JP4654521B2

JP4654521B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device

Info

Publication number: JP4654521B2
Application number: JP2001029148A
Authority: JP
Inventors: 智宏椎葉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: JP2002231929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の固体撮像素子の一例を示す平面図、図３は図２における点線の矩形領域Ｒを詳しく示す部分拡大平面図、図４の（Ａ）は図３におけるＡ−Ａ’線に沿った部分断面側面図、図４の（Ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ’線に沿った部分断面側面図である。
【０００３】
図２に示した固体撮像素子１０２は一例としてインターライン型の固体撮像素子であり、シリコンから成る半導体基板１０４上に多数の光電変換素子１０６を相互に間隔をおきマトリクス状に配列して構成されている。そして光電変換素子１０６の各列ごとに垂直電荷転送レジスター１０８が、光電変換素子１０６の列方向（矢印Ｖ）に延設され、垂直電荷転送レジスター１０８の一端部に水平電荷転送レジスター１１０が、光電変換素子１０６の行方向（矢印Ｈ）に延設されている。水平電荷転送レジスター１１０の一方の端部にはアンプ部１１２が形成されている。
【０００４】
このような構成において、各列の各光電変換素子１０６が光を受けて生成した電荷は、光電変換素子１０６と垂直電荷転送レジスター１０８との間に介在する不図示の読み出し領域を経て、対応する垂直電荷転送レジスター１０８に出力され、垂直電荷転送レジスター１０８はこの電荷を順次、水平電荷転送レジスター１１０に向けて転送する。水平電荷転送レジスター１１０は各垂直電荷転送レジスター１０８から電荷を受け取ってアンプ部１１２に転送し、アンプ部１１２は転送されてきた電荷にもとづき出力端子１１４を通じて映像信号を出力する。
【０００５】
断面図を参照して光電変換素子１０６周辺を詳しく説明すると、図４の（Ｂ）に示したように、光電変換素子１０６はｐ型の半導体基板１０４の表面部に局所的に積層されたｐ型領域１１５およびｎ型領域１１６を含み、図４の（Ｂ）ではその左側の半導体基板表面部に、対応する垂直電荷転送レジスター１０８が形成されている。垂直電荷転送レジスター１０８の上には第２層目の転送電極１１８が絶縁膜１２０を介して形成され、その上には絶縁膜１２０を介して遮光膜１２２が形成されている。
【０００６】
また、図４の（Ｂ）において光電変換素子１０６の右側にはチャネルストップ領域として高濃度のｐ型不純物をたとえばイオン注入法により導入したｐ型領域１２４が形成されている。このｐ型領域１２４は、図３に示したように、平面視では各光電変換素子１０６を、垂直電荷転送レジスター１０８側を除いて囲む形で形成されている。
【０００７】
したがって、光電変換素子１０６の列方向の断面では、図４の（Ａ）に示したように、隣接する光電変換素子１０６の間にチャネルストップ領域としてのｐ型領域１２４が配置されている。
また、図４の（Ａ）に示した断面位置では、ｐ型領域１２４の上に第１層目の転送電極１２６、および第２層目の転送電極１１８が絶縁膜１２０を介して積層され、その上を遮光膜１２２が覆っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように各光電変換素子１０６の周囲、すなわち画素の周囲に高濃度の不純物によるｐ型領域１２４を形成することで画素間に高いポテンシャルバリアが生成され、各画素が分離される。その結果、各光電変換素子１０６が受光して生成した信号電荷は各光電変換素子１０６ごとに独立して垂直電荷転送レジスター１０８に供給されることになる。
【０００９】
しかしながら、このｐ型領域１２４によるポテンシャルバリアは基板表面から深い位置へ向かうにしたがってしだいに均一化される。そのため、光電変換素子１０６のｎ型領域１１６が深く形成されるような構造の場合には、ｐ型領域１２４が充分に作用せず、隣接する光電変換素子１０６間で信号電荷が混合する結果となる。このような信号電荷の混合が発生すると固体撮像素子１０２の解像度が低下し、またカラー画像を撮影する固体撮像素子の場合には、隣接する光電変換素子１０６は相互に異なる色に対応しているため画素間の混色が発生してしまう。
【００１０】
この問題は、高エネルギーでｐ型不純物を導入し、ｐ型領域１２４を深く形成することで回避できる。しかし、高エネルギーのイオン注入は制御性が悪く、横方向への広がりも大きいことから、光電変換素子１０６が高密度で配列され個々の光電変換素子１０６のサイズが小さい場合には、この手法を用いることは困難である。さらに、イオン注入時のマスキングのためのレジスト層は、高エネルギーのイオン注入に耐えられるよう厚く形成しなければならず、この点からも微細加工が難しくなり、光電変換素子１０６のサイズが小さい場合にはｐ型領域１２４を深く形成することは困難である。
【００１１】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、サイズの小さい光電変換素子を高密度で配列する場合でも、各光電変換素子を容易かつ確実に分離して信号電荷の混合にともなう解像度の低下や混色を防止できる固体撮像素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子は、半導体基板上に相互に近接して配列された複数の光電変換素子を備え、前記光電変換素子は前記半導体基板の表面部に局所的に積層された第１導電型および第２導電型の領域を含み、前記第２導電型の領域は前記半導体基板の表面側に形成されている固体撮像素子であって、各光電変換素子の周囲の半導体基板表面部に、前記第１導電型の領域の底部より深い位置に至るトレンチが形成され、前記光電変換素子と、同光電変換素子に隣接する前記トレンチとの間の半導体基板表面部に、前記第２導電型の領域と接して当該トレンチよりも浅い高濃度の第２導電型の不純物を含む領域が形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に相互に近接して配列された複数の光電変換素子を備え、前記光電変換素子は前記半導体基板の表面部に局所的に積層された第１導電型および第２導電型の領域を含み、前記第２導電型の領域は前記半導体基板の表面側に形成された固体撮像素子の製造方法であって、各光電変換素子の周囲の半導体基板表面部に、前記第１導電型の領域の底部より深い位置に至るトレンチを形成し、前記光電変換素子と、同光電変換素子に隣接する前記トレンチとの間の半導体基板表面部に、前記第２導電型の領域と接して当該トレンチよりも浅い高濃度の第２導電型の不純物を含む領域を形成することを特徴とする。
【００１３】
このように本発明の固体撮像素子、並びに本発明の製造方法により製造した固体撮像素子では、各光電変換素子の周囲の半導体基板表面部に、前記第１導電型の領域の底部より深い位置に至るトレンチが形成されているので、各光電変換素子により生成された信号電荷は、このトレンチにより阻止されて、隣接する他の光電変換素子による信号電荷と混合することがない。その結果、解像度が低下したり画素間で混色が起こるといった問題は発生しない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１の（Ａ）および（Ｂ）は本発明による固体撮像素子の一例を示す部分断面側面図である。図中、図２ないし図４と同一の要素には同一の符号が付されている。
ここで説明する実施の形態例としての固体撮像素子は、一例としてインターライン型の固体撮像素子であり、基本的な構成は図２に示した固体撮像素子１０２と同様の構成となっている。すなわち、シリコンから成る半導体基板上に多数の光電変換素子を相互に間隔をおきマトリクス状に配列して構成され、光電変換素子の各列ごとに垂直電荷転送レジスターが、光電変換素子の列方向に延設され、垂直電荷転送レジスターの一端部に水平電荷転送レジスターが配置されている。また水平電荷転送レジスターの一方の端部にはアンプ部が形成されている。なお、光電変換素子はここではフォトダイオードであるとする。
【００１５】
そして、図１の（Ａ）は図４の（Ａ）と同様、光電変換素子の列方向における光電変換素子周辺の詳しい断面を示し、図１の（Ｂ）は図４の（Ｂ）と同様、光電変換素子の行方向における光電変換素子周辺の詳しい断面を示している。
本実施の形態例は、チャネルストップ領域としてトレンチを形成する点で、従来の固体撮像素子と異なっている。すなわち、図１の（Ａ）、（Ｂ）に示したように、実施の形態例の固体撮像素子２では、ｎ型領域１１６（本発明に係わる第１導電型の領域）およびｐ型領域１１５（本発明に係わる第２導電型の領域）から成る光電変換素子１０６のそれぞれの周囲の半導体基板表面部に、ｎ型領域１１６の底部６より深い位置に至るトレンチ８が形成されている。
【００１６】
トレンチ８は、従来の固体撮像素子におけるｐ型領域１２４と同様の位置に形成されており、したがって平面視においても図３に示した従来の固体撮像素子１０２のｐ型領域１２４と同様、垂直電荷転送レジスター１０８と、同垂直電荷転送レジスター１０８に対応する光電変換素子１０６との間の箇所を除いて、光電変換素子１０６を囲む形で形成されている。
【００１７】
トレンチ８の内面には、図１の（Ａ）および（Ｂ）に示したように、本実施の形態例では絶縁膜１０が被着され、そして内側に金属材料１２が充填されている。トレンチ８の内面に被着させる上記絶縁膜１０は、たとえば、半導体基板１０４の熱酸化によるシリコンの酸化膜として形成することができ、トレンチ８内に充填する金属材料１２はたとえばアルミニウムを堆積させることで形成することができる。
【００１８】
また、光電変換素子１０６と、この光電変換素子１０６に隣接するトレンチ８との間における半導体基板表面部に、高濃度の不純物を含むｐ型領域１４（本発明に係わる高濃度の第２導電型の不純物を含む領域）が比較的浅く形成されている。この高濃度の不純物を含むｐ型領域１４は、光電変換素子１０６と、対応する垂直電荷転送レジスター１０８との間の箇所を除いて、光電変換素子１０６の周囲に形成されている。また、図１（Ｂ）から明らかなように、光電変換素子１０６のｐ型領域１１５と、高濃度の不純物を含むｐ型領域１４とは、互いに接して形成されている。
【００１９】
電極や遮光膜に関しては従来の固体撮像素子と同様であり、図１の（Ｂ）に示したように、垂直電荷転送レジスター１０８の上に第２層目の転送電極１１８が絶縁膜１２０を介して形成され、その上に絶縁膜１２０を介して遮光膜１２２が形成されている。また、図１の（Ａ）に示した断面位置では、トレンチ８および高濃度の不純物を含むｐ型領域１４の上に転送電極１２６、１１８が絶縁膜１２０を介して積層され、その上を遮光膜１２２が覆っている。
【００２０】
このように本実施の形態例の固体撮像素子２では、光電変換素子１０６のそれぞれの周囲の半導体基板表面部に、光電変換素子１０６を構成するｎ型領域１１６の底部６より深い位置に至るトレンチ８が形成されているので、各光電変換素子１０６により生成された信号電荷は、このトレンチ８により阻止されて、隣接する他の光電変換素子１０６による信号電荷と混合することがない。そのため、解像度が低下したり画素間で混色が起こるといった問題は発生しない。
【００２１】
また、本実施の形態例では、トレンチ８内に金属材料１２が充填されているので、光電変換素子１０６の受光部に斜めに入射した光、あるいは光電変換素子１０６内で散乱した光などは、光電変換素子１０６の側部から出射した後、金属材料１２の側面で反射されて再度光電変換素子１０６内に入射し、その結果、光電変換素子１０６の感度が向上する。
【００２２】
このようなトレンチ８は、エッチングなど従来から広く用いられている技術により容易に形成することができる。具体的には、たとえば、転送電極１２６、１１８や斜光膜１２２を形成する前の段階で、まず従来通り、たとえばイオン注入法によって高濃度の不純物を含むｐ型領域１４を形成する。その後、半導体基板表面にたとえばシリコン窒化膜を形成し、パターン化してトレンチ８の形成箇所のみ開口させ、そしてこのパターン化したシリコン窒化膜をマスクとして選択的エッチング（たとえばドライエッチング）を行い、トレンチ８を必要な深さに形成する。
【００２３】
本実施の形態例の固体撮像素子２では、トレンチ８の形成がこのように容易であることから、サイズの小さい光電変換素子１０６を高密度で配列するような場合でも、各光電変換素子１０６を確実に分離して解像度の低下や混色を防止することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態例では、トレンチ８内に金属材料１２を充填するとしたが、金属材料１２を充填せず、絶縁材料を充填したり、あるいは空洞構造とすることも可能である。その場合にも、トレンチ８はチャネルストップ領域としての機能を果たすため、各光電変換素子１０６により生成された信号電荷は、トレンチ８により阻止されて、隣接する他の光電変換素子１０６による信号電荷と混合することがない。そのため、解像度が低下したり画素間で混色が起こるといった問題は発生しない。
ただし、光電変換素子１０６の側部などから出射した光がトレンチ部で反射して再度光電変換素子１０６内に入射するという作用は得られないか、あるい弱まるので、この点では、高い光反射率を得るためにトレンチ８内に金属材料１２を充填する構造とすることが望ましい。
【００２５】
本実施の形態例では、トレンチ８とともに高濃度の不純物を含むｐ型領域１４をも形成するとしたが、この高濃度の不純物を含むｐ型領域１４を形成する目的は画素を分離することではなく、光電変換素子１０６を構成するｎ型領域１１６の下方に溜まった正孔を速やかに排出するためのものである。したがって、特に深いものとする必要はなく、その形成は容易である。
トレンチ８を形成する際にシリコン窒化膜によるマスクを用いるとしたが、マスクの材料としては、エッチングの際に半導体基板１０４よりエッチングレートが低い材料であれば、必ずしもシリコン窒化膜でなくてもよい。
【００２６】
また、本実施の形態例では、光電変換素子１０６はマトリクス状に配列されているとしたが、リニアイメージセンサーなどのように、光電変換素子が直線的に配列されている場合にも本発明は有効であり、各光電変換素子１０６の周囲にトレンチを形成することで同様の効果を得ることができる。
本実施の形態例では、固体撮像素子２は、インターライン型であるとしたが、以上の説明から明らかなように本発明が各光電変換素子１０６周辺の構造に係わるものであるため、電荷の転送方式がインターライン型以外の方式であっても本発明は適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子、並びに本発明の製造方法により製造した固体撮像素子では、各光電変換素子の周囲の半導体基板表面部に、光電変換素子を構成する第１導電型の領域の底部より深い位置に至るトレンチが形成されているので、各光電変換素子により生成された信号電荷は、このトレンチにより阻止されて、隣接する他の光電変換素子による信号電荷と混合することがない。その結果、解像度が低下したり画素間で混色が起こるといった問題は発生しない。
そして、上記トレンチはエッチングなど従来から広く用いられている技術により容易に形成することができるので、サイズの小さい光電変換素子を高密度で配列するような場合でも解像度の低下や混色を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）および（Ｂ）は本発明による固体撮像素子の一例を示す部分断面側面図である。
【図２】従来の固体撮像素子の一例を示す平面図である。
【図３】図２の固体撮像素子の一部を詳しく示す部分拡大平面図である。
【図４】（Ａ）は図３におけるＡ−Ａ’線に沿った部分断面側面図、（Ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ’線に沿った部分断面側面図である。
【符号の説明】
２……固体撮像素子、６……光電変換素子のｎ型領域の底部、８……トレンチ、１０……絶縁膜、１２……金属材料、１４……高濃度の不純物を含むｐ型領域、１０２……固体撮像素子、１０４……半導体基板、１０６……光電変換素子、１０８……垂直電荷転送レジスター、１１０……水平電荷転送レジスター、１１２……アンプ部、１１４……出力端子、１１５……光電変換素子のｐ型領域、１１６……光電変換素子のｎ型領域、１１８……転送電極、１２０……絶縁膜、１２２……遮光膜、１２４……ｐ型領域、１２６……転送電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device .
[0002]
[Prior art]
2 is a plan view showing an example of a conventional solid-state imaging device, FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing in detail a dotted-line rectangular region R in FIG. 2, and FIG. 4A is a line AA ′ in FIG. 4B is a partial cross-sectional side view taken along the line BB ′ in FIG.
[0003]
The solid-state imaging device 102 shown in FIG. 2 is an interline type solid-state imaging device as an example, and is configured by arranging a large number of photoelectric conversion elements 106 on a semiconductor substrate 104 made of silicon and arranged in a matrix at intervals. ing. A vertical charge transfer register 108 extends in the column direction (arrow V) of the photoelectric conversion element 106 for each column of the photoelectric conversion elements 106, and a horizontal charge transfer register 110 is connected to one end of the vertical charge transfer register 108. The conversion element 106 extends in the row direction (arrow H). An amplifier 112 is formed at one end of the horizontal charge transfer register 110.
[0004]
In such a configuration, the charges generated by the photoelectric conversion elements 106 in each column upon receiving light correspond to each other through a reading region (not shown) interposed between the photoelectric conversion elements 106 and the vertical charge transfer register 108. The charge is output to the vertical charge transfer register 108, and the vertical charge transfer register 108 sequentially transfers the charges toward the horizontal charge transfer register 110. The horizontal charge transfer register 110 receives the charge from each vertical charge transfer register 108 and transfers it to the amplifier unit 112. The amplifier unit 112 outputs a video signal through the output terminal 114 based on the transferred charge.
[0005]
The periphery of the photoelectric conversion element 106 will be described in detail with reference to a cross-sectional view. As shown in FIG. 4B, the photoelectric conversion element 106 is a p layer locally stacked on the surface portion of the p-type semiconductor substrate 104. In FIG. 4B, the vertical charge transfer register 108 corresponding to the left side of the semiconductor substrate is formed including the type region 115 and the n-type region 116. A second-layer transfer electrode 118 is formed on the vertical charge transfer register 108 via an insulating film 120, and a light-shielding film 122 is formed thereon via the insulating film 120.
[0006]
4B, a p-type region 124 into which a high-concentration p-type impurity is introduced by, eg, ion implantation is formed as a channel stop region on the right side of the photoelectric conversion element 106. As shown in FIG. 3, the p-type region 124 is formed so as to surround each photoelectric conversion element 106 except for the vertical charge transfer register 108 side in a plan view.
[0007]
Therefore, in the cross section in the column direction of the photoelectric conversion element 106, as shown in FIG. 4A, a p-type region 124 as a channel stop region is disposed between adjacent photoelectric conversion elements 106.
4A, the first-layer transfer electrode 126 and the second-layer transfer electrode 118 are stacked on the p-type region 124 with the insulating film 120 interposed therebetween. A light shielding film 122 covers it.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, by forming the p-type region 124 with high-concentration impurities around each photoelectric conversion element 106, that is, around the pixel, a high potential barrier is generated between the pixels, and each pixel is separated. As a result, the signal charge generated by receiving light by each photoelectric conversion element 106 is supplied to the vertical charge transfer register 108 independently for each photoelectric conversion element 106.
[0009]
However, the potential barrier formed by the p-type region 124 is gradually uniformed from the substrate surface toward a deeper position. Therefore, in the case where the n-type region 116 of the photoelectric conversion element 106 is deeply formed, the p-type region 124 does not act sufficiently, and signal charges are mixed between the adjacent photoelectric conversion elements 106. Become. When such a mixture of signal charges occurs, the resolution of the solid-state image sensor 102 decreases, and in the case of a solid-state image sensor that captures a color image, the adjacent photoelectric conversion elements 106 correspond to different colors. Therefore, color mixing between pixels occurs.
[0010]
This problem can be avoided by introducing p-type impurities with high energy and forming the p-type region 124 deeply. However, since high energy ion implantation has poor controllability and large lateral spread, this method is used when the photoelectric conversion elements 106 are arranged at a high density and the sizes of the individual photoelectric conversion elements 106 are small. It is difficult to use. Further, the resist layer for masking at the time of ion implantation must be formed thick enough to withstand high energy ion implantation. From this point also, microfabrication becomes difficult and the size of the photoelectric conversion element 106 is small. It is difficult to form the p-type region 124 deeply.
[0011]
The present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to easily and reliably separate each photoelectric conversion element even when small-sized photoelectric conversion elements are arranged at a high density, thereby to charge signal charges. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of preventing a reduction in resolution and color mixing due to mixing.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged close to each other on a semiconductor substrate, and the photoelectric conversion elements are locally provided on a surface portion of the semiconductor substrate. Including a first conductive type region and a second conductive type region, wherein the second conductive type region is a solid-state imaging device formed on a surface side of the semiconductor substrate, and is around each photoelectric conversion device. A trench reaching a position deeper than the bottom of the first conductivity type region is formed in the semiconductor substrate surface portion of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate surface portion between the photoelectric conversion element and the trench adjacent to the photoelectric conversion element is formed. A region containing a second conductivity type impurity having a high concentration shallower than the trench is formed in contact with the second conductivity type region .
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in proximity to each other on a semiconductor substrate, and the photoelectric conversion elements are locally stacked on a surface portion of the semiconductor substrate. A region of the first conductivity type and a region of the second conductivity type, wherein the second conductivity type region is a method of manufacturing a solid-state imaging device formed on the surface side of the semiconductor substrate. Forming a trench reaching a position deeper than the bottom of the first conductivity type region on the surface of the semiconductor substrate, and on the surface of the semiconductor substrate between the photoelectric conversion element and the trench adjacent to the photoelectric conversion element. A region containing a second conductivity type impurity having a high concentration shallower than the trench is formed in contact with the second conductivity type region .
[0013]
Thus, in the solid-state imaging device of the present invention and the solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method of the present invention, the surface of the semiconductor substrate around each photoelectric conversion element is positioned deeper than the bottom of the first conductivity type region. Since the reaching trench is formed, the signal charge generated by each photoelectric conversion element is blocked by this trench and is not mixed with the signal charge by other adjacent photoelectric conversion elements. As a result, there is no problem that the resolution is lowered or color mixture occurs between pixels.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A and 1B are partial cross-sectional side views showing an example of a solid-state imaging device according to the present invention. In the figure, the same elements as those in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals.
The solid-state imaging device as an embodiment described here is an interline type solid-state imaging device as an example, and the basic configuration is the same as that of the solid-state imaging device 102 shown in FIG. That is, a large number of photoelectric conversion elements are arranged on a semiconductor substrate made of silicon and arranged in a matrix at intervals, and a vertical charge transfer register is provided in each column of photoelectric conversion elements in the column direction of the photoelectric conversion elements. A horizontal charge transfer register is disposed at one end of the vertical charge transfer register. In addition, an amplifier section is formed at one end of the horizontal charge transfer register. Here, it is assumed that the photoelectric conversion element is a photodiode.
[0015]
1A shows a detailed cross section around the photoelectric conversion element in the column direction of the photoelectric conversion elements, as in FIG. 4A, and FIG. 1B is the same as FIG. 4B. 2 shows a detailed cross section around the photoelectric conversion element in the row direction of the photoelectric conversion element.
This embodiment is different from the conventional solid-state imaging device in that a trench is formed as a channel stop region. That is, as shown in FIGS. 1A and 1B, in the solid-state imaging device 2 of the embodiment, the n-type region 116 (the first conductivity type region according to the present invention) and the p-type region 115 are used. A trench 8 reaching a position deeper than the bottom 6 of the n-type region 116 is formed on the surface of the semiconductor substrate around each of the photoelectric conversion elements 106 composed of (region of the second conductivity type according to the present invention).
[0016]
The trench 8 is formed at the same position as the p-type region 124 in the conventional solid-state image sensor, and therefore, in the plan view, as in the p-type region 124 of the conventional solid-state image sensor 102 shown in FIG. It is formed so as to surround the photoelectric conversion element 106 except for a portion between the transfer register 108 and the photoelectric conversion element 106 corresponding to the vertical charge transfer register 108.
[0017]
As shown in FIGS. 1A and 1B, an insulating film 10 is deposited on the inner surface of the trench 8 and filled with a metal material 12 on the inner side. The insulating film 10 deposited on the inner surface of the trench 8 can be formed, for example, as a silicon oxide film by thermal oxidation of the semiconductor substrate 104, and the metal material 12 filled in the trench 8 is deposited, for example, aluminum. Can be formed.
[0018]
Further, a p-type region 14 containing a high-concentration impurity (a high-concentration second conductivity type according to the present invention) is formed on the surface of the semiconductor substrate between the photoelectric conversion element 106 and the trench 8 adjacent to the photoelectric conversion element 106. The region including the impurity ) is formed relatively shallow. The p-type region 14 containing the high-concentration impurity is formed around the photoelectric conversion element 106 except for a portion between the photoelectric conversion element 106 and the corresponding vertical charge transfer register 108. Further, as apparent from FIG. 1B, the p-type region 115 of the photoelectric conversion element 106 and the p-type region 14 containing a high-concentration impurity are formed in contact with each other.
[0019]
The electrodes and the light-shielding film are the same as those of the conventional solid-state imaging device. As shown in FIG. 1B, the second-layer transfer electrode 118 is interposed on the vertical charge transfer register 108 with the insulating film 120 interposed therebetween. A light shielding film 122 is formed thereon with an insulating film 120 interposed therebetween. Further, at the cross-sectional position shown in FIG. 1A, transfer electrodes 126 and 118 are stacked on the trench 8 and the p-type region 14 containing a high-concentration impurity via the insulating film 120, and light is shielded thereon. A membrane 122 covers it.
[0020]
As described above, in the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment, a trench reaching a position deeper than the bottom 6 of the n-type region 116 constituting the photoelectric conversion element 106 is formed on the surface of the semiconductor substrate around each of the photoelectric conversion elements 106. 8 is formed, the signal charge generated by each photoelectric conversion element 106 is blocked by the trench 8 and is not mixed with the signal charge by another adjacent photoelectric conversion element 106. Therefore, there is no problem that the resolution is lowered or color mixing occurs between pixels.
[0021]
Further, in this embodiment, since the metal material 12 is filled in the trench 8, the light incident obliquely on the light receiving portion of the photoelectric conversion element 106, or the light, such as scattered by the photoelectric conversion element within 106 After exiting from the side of the photoelectric conversion element 106, it is reflected by the side surface of the metal material 12 and enters the photoelectric conversion element 106 again. As a result, the sensitivity of the photoelectric conversion element 106 is improved.
[0022]
Such a trench 8 can be easily formed by a conventionally widely used technique such as etching. Specifically, for example, before the transfer electrodes 126 and 118 and the oblique light film 122 are formed, the p-type region 14 containing a high concentration impurity is first formed by, for example, an ion implantation method as usual. Thereafter, for example, a silicon nitride film is formed on the surface of the semiconductor substrate, patterned to open only the formation site of the trench 8, and selective etching (for example, dry etching) is performed using the patterned silicon nitride film as a mask. To the required depth.
[0023]
In the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment, the trench 8 can be easily formed as described above. Therefore, even when the small photoelectric conversion elements 106 are arranged at a high density, each photoelectric conversion element 106 is arranged. It is possible to prevent separation and color reduction by reliably separating.
[0024]
In the present embodiment, the trench 8 is filled with the metal material 12, but the metal material 12 is not filled but an insulating material can be filled or a hollow structure can be used. Also in that case, since the trench 8 functions as a channel stop region, the signal charge generated by each photoelectric conversion element 106 is blocked by the trench 8 and is separated from the signal charge by the other adjacent photoelectric conversion element 106. There is no mixing. Therefore, there is no problem that the resolution is lowered or color mixing occurs between pixels.
However, the light emitted from the side portion of the photoelectric conversion element 106 is reflected by the trench portion and is incident on the photoelectric conversion element 106 again, or is weakened. In order to obtain the rate, it is desirable to have a structure in which the trench 8 is filled with the metal material 12.
[0025]
In this embodiment, the p-type region 14 containing a high-concentration impurity is also formed together with the trench 8. However, the purpose of forming the p-type region 14 containing a high-concentration impurity is not to separate pixels. This is for quickly discharging the holes accumulated below the n-type region 116 constituting the photoelectric conversion element 106. Therefore, it is not necessary to make it deep, and its formation is easy.
Although a silicon nitride mask is used when forming the trench 8, the mask material is not necessarily a silicon nitride film as long as the etching rate is lower than that of the semiconductor substrate 104 during etching. .
[0026]
In this embodiment, the photoelectric conversion elements 106 are arranged in a matrix. However, the present invention can be applied to a case where the photoelectric conversion elements are arranged linearly, such as a linear image sensor. It is effective, and a similar effect can be obtained by forming a trench around each photoelectric conversion element 106.
In the present embodiment, the solid-state imaging device 2 is an interline type. However, as is apparent from the above description, the present invention relates to the structure around each photoelectric conversion device 106. The present invention is applicable even if the transfer method is a method other than the interline type.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, in the solid-state imaging device of the present invention and the solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method of the present invention, the first conductivity type constituting the photoelectric conversion device is formed on the surface of the semiconductor substrate around each photoelectric conversion device. Since a trench reaching a position deeper than the bottom of the region is formed, the signal charge generated by each photoelectric conversion element can be blocked by this trench and mixed with the signal charge by another adjacent photoelectric conversion element. Absent. As a result, there is no problem that the resolution is lowered or color mixture occurs between pixels.
The trench can be easily formed by a conventionally widely used technique such as etching, so that even when small-sized photoelectric conversion elements are arranged at a high density, a reduction in resolution and color mixing are surely prevented. can do.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are partial cross-sectional side views showing an example of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a conventional solid-state imaging device.
3 is a partial enlarged plan view showing in detail a part of the solid-state imaging device of FIG. 2;
4A is a partial cross-sectional side view taken along the line AA ′ in FIG. 3, and FIG. 4B is a partial cross-sectional side view taken along the line BB ′ in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
2 ...... solid-state imaging device, the bottom of the n-type region 6 ...... photoelectric conversion element, 8 ...... trench, 10 ...... insulating film, 12 ...... metallic materials, p-type region containing a 14 ...... high concentration of impurities, 1 02 …… Solid-state imaging device, 104 …… Semiconductor substrate, 106 …… Photoelectric conversion device, 108 …… Vertical charge transfer register, 110 …… Horizontal charge transfer register, 112 …… Amplifier unit, 114 …… Output terminal, 115 ... P-type region of photoelectric conversion element , 116 ... n-type region of photoelectric conversion element , 118 ... transfer electrode, 120 ... insulating film, 122 ... light-shielding film, 124 ... p-type region, 126 ... transfer electrode.

Claims

A plurality of photoelectric conversion elements arranged close to each other on a semiconductor substrate,
The photoelectric conversion element includes a first conductivity type region and a second conductivity type region locally stacked on a surface portion of the semiconductor substrate, and the second conductivity type region is formed on a surface side of the semiconductor substrate. A solid-state imaging device,
A trench reaching a position deeper than the bottom of the region of the first conductivity type is formed on the surface of the semiconductor substrate around each photoelectric conversion element ,
On the surface of the semiconductor substrate between the photoelectric conversion element and the trench adjacent to the photoelectric conversion element, a second conductivity type impurity having a high concentration shallower than the trench is in contact with the second conductivity type region. A solid-state imaging device in which a region to be formed is formed .

An insulating film is deposited on the inner surface of the trench
The solid-state imaging device according to claim 1 .

The trench is filled with a metal material
The solid-state imaging device according to claim 2 .

The trench is filled with an insulating material
The solid-state imaging device according to claim 1 .

The semiconductor substrate is made of silicon, and the insulating film is made of silicon oxide.
The solid-state imaging device according to claim 2 .

The metal material is aluminum.
The solid-state imaging device according to claim 3 .

The photoelectric conversion elements are arranged in a matrix on the semiconductor substrate, and a vertical charge transfer register extends in the column direction of the photoelectric conversion elements for each column of the photoelectric conversion elements, and the vertical charge transfer registers correspond to each other. Charges are taken in and transferred from the photoelectric conversion elements in a row, and the trenches except for the portions between the vertical charge transfer registers and the photoelectric conversion elements corresponding to the vertical charge transfer registers. Formed around
The solid-state image sensor in any one of Claims 1-6 .

A plurality of photoelectric conversion elements arranged close to each other on a semiconductor substrate, the photoelectric conversion elements having first conductivity type and second conductivity type regions locally stacked on a surface portion of the semiconductor substrate The second conductivity type region is a method of manufacturing a solid-state imaging device formed on the surface side of the semiconductor substrate,
Forming a trench reaching a position deeper than the bottom of the first conductivity type region on the surface of the semiconductor substrate around each photoelectric conversion element ;
On the surface of the semiconductor substrate between the photoelectric conversion element and the trench adjacent to the photoelectric conversion element, a high-concentration second conductivity type impurity that is in contact with the second conductivity type region and is shallower than the trench. A method for manufacturing a solid-state imaging device for forming a region to be included .

A silicon nitride film is formed on the surface of the semiconductor substrate, patterned to open the trench formation portion, and the trench is formed by performing selective etching using the patterned silicon nitride film as a mask.
The manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 8 .

The trench is filled with a metal material through an insulating film or filled with an insulating material.
The manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 8 or 9 .

The trench has a hollow structure
The manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 8 or 9 .