオン注入位置における2つの垂直転送電極3,4の縁に対して実質的に等しい角度となるように注入する。たとえば正射影方向が図4(B)に示した矢印V方向(垂直転送電極3,4が全体として延在する方向、すなわち水平方向に沿い、かつ垂直転送電極3,4下方に入り込まないように、図中右から左に向かう方向)となるようにイオン注入を行う。イオン注入は、たとえば加速エネルギ1keV〜100keV、ドーズ量1.0×1012〜1.0×1016cm−2、チルト角7°で行う。
A p + -
n型不純物層6a(高感度フォトダイオード6)及びn型不純物層5a(低感度フォトダイオード5)を、n型不純物の注入方向の半導体基板18上への正射影方向が、イオン注入位置における2つの垂直転送電極3,4の縁に対して実質的に等しい角度となるように調整して形成することにより、n型不純物層6a(高感度フォトダイオード6)は自身の読み出し電極である垂直転送電極4の下方に入り込むように形成され、n型不純物層5a(低感度フォトダイオード5)は自身の読み出し電極である垂直転送電極3の下方に入り込むように形成される。
The orthogonal projection direction of the n-
また、p型不純物の注入方向の半導体基板18上への正射影方向が、イオン注入位置における2つの垂直転送電極3,4の縁に対して実質的に等しい角度となるように調整してイオン注入することにより、p+型不純物層12は、2つの垂直転送電極3,4の双方の端部から離れた位置に形成される。図4(C)には、この様子を矢印で示した。
Further, by adjusting the orthogonal projection direction of the p-type impurity implantation direction onto the
図4(D)を参照する。垂直転送電極3,4の表面を熱酸化して、それらの上に、たとえば厚さが100Å〜1000Åのシリコン酸化膜15を形成する。
Reference is made to FIG. The surfaces of the
垂直転送電極3,4上方に、シリコン酸化膜15を介してたとえばタングステンで遮光膜9を形成する。遮光膜9の厚さは、たとえば500Å〜5000Åである。パターニングにより遮光膜9の開口部8を形成する。
A
以上のような工程を含んで、第1の実施例によるハニカム構造の固体撮像素子が製造される。 The honeycomb structured solid-state imaging device according to the first embodiment is manufactured including the steps as described above.
2つのn型不純物層5a,6aがそれぞれの読み出し電極(垂直転送電極3,4)の下方に入り込むように形成されていること、またはp+型不純物層12が2つの垂直転送電極3,4の双方の端部から離れた位置に形成されている(垂直転送電極3,4の下方を含まない領域に形成されている)ことによって、図4(D)に概略を示す固体撮像素子においては、2つの読み出し電極(垂直転送電極3,4)の双方について、空乏化電圧を低減させることができる。
The two n-type impurity layers 5a and 6a are formed so as to enter under the respective readout electrodes (
なお、n型不純物層5a,6a、またはp+型不純物層12を形成する際のイオン注入のチルト角は3°〜28°であることが望ましい。
It is desirable that the tilt angle of ion implantation when forming n-type impurity layers 5a and 6a or p + -
上述の工程の他に、図3(A)に示したような水平CCD部66、駆動部65及び増幅回路部67等を形成して固体撮像素子を得る。
In addition to the steps described above, a
図5(A)及び(B)は、それぞれ第2の実施例による固体撮像素子の製造方法を説明するための概略的な平面図及び断面図である。第2の実施例による製造方法により、ブルーミング防止に効果のある固体撮像素子を製造する。第2の実施例による固体撮像素子の製造方法が第1の実施例によるそれと異なるところは、n型不純物層5a,6a及びp+型不純物層12を形成するに当たってのイオン注入方向の半導体基板18上への正射影方向が逆である点である。その他の点については、第1の実施例による固体撮像素子の製造方法と等しい。
FIGS. 5A and 5B are a schematic plan view and a cross-sectional view, respectively, for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the second embodiment. A solid-state imaging device effective for preventing blooming is manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment. The manufacturing method of the solid-state imaging device according to the second embodiment is different from that according to the first embodiment in that the
図5(A)は、第1の実施例の図4(B)を用いて説明した工程に相当する工程を説明するための平面図である。第1の実施例においては、半導体基板18上への正射影方向が矢印U方向となる方向からn型不純物をイオン注入して、n型不純物層5a,6aを形成し、矢印V方向となる方向からp型不純物をイオン注入してp+型不純物層12を形成した。第2の実施例においては、半導体基板18上への正射影方向が矢印V方向となる方向からn型不純物をイオン注入して、n型不純物層5a,6aを形成し、矢印U方向となる方向からp型不純物をイオン注入してp+型不純物層12を形成する。
FIG. 5A is a plan view for explaining a process corresponding to the process described with reference to FIG. 4B of the first embodiment. In the first embodiment, n-type impurities are ion-implanted from the direction in which the orthogonal projection direction onto the
n型不純物層5a,6aの形成においても、p+型不純物層12の形成においても、イオン注入方向の半導体基板18上への正射影方向が、イオン注入位置における2つの垂直転送電極3,4の縁に対して実質的に等しい角度となるように調整してイオン注入を行う。ここで「実質的に等しい」とは、装置の性能等に基づく誤差の範囲で等しいという意味とともに、ブルーミングの抑止がほぼ同程度に行われるような両角度間の関係をいう。
In both the formation of the n-type impurity layers 5a and 6a and the formation of the p + -
図5(B)は、上記のイオン注入による不純物層の形成後、遮光膜9とその開口部8の形成までを第1の実施例と同様に行い作製した固体撮像素子の図5(A)の5B−5B線に沿った概略的な断面図である。
FIG. 5B shows a solid-state imaging device manufactured from the formation of the impurity layer by the above-described ion implantation to the formation of the
n型不純物層5a,6aは、ともに垂直転送電極3,4の下方領域には形成されていない。(下方領域以外の領域に形成されている。)また、p+型不純物層12は、垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)3の下方領域及び垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)4の下方領域を含む領域に形成されている。
N-type impurity layers 5 a and 6 a are not formed in a region below
第2の実施例による固体撮像素子は、フォトダイオードと垂直CCDチャネル2との分離が強化された固体撮像素子である。上記のような構造を備えることで、大光量入射時においてもフォトダイオードで発生した信号電荷が垂直CCDチャネルに溢れにくくなり、ハニカム構造の固体撮像素子において、同一画素内に形成された感度の異なる2つのフォトダイオードのブルーミング現象を防止、調整することが可能となる。
The solid-state imaging device according to the second embodiment is a solid-state imaging device in which the separation between the photodiode and the
なお、実施例における各領域の導電型をすべて逆にしてもよい。 Note that all the conductivity types of the respective regions in the embodiments may be reversed.
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、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。 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.
上述した固体撮像素子及びその製造方法は、ハニカム構造のデジタルカメラ全般及びその製造方法に用いることができる。 The solid-state imaging device and the manufacturing method thereof described above can be used for all honeycomb structured digital cameras and the manufacturing method thereof.
1 素子分離領域
2 垂直CCDチャネル
3 垂直転送電極(低感度フォトダイオード読み出しゲート電極)
4 垂直転送電極(高感度フォトダイオード読み出しゲート電極)
5 低感度フォトダイオード
5a (低感度フォトダイオード)n型不純物層
6 高感度フォトダイオード
6a (高感度フォトダイオード)n型不純物層
7 フォトダイオード間素子分離領域
8 開口部
9 遮光膜
11 ゲート絶縁膜
12 p+型不純物層
15 シリコン酸化膜
17 p型ウエル
18 半導体基板
19 光
30 画素
40、41 垂直転送電極
42フォトダイオード
42a n型不純物層
51 固体撮像素子
52 駆動信号発生装置
53 出力信号処理装置
54 記憶装置
55 表示装置
56 伝送装置
57 テレビジョン
65 駆動部
66 水平CCD部
67 増幅回路部
1
4 Vertical transfer electrode (high sensitivity photodiode readout gate electrode)
5 Low-sensitivity photodiode 5a (low-sensitivity photodiode) n-
Claims (13)
(b)前記ウエル内に、菱形状の画素領域をハニカム状に残すように列方向に蛇行する第1導電型の複数の垂直CCDチャネルを形成する工程と、
(c)複数の前記垂直CCDチャネルの上方を覆うように、複数の垂直転送電極を形成する工程と、
(d)前記垂直転送電極をマスクの一部として、前記ウエル内の画素領域に、第1導電型の不純物を前記主面の法線方向と交差する第1の方向からイオン注入することによって、各画素領域内に第1及び第2の不純物層を形成する工程と、
(e)前記第1及び第2の不純物層の間に第2導電型の分離用不純物層を形成する工程と、
(f)前記ウエル内に、第2導電型の不純物を前記主面の法線方向と交差する第2の方向からイオン注入することによって、前記第1、第2及び分離用不純物層の上方に、第2導電型の埋め込み用不純物層を形成する工程と
を有し、
前記第1及び第2の不純物層は、各画素領域内で相互に感度の異なる2つの光電変換素子を構成し、
前記第1及び第2の不純物層に蓄積された信号電荷はそれぞれ、前記複数の垂直転送電極のうちの第1の垂直転送電極、及び第2の垂直転送電極の下方の前記垂直CCDチャネルに読み出され、
前記工程(d)において、前記第1の方向の前記主面への正射影の向きを第3の方向と呼ぶとき、前記第1の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角と、前記第2の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角とを等しくし、
前記工程(f)において、前記第2の方向の前記主面への正射影の向きを第4の方向と呼ぶとき、前記第1の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角と、前記第2の垂直転送電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角とを等しくする固体撮像素子の製造方法。 (A) adding a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type from the main surface of the first conductivity type semiconductor substrate to form a second conductivity type well;
(B) forming a plurality of first conductivity type vertical CCD channels meandering in the column direction so as to leave a rhomboid pixel region in a honeycomb shape in the well;
(C) forming a plurality of vertical transfer electrodes so as to cover above the plurality of vertical CCD channels;
(D) using the vertical transfer electrode as a part of a mask and implanting ions of a first conductivity type into a pixel region in the well from a first direction intersecting a normal direction of the main surface; Forming first and second impurity layers in each pixel region;
(E) forming a second conductivity type separation impurity layer between the first and second impurity layers;
(F) Ions of a second conductivity type are implanted into the well from a second direction intersecting with the normal direction of the main surface, so that the first, second and isolation impurity layers are formed above the well. And a step of forming an impurity layer for embedding of the second conductivity type,
The first and second impurity layers constitute two photoelectric conversion elements having different sensitivities in each pixel region,
The signal charges accumulated in the first and second impurity layers are respectively read into the first vertical transfer electrode of the plurality of vertical transfer electrodes and the vertical CCD channel below the second vertical transfer electrode. Issued,
In the step (d), when the direction of the orthogonal projection of the first direction onto the main surface is referred to as a third direction, an edge facing the pixel region of the first vertical transfer electrode and the third direction and the angle between the direction and a angle between said the edge facing the pixel area of the second vertical transfer electrodes third direction equal,
In the step (f), when an orthogonal projection direction of the second direction onto the main surface is referred to as a fourth direction, an edge facing the pixel region of the first vertical transfer electrode and the fourth direction A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein an angle formed by a direction is equal to an angle formed by an edge of the second vertical transfer electrode facing the pixel region and the fourth direction.
前記複数の垂直転送チャネル上方に形成された複数の垂直転送電極と、
前記水平転送チャネル上方に形成された複数の水平転送電極と
を有し、
前記画素領域は、相対的に感度の高い第1の光電変換素子を構成する第1導電型の第1の不純物層と、相対的に感度の低い第2の光電変換素子を構成する第1導電型の第2の不純物層と、前記第1及び第2の不純物層の上方に形成された、第1導電型とは逆の第2導電型の埋め込み用不純物層とを含み、
前記第1の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第1の光電変換素子の読み出し電極である第1の電極の下方の領域を含む領域に形成され、
前記第2の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第2の光電変換素子の読み出し電極である第2の電極の下方の領域を含む領域に形成され、
前記埋め込み用不純物層は、前記第1及び第2の電極の下方の領域を含まない領域に形成され、
前記第1及び第2の不純物層は、前記第1導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第1の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第1の方向の前記主面への正射影の向きを第3の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、
前記埋め込み用不純物層は、前記第2導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第2の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第2の方向の前記主面への正射影の向きを第4の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、
前記第1、第2の光電変換素子は、各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有し、
前記第1の光電変換素子の読み出し電圧と、前記第2の光電変換素子の読み出し電圧とが等しい固体撮像素子。 Provided at a plurality of rhombus-shaped pixel regions arranged in a honeycomb direction in the row direction and the column direction, a plurality of vertical transfer channels arranged along the pixel region in the column direction, and ends of the plurality of vertical transfer channels A semiconductor substrate comprising a horizontal transfer channel;
A plurality of vertical transfer electrodes formed above the plurality of vertical transfer channels;
A plurality of horizontal transfer electrodes formed above the horizontal transfer channel ;
The pixel region has a first impurity layer of a first conductivity type constituting a first photoelectric conversion element having a relatively high sensitivity and a first conductivity constituting a second photoelectric conversion element having a relatively low sensitivity. A second impurity layer of a type, and a buried impurity layer of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, formed above the first and second impurity layers,
The first impurity layer is formed in a region including a region below the first electrode that is a readout electrode of the first photoelectric conversion element among the plurality of vertical transfer electrodes,
The second impurity layer is formed in a region including a region below the second electrode that is a readout electrode of the second photoelectric conversion element among the plurality of vertical transfer electrodes,
The burying impurity layer is formed in a region not including a region below the first and second electrodes,
In the first and second impurity layers, the first conductivity type impurity is ion-implanted from a first direction intersecting a normal direction of a main surface of the semiconductor substrate. When the direction of the orthogonal projection onto the main surface in the direction of the third direction is the third direction, the angle formed by the edge of the first electrode facing the pixel region and the third direction, and the second electrode Are formed by equalizing the angle formed between the edge facing the pixel region and the third direction,
The burying impurity layer ion-implants the second conductivity type impurity from a second direction intersecting a normal direction of the main surface of the semiconductor substrate. In the ion implantation, the impurity layer in the second direction is implanted. When the direction of the orthogonal projection onto the main surface is the fourth direction, the angle formed between the edge facing the pixel region of the first electrode and the fourth direction, and the pixel region of the second electrode Formed by equalizing the angle between the facing edge and the fourth direction;
The first and second photoelectric conversion elements have a similar impurity distribution profile for each readout electrode,
A solid-state imaging device in which a read voltage of the first photoelectric conversion element is equal to a read voltage of the second photoelectric conversion element.
前記複数の垂直転送チャネル上方に形成された複数の垂直転送電極と、
前記水平転送チャネル上方に形成された複数の水平転送電極と
を有し、
前記画素領域は、相対的に感度の高い第1の光電変換素子を構成する第1導電型の第1の不純物層と、相対的に感度の低い第2の光電変換素子を構成する第1導電型の第2の不純物層と、前記第1及び第2の不純物層の上方に形成された、第1導電型とは逆の第2導電型の埋め込み用不純物層とを含み、
前記第1の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第1の光電変換素子の読み出し電極である第1の電極の下方の領域を含まない領域に形成され、
前記第2の不純物層は、前記複数の垂直転送電極のうち、第2の光電変換素子の読み出し電極である第2の電極の下方の領域を含まない領域に形成され、
前記埋め込み用不純物層は、前記第1の電極の下方の領域及び前記第2の電極の下方の領域を含む領域に形成され、
前記第1及び第2の不純物層は、前記第1導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第1の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第1の方向の前記主面への正射影の向きを第3の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第3の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、
前記埋め込み用不純物層は、前記第2導電型の不純物を、前記半導体基板の主面の法線方向と交差する第2の方向からイオン注入し、該イオン注入において、前記第2の方向の前記主面への正射影の向きを第4の方向とするとき、前記第1の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角と、前記第2の電極の画素領域に面した縁と前記第4の方向とのなす角とを等しくすることによって形成され、
前記第1、第2の光電変換素子は、各々の読み出し電極に対して同様の不純物分布のプロファイルを有し、
前記第1及び第2の光電変換素子の電荷読み出し時にブルーミングを抑止することのできる固体撮像素子。 Provided at a plurality of rhombus-shaped pixel regions arranged in a honeycomb direction in the row direction and the column direction, a plurality of vertical transfer channels arranged along the pixel region in the column direction, and ends of the plurality of vertical transfer channels A semiconductor substrate comprising a horizontal transfer channel;
A plurality of vertical transfer electrodes formed above the plurality of vertical transfer channels;
A plurality of horizontal transfer electrodes formed above the horizontal transfer channel ;
The pixel region has a first impurity layer of a first conductivity type constituting a first photoelectric conversion element having a relatively high sensitivity and a first conductivity constituting a second photoelectric conversion element having a relatively low sensitivity. A second impurity layer of a type, and a buried impurity layer of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, formed above the first and second impurity layers,
The first impurity layer is formed in a region not including a region below the first electrode that is a readout electrode of the first photoelectric conversion element among the plurality of vertical transfer electrodes.
The second impurity layer is formed in a region not including a region below the second electrode which is a readout electrode of the second photoelectric conversion element among the plurality of vertical transfer electrodes.
The burying impurity layer is formed in a region including a region below the first electrode and a region below the second electrode,
In the first and second impurity layers, the first conductivity type impurity is ion-implanted from a first direction intersecting a normal direction of a main surface of the semiconductor substrate. When the direction of the orthogonal projection onto the main surface in the direction of the third direction is the third direction, the angle formed by the edge of the first electrode facing the pixel region and the third direction, and the second electrode Are formed by equalizing the angle formed between the edge facing the pixel region and the third direction,
The burying impurity layer ion-implants the second conductivity type impurity from a second direction intersecting a normal direction of the main surface of the semiconductor substrate. In the ion implantation, the impurity layer in the second direction is implanted. When the direction of the orthogonal projection onto the main surface is the fourth direction, the angle formed between the edge facing the pixel region of the first electrode and the fourth direction, and the pixel region of the second electrode Formed by equalizing the angle between the facing edge and the fourth direction;
The first and second photoelectric conversion elements have a similar impurity distribution profile for each readout electrode,
A solid-state imaging device capable of suppressing blooming during charge reading of the first and second photoelectric conversion elements.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003367161A JP4490075B2 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003367161A JP4490075B2 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005135960A JP2005135960A (en) | 2005-05-26 |
JP4490075B2 true JP4490075B2 (en) | 2010-06-23 |
Family
ID=34645252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003367161A Expired - Fee Related JP4490075B2 (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4490075B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011015219A (en) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Toshiba Corp | Solid-state imaging device |
JP5825817B2 (en) * | 2011-04-01 | 2015-12-02 | キヤノン株式会社 | Solid-state imaging device and imaging apparatus |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001308304A (en) * | 2000-04-19 | 2001-11-02 | Sony Corp | Manufacturing method of solid-state image pickup element |
JP2003218343A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid state image sensor |
-
2003
- 2003-10-28 JP JP2003367161A patent/JP4490075B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001308304A (en) * | 2000-04-19 | 2001-11-02 | Sony Corp | Manufacturing method of solid-state image pickup element |
JP2003218343A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid state image sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005135960A (en) | 2005-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4802520B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
US9620545B2 (en) | Solid-state image pickup device and method for producing the same | |
US8953076B2 (en) | Photoelectric conversion device and camera having a photodiode cathode formed by an n-type buried layer | |
JP3702854B2 (en) | Solid-state image sensor | |
US20070052056A1 (en) | Solid-state imaging device and method of manufacturing same | |
US7776643B2 (en) | Solid state image pickup device and its manufacture method | |
US8217431B2 (en) | Solid-state image pickup device for preventing cross-talk between adjacent pixels and manufacturing method thereof | |
US20060076582A1 (en) | Solid-state imaging device, method for manufacturing the same and interline transfer CCD image sensor | |
US6929972B2 (en) | Manufacture of solid state imager having plurality of photosensors per each pixel | |
JP5487798B2 (en) | Solid-state imaging device, electronic apparatus, and manufacturing method of solid-state imaging device | |
JP2006245499A5 (en) | ||
CN101292356A (en) | Btfried doped region for vertical anti-blooming control and cross-talk reduction for imagers | |
JP2797993B2 (en) | Solid-state imaging device and method of manufacturing the same | |
JP2009534836A (en) | N-well barrier pixels that improve protection of dark reference columns and dark reference rows from blooming and crosstalk | |
US6551910B2 (en) | Method of manufacturing solid-state image pickup device | |
JP4122960B2 (en) | Solid-state image sensor | |
JP4490075B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP2001057421A (en) | Solid state image sensor | |
JP4216935B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP4951898B2 (en) | Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and image capturing apparatus using solid-state imaging device | |
JP2002057319A (en) | Solid-state image sensing element | |
JP4797302B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP2007299938A (en) | Solid state imaging apparatus, its manufacturing method, and electronic information instrument | |
JPH05315584A (en) | Solid-state charge-transfer image sensor | |
JP2000164843A (en) | Manufacture of solid-state image pickup device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060509 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060621 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061212 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061221 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070216 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090522 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100223 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100305 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100330 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100401 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130409 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |