JP5073163B2 - Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for manufacturing a solid-state imaging device, and an imaging apparatus.
固体撮像素子、例えばCCD(Charge Coupled Device)固体撮像素子特有の欠点の一つとしてスミアが挙げられる。スミアは、撮像画中に輝度の高い被写体が存在すると、当該被写体に起因する光の漏れ込みによって撮像画の上下方向(垂直方向)に縞状の明るい帯(縦筋)ができる現象である。固体撮像素子におけるスミアの主成分に関して、図7を用いて以下に説明する。図7は、CCD固体撮像素子における受光部および垂直電荷転送部の構成を示す断面図である。 One of the disadvantages unique to solid-state imaging devices, for example, CCD (Charge Coupled Device) solid-state imaging devices, is smear. Smear is a phenomenon in which when a high-luminance subject is present in a captured image, a striped bright band (vertical stripe) is formed in the vertical direction (vertical direction) of the captured image due to light leakage caused by the subject. The main component of smear in the solid-state imaging device will be described below with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the light receiving unit and the vertical charge transfer unit in the CCD solid-state imaging device.
図7において、受光部(光電変換部)101は、シリコン基板102の表層部に形成されたn型不純物拡散領域103とp型ウェル領域104とのpn接合によるフォトダイオードによって構成されている。垂直電荷転送部105は、シリコン基板102の表層部に形成されたn型不純物の転送チャネル領域106およびその下に形成されたp型不純物領域107と、シリコン基板102上にゲート絶縁膜108を介して形成された転送電極109とから構成されている。
In FIG. 7, the light receiving portion (photoelectric conversion portion) 101 is configured by a photodiode having a pn junction between an n-type
読み出しゲート部110は、転送電極109の一部をゲート電極として兼用し、当該ゲート電極とその下のシリコン基板102の表層部に形成されたp型不純物領域111とにより構成されている。受光部101と隣の受光部の垂直電荷転送部105との間のシリコン基板102の表層部には、p型不純物のチャネルストップ部112が形成されている。また、垂直電荷転送部105の各々を覆うように遮光膜113が形成されている。
The read gate portion 110 is configured by a part of the
上記構成の受光部101および垂直電荷転送部105において、スミアの一般的な主成分は、次の4つの成分a〜dに大別される。成分aは、斜め入射光により基板深部で光電変換によって発生した電子-正孔のうち、電子が転送チャネル領域106へ漏れ込んで発生するスミア成分である。成分bは、斜め入射光がシリコン基板102と遮光膜113や転送電極109との間で反射し、転送チャネル領域106へ漏れ込んで当該転送チャネル領域106で電子が発生することに起因するスミア成分である。
In the light receiving unit 101 and the vertical charge transfer unit 105 configured as described above, the general main component of smear is roughly divided into the following four components a to d. The component a is a smear component generated by electrons leaking into the transfer channel region 106 among the electrons-holes generated by photoelectric conversion in the deep part of the substrate by obliquely incident light. Component b is a smear component caused by obliquely incident light being reflected between the silicon substrate 102 and the light shielding film 113 or the
成分cは、遮光膜113/転送電極109を直接透過する入射光成分が転送チャネル領域106内で電子を発生することに起因するスミア成分である。成分dは、入射光によってシリコン基板102の表面で発生した電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、読み出しゲート部110のp型不純物領域111またはチャネルストップ部112を通過して転送チャネル領域106へ漏れ込むことによって発生するスミア成分である。
The component c is a smear component resulting from the generation of electrons in the transfer channel region 106 by the incident light component directly transmitted through the light shielding film 113 /
これら4成分a〜dのうち、特にスミアの成分として支配的である上記成分dを改善するために、従来は、転送チャネル等であるn型拡散層の側方に位置する制御部や分離部の不純物濃度を半導体基板のp型ウェルよりも高く形成することにより、n型拡散層近傍の電位勾配をほとんど無くし、半導体基板の表面に沿った拡散電流を小さく制限してスミアを低減するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。 Of these four components a to d, in order to improve the component d, which is dominant as a smear component in particular, conventionally, a control unit or a separation unit positioned on the side of an n-type diffusion layer such as a transfer channel By forming the impurity concentration higher than that of the p-type well of the semiconductor substrate, the potential gradient in the vicinity of the n-type diffusion layer is almost eliminated, and the diffusion current along the surface of the semiconductor substrate is limited to reduce smear. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上述した従来技術では、制御部や分離部の不純物濃度の設定によってn型拡散層近傍の電位勾配を全く無くすることは難しいことから、半導体基板表面に沿った拡散電流をある程度小さく制限できるものの、これを完全になくすことは困難であるために、当該拡散電流に起因するスミアを確実に抑制するのは難しい。 However, in the above-described prior art, it is difficult to eliminate the potential gradient in the vicinity of the n-type diffusion layer by setting the impurity concentration of the control unit and the separation unit, so that the diffusion current along the semiconductor substrate surface can be limited to a certain extent. However, since it is difficult to eliminate this completely, it is difficult to reliably suppress smear caused by the diffusion current.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スミア成分のうち、入射光によって半導体基板の表面で発生した電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、チャネルストップ部を通過して転送チャネル領域に漏れ込む成分を確実に抑制可能な固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is that among the smear components, electrons generated on the surface of the semiconductor substrate by incident light diffuse laterally along the substrate surface, An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, a manufacturing method of the solid-state imaging device, and an imaging apparatus that can reliably suppress components that pass through the channel stop portion and leak into the transfer channel region.
上記目的を達成するために、本発明では、半導体基板に形成された光電変換素子と、当該光電変換素子において周囲と同一高さに保たれた前記半導体基板の表面側に形成された不純物領域とを含む受光部が配置されてなる固体撮像素子である。そして特に、前記不純物領域内における前記半導体基板の表面層において、前記受光部内に局所的に形成されたゲッター領域を有する。このゲッター領域は、入射光によって前記半導体基板の表面で発生した電子を捕獲し、当該電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、チャネルストップ部を通過して転送チャネル領域に漏れ込むスミア成分を抑制する。この固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置において、その撮像デバイスとして用いられる。 In order to achieve the above object, in the present invention, a photoelectric conversion element formed on a semiconductor substrate, and an impurity region formed on the surface side of the semiconductor substrate maintained at the same height as the periphery in the photoelectric conversion element; It is a solid-state image sensor by which the light-receiving part containing is arrange | positioned . And in particular, Oite the surface layer of the semiconductor substrate in the impurity region, to have a locally-formed getter region in the light receiving portion. This getter region captures electrons generated on the surface of the semiconductor substrate by incident light, diffuses laterally along the substrate surface, and leaks into the transfer channel region through the channel stop portion. the suppressed. This solid-state imaging device is used as an imaging device in an imaging apparatus such as a digital still camera or a video camera.
上記構成の固体撮像素子またはこれを撮像デバイスとして搭載した撮像装置において、入射光によって半導体基板の表面で電子が発生すると、光電変換素子の基板表面側の不純物領域内に形成されたゲッター領域が当該電子を捕獲する。これにより、スミアの成分として支配的な入射光に起因する電子が、基板表面に沿って横方向に拡散し、チャネルストップ部を通過して転送チャネル領域に漏れ込むのを確実に抑制できる。また、ゲッター領域が受光部内に位置することで、プロセス起因で混入する金属不純物による白傷欠陥や暗電流成分についても抑制できる。 When electrons are generated on the surface of the semiconductor substrate by incident light in the solid-state imaging device having the above structure or an imaging device equipped with the imaging device, the getter region formed in the impurity region on the substrate surface side of the photoelectric conversion element is Capture electrons. Accordingly, it is possible to reliably suppress electrons caused by incident light dominant as a smear component from diffusing laterally along the substrate surface and leaking into the transfer channel region through the channel stop portion. Further, since the getter region is located in the light receiving portion, it is possible to suppress white defect and dark current component due to metal impurities mixed due to the process.
本発明によれば、光電変換素子の基板表面側に不純物領域を形成してなる固体撮像素子において、センサ表面の不純物領域内にゲッター領域を形成したことで、当該ゲッター領域が入射光によって半導体基板の表面で発生した電子を確実に捕獲することができるためにスミア特性を改善でき、またゲッター領域が受光部内に位置することで、プロセス起因で混入する金属不純物による白傷欠陥や暗電流成分についても抑制できる。 According to the present invention, in the solid-state imaging device in which the impurity region is formed on the substrate surface side of the photoelectric conversion element, the getter region is formed in the impurity region on the sensor surface so that the getter region is incident on the semiconductor substrate by incident light. Smear characteristics can be improved because the electrons generated on the surface of the substrate can be reliably captured, and the getter region is located in the light receiving part, so that white defects and dark current components due to metal impurities mixed in due to the process can be detected. Can also be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るCCD固体撮像素子の主要部(受光部および垂直電荷転送部)の構成を示す断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of main parts (light receiving part and vertical charge transfer part) of a CCD solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
図1において、エピタキシャル基板10は、CZ(Czochralski)法で成長させたシリコン基板であるn型のCZ基板11の上にエピタキシャル層12を形成し、その上にさらに第1のp型ウェル領域13を形成した構成となっている。p型ウェル領域13内に受光部(光電変換部)20、垂直電荷転送部40、読み出しゲート部30およびp型チャネルストップ部50が形成されている。
In FIG. 1, an
受光部(画素)20は、p型ウェル領域13と当該ウェル領域13内に形成されたn型不純物拡散領域21とのpn接合によるフォトダイオードによって構成され、n型不純物拡散領域21上、即ち基板表面側に不純物領域、本例ではp型の正電荷(正孔)蓄積領域(p++層)22を有する構成となっている。 The light receiving portion (pixel) 20 is constituted by a photodiode having a pn junction between a p-type well region 13 and an n-type impurity diffusion region 21 formed in the well region 13, and is formed on the n-type impurity diffusion region 21, that is, the substrate. An impurity region, in this example, a p-type positive charge (hole) accumulation region (p ++ layer) 22 is provided on the surface side.
垂直電荷転送部30は、p型ウェル領域13内に形成されたn型転送チャネル領域(p+ 層)31と、当該転送チャネル領域31の直下に形成された第2のp型ウェル領域32と、エピタキシャル基板10上にONO膜(SiO2/SiN/SiO2)構造のゲート絶縁膜71を介して形成された多結晶シリコンからなる例えば2層構造の転送電極33とから構成されている。
The vertical charge transfer unit 30 includes an n-type transfer channel region (p + layer) 31 formed in the p-type well region 13, and a second p-type well region 32 formed immediately below the
読み出しゲート部40は、垂直電荷転送部30の転送電極33の一部をゲート電極として兼用し、当該ゲート電極とその下のチャネル領域とによって構成されている。チャネルストップ部50はp型不純物(p+ 層)によって構成されている。また、垂直電荷転送部30の各々を覆うように、層間絶縁膜72を介してアルミニウム(Al)やタングステン(W)等からなる遮光膜73が形成されている.
The read gate unit 40 is configured by a part of the
上記構成のCCD固体撮像素子、即ちpn接合によるフォトダイオードの基板表面側に正電荷蓄積領域22を形成してなる埋込み型フォトダイオード構造のCCD固体撮像素子において、本発明では、センサ表面の正電荷蓄積領域22内にゲッタリングサイトであるゲッター領域23を形成したことを特徴としている。
In the CCD solid-state imaging device having the above structure, that is, a CCD solid-state imaging device having an embedded photodiode structure in which a positive
このゲッター領域23は、入射光によってエピタキシャル基板10の表面で発生した電子を捕獲することで、当該電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、転送チャネル領域31に漏れ込む成分を捕獲する減少させる作用をなす。ここで、基板表面で発生した電子を確実に捕獲するためには、ゲッター領域23は正電荷蓄積領域22の内部にあることが必要である。図2に、図1のX1−X2線に沿った断面のポテンシャルを示す。
The getter region 23 captures electrons generated on the surface of the
ここで、ゲッター領域23、即ちゲッタリングサイトとしてはいろいろな物が考えられる。ゲッタリング技術としては、一般的に、シリコン基板中の酸素を基板内部のみに析出させ、これをゲッタリングサイトとするIG(Intrinsic Gettering)法、基板裏面にポリシリコンや高濃度燐(Phosphorus)領域等を形成し、シリコンとの歪み応力を利用してゲッタリングサイトを形成するEG(Extrinsic Gettering)法等がある。 Here, various things can be considered as the getter region 23, that is, the gettering site. As gettering technology, IG (Intrinsic Gettering) method, in which oxygen in a silicon substrate is deposited only inside the substrate and this is used as a gettering site, polysilicon or high-concentration phosphorus (Phosphorus) region on the back of the substrate EG (Extrinsic Gettering) method for forming a gettering site using strain stress with silicon.
これに対して、ゲッター領域23のように、受光部20の領域内に局所的に形成でき、電気的に中性でかつ拡散が小さいゲッタリングサイトとしては,4族の不純物元素をイオン注入して形成するゲッタリング技術が一番望ましい。具体的には、4族の不純物元素として例えば炭素イオンを5×1013 cm-2 以上、好ましくは5×1013 〜5×1015 cm-2のドーズ量で注入し、ゲッタリングサイトとする。ただし、イオン注入する4族の不純物元素としては、炭素に限られるものではなく、ゲルマニウム、錫、鉛等であっても良い。 On the other hand, as a gettering region 23, a gettering site that can be locally formed in the region of the light receiving portion 20, and is electrically neutral and has low diffusion, a group 4 impurity element is ion-implanted. The gettering technique formed by this is the most desirable. Specifically, as a Group 4 impurity element, for example, carbon ions are implanted at a dose of 5 × 10 13 cm −2 or more, preferably 5 × 10 13 to 5 × 10 15 cm −2 to form a gettering site. . However, the group 4 impurity element to be ion-implanted is not limited to carbon, but may be germanium, tin, lead, or the like.
ゲッター領域23を形成するに当たっては、正電荷蓄積領域22からはみ出さないように、好ましくは当該正電荷蓄積領域22の基板表面側に形成する必要がある。何故ならば、ゲッター領域23が正電荷蓄積領域22からはみ出ると、当該ゲッター領域23が有する欠陥や準位により、電子を捕獲あるいは電子が発生し、白傷欠陥や暗電流成分の原因となってしまうためである。
In forming the getter region 23, it is preferable to form the getter region 23 on the substrate surface side of the positive
ゲッター領域23を正電荷蓄積領域22からはみ出さないように形成するには、イオン注入する際のドーズ量、エネルギーあるいは角度などを適宜選定するようにすれば良い。一例として、ボロンを20keV以下のエネルギーでイオン注入することによって正電荷蓄積領域22を形成するものとすると、炭素を10keV以下のエネルギーでイオン注入することによってゲッター領域23を形成するようにすれば良い。
In order to form the getter region 23 so as not to protrude from the positive
また、炭素をイオン注入する際に、炭素のドーズ量を5×1013 cm-2 以上にすることで、この炭素のイオン注入による高密度の結晶欠陥の形成と応力の発生とを十分に行うことができるため、電子を捕獲するゲッタリング能力を高めることができる。また、炭素のドーズ量を5×1015 cm-2以下にすることで、エピタキシャル基板10の表面の結晶性の劣化を少なく抑えることができる。
Further, when carbon is ion-implanted, the carbon dose is set to 5 × 10 13 cm −2 or more, so that high-density crystal defects and stress are sufficiently generated by the carbon ion implantation. Therefore, the gettering ability for capturing electrons can be enhanced. In addition, when the carbon dose is set to 5 × 10 15 cm −2 or less, deterioration of crystallinity on the surface of the
上述したように、pn接合によるフォトダイオードの基板表面側に正電荷蓄積領域22を形成してなる埋込み型フォトダイオード構造のCCD固体撮像素子において、センサ表面の正電荷蓄積領域22内にゲッタリングサイトであるゲッター領域23を形成することにより、入射光によってエピタキシャル基板10の表面で発生した電子がゲッター領域23で捕獲されるため、チャネルストップ部50を通過して転送チャネル領域31に漏れ込むスミア成分を確実に抑制できる。
As described above, in a CCD solid-state imaging device having an embedded photodiode structure in which a positive
ゲッター領域23で捕獲される電子は、スミアの成分として支配的な成分であるため、正電荷蓄積領域22内にゲッター領域23を形成することにより、スミア特性を大幅に改善できる。しかも、ゲッター領域23が受光部20の領域内に位置しているため、プロセス起因で混入する金属不純物による白傷欠陥や暗電流成分についても抑制することができる。
Since electrons captured in the getter region 23 are dominant components as smear components, the formation of the getter region 23 in the positive
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係るCCD固体撮像素子の主要部の構成を示す断面図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付して示している。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of a CCD solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same parts as those in FIG.
本実施形態に係るCCD固体撮像素子は、ゲッター領域23を含む受光部20、垂直電荷転送部30、読み出しゲート部40およびチャネルストップ部50を形成する半導体基板として、エピタキシャル層12を形成する前のシリコン基板であるn型CZ基板11の表面に、炭素イオンを1×1015 cm-2のドーズ量でイオン注入して炭素注入領域14を形成した後、エピタキシャル層12を形成してなるエピタキシャル基板10′を用いた構成を採っており、それ以外の構成は基本的に第1実施形態に係るCCD固体撮像素子の構成と同じである。
The CCD solid-state imaging device according to this embodiment is a semiconductor substrate on which the light receiving unit 20 including the getter region 23, the vertical charge transfer unit 30, the read gate unit 40, and the
かかる構成のCCD固体撮像素子において、炭素注入領域14中の炭素が酸素の析出を加速してCZ基板11に高密度の結晶欠陥を形成しており、この結晶欠陥がゲッタリングサイトになっている。また、CZ基板11を形成している元素(シリコン)と炭素注入領域14中の炭素とで共有結合半径が異なることによって応力が発生しており、この応力自体もゲッタリングサイトになっている。このため、CZ基板11中に元々存在している不純物および結晶欠陥や、エピタキシャル層12を形成する際およびその後に固体撮像素子を形成する際に導入される不純物および結晶欠陥が強力にゲッタリングされる。
In the CCD solid-state imaging device having such a configuration, the carbon in the
上述したように、埋込み型フォトダイオード構造のCCD固体撮像素子において、半導体基板として炭素注入領域14を有するエピタキシャル基板10′を用い、当該エピタキシャル基板10′上に、正電荷蓄積領域22内にゲッター領域23を形成してなる受光部20、垂直電荷転送部30、読み出しゲート部40およびチャネルストップ部50を形成した構成を採ることにより、第1実施形態と同様の効果、即ちゲッター領域23によるスミア特性の改善効果に加えて、炭素注入領域14によって不純物および結晶欠陥を強力にゲッタリングできるため、CCD固体撮像素子の白傷欠陥や暗電流成分を大幅に低減できる効果を得ることができる。
As described above, in a CCD solid-state imaging device having a buried photodiode structure, an
なお、上記各実施形態では、埋込み型フォトダイオード構造のCCD固体撮像素子において、センサ表面の正電荷蓄積領域22内にゲッター領域23を形成するとしたが、この構成に加えて、チャネルストップ部50内にもゲッター領域を形成する構成を採ることも可能である。
In each of the embodiments described above, in the CCD solid-state imaging device having the embedded photodiode structure, the getter region 23 is formed in the positive
このように、チャネルストップ部50内にもゲッター領域を形成することで、入射光によって基板表面に発生した電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、読み出し側と反対側のチャネルストップ部50を通過して隣りの転送チャネル領域31に漏れ込むのを当該ゲッター領域によって捕獲することができるため、正電荷蓄積領域22内にゲッター領域23の作用効果と相俟って、スミア、白傷欠陥および暗電流成分をより確実に低減できることになる。
In this way, by forming a getter region also in the
このゲッター領域については、基本的に、正電荷蓄積領域22内に形成するゲッター領域23と同じゲッタリング技術を用いて形成することができる。すなわち、チャネルストップ部50の領域内に局所的に形成でき、電気的に中性でかつ拡散が小さいゲッタリングサイトとしては,4族の不純物元素をイオン注入して形成するゲッタリング技術が一番望ましい。
This getter region can basically be formed using the same gettering technique as the getter region 23 formed in the positive
具体的には、4族の不純物元素として例えば炭素イオンを5×1013 cm-2 以上、好ましくは5×1013 〜5×1015 cm-2のドーズ量で注入し、ゲッタリングサイトとする。ただし、イオン注入する4族の不純物元素としては、炭素に限られるものではなく、ゲルマニウム、錫、鉛等であっても良い。 Specifically, as a Group 4 impurity element, for example, carbon ions are implanted at a dose of 5 × 10 13 cm −2 or more, preferably 5 × 10 13 to 5 × 10 15 cm −2 to form a gettering site. . However, the group 4 impurity element to be ion-implanted is not limited to carbon, but may be germanium, tin, lead, or the like.
また、炭素のイオン注入に際して、炭素のドーズ量を5×1013 cm-2 以上にすることで、この炭素のイオン注入による高密度の結晶欠陥の形成と応力の発生とを十分に行うことができるため、電子を捕獲するゲッタリング能力を高めることができる。また、炭素のドーズ量を5×1015 cm-2以下にすることで、エピタキシャル基板10の表面の結晶性の劣化を少なく抑えることができる。
In addition, when the carbon ion implantation is performed, the carbon dose is set to 5 × 10 13 cm −2 or more, so that the formation of high-density crystal defects and the generation of stress can be sufficiently performed by the carbon ion implantation. Therefore, the gettering ability for capturing electrons can be enhanced. In addition, when the carbon dose is set to 5 × 10 15 cm −2 or less, deterioration of crystallinity on the surface of the
[製造方法]
次に、第2実施形態に係るCCD固体撮像素子の製造方法について、図4および図5の製造工程図を用いて説明する。図4および図5において、図3と同等部分には同一符号を付して示している。
[Production method]
Next, a manufacturing method of the CCD solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to manufacturing process diagrams of FIGS. 4 and 5, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
先ず、図4(A)に示すように、CZ法で成長させたシリコン基板であるn型のCZ基板11を準備する。このCZ基板11は、主面が(100)面を有し、例えば比抵抗10Ωcmの直径200mmの基板である。このCZ基板11に対して、その表面に熱酸化膜81を介して4族の不純物元素、例えば炭素を1×1015cm-2のドーズ量で注入して炭素注入領域14を形成する。炭素のイオン注入後アニールを施し、しかる後熱酸化膜81を除去する。
First, as shown in FIG. 4A, an n-
次に、図4(B)に示すように、CZ基板11の一主面にSiHC13ソースガスによる水素還元法を用いて、例えば1110℃のエピタキシャル成長温度にて、例えば8μmのn型シリコンエピタキシャル層2を成長させる。次いで、図4(C)に示すように、n型シリコンエピタキシャル層12に第1のp型ウェル領域13を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, an n-type silicon epitaxial layer 2 of, eg, 8 μm is formed on one main surface of the
次に、図4(D)に示すように、p型ウェル領域13の表面上にONO膜(SiO2/SiN/SiO2)構造のゲート絶縁膜71を形成し、第1のp型ウェル領域13内にn型およびp型不純物を選択的にイオン注入して、垂直電荷転送部30を構成するn型の転送チャネル領域31およびp型のチャネルストップ部50と、第2のp型ウェル領域32をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, a gate insulating film 71 having an ONO film (SiO 2 / SiN / SiO 2) structure is formed on the surface of the p-type well region 13, and the inside of the first p-type well region 13 is formed. N-type and p-type impurities are selectively ion-implanted into the n-type
次に、図5(A)に示すように、垂直電荷転送部30の2層構造の転送電極33を多結晶シリコンで形成し、次いで受光部20の領域に炭素イオンを選択的に5×1013 cm-2 のドーズ量で注入してゲッター領域23を形成する。ゲッター能力を有効にするには、5×1013 cm-2 以上、好ましくは5×1013 〜5×1015 cm-2のドーズ量でのイオン注入が望ましい。スミア低減効果に関しては、より低ドーズ量で効果がある。
Next, as shown in FIG. 5A, the
イオン注入時のマスクとしては、転送電極33を用いても良いし、別途リソグラフ法により形成したレジストを用いても良い。エネルギーやドーズ量としては、後で形成する正電荷蓄積領域22の形成条件に依存する。すなわち、ゲッター領域23が有する欠陥や準位が、正電荷蓄積領域22からはみ出ない条件にて行うことが望ましい。一例として、ボロンを20keV以下のエネルギーでイオン注入することによって正電荷蓄積領域22を形成するものとすると、炭素を10keV以下のエネルギーでイオン注入する。
As a mask at the time of ion implantation, the
次に、図5(B)に示すように、転送電極33をマスクとして用いて第1のp型ウェル領域13内にn型およびp型不純物を選択的にイオン注入して、受光部20を構成するn型不純物拡散領域21およびp型の正電荷蓄積領域17を形成する。次いで、図5(C)に示すように、素子全面に亘って層間絶縁膜72を形成した後、垂直電荷転送部30上を覆う遮光膜73をアルミニウムあるいはタングステン等によって形成する。以降、周知のカラーフィルタやオンチップレンズを順に形成することにより、目的のCCD固体撮像素子を得る。
Next, as shown in FIG. 5B, n-type and p-type impurities are selectively ion-implanted into the first p-type well region 13 using the
なお、第1実施形態に係るCCD固体撮像素子を製造する場合には、図4(A)において、炭素注入領域14を形成する工程が省かれることになる。
When manufacturing the CCD solid-state imaging device according to the first embodiment, the step of forming the
上述したように、受光部20の正電荷蓄積領域22内にゲッター領域23を形成することにより、当該ゲッター領域23が入射光によって半導体基板の表面で発生した電子を捕獲する作用をなすことになるため、スミア成分として支配的な入射光に起因する電子が、転送チャネル領域31に漏れ込むのを確実に抑制でき、しかもゲッター領域23が受光部20内に位置することで、プロセス起因で混入する金属不純物による白傷欠陥や暗電流成分についても抑制できることになるため、スミア特性に優れ、白傷欠陥の少ないCCD固体撮像素子を製造できる。
As described above, by forming the getter region 23 in the positive
なお、図5の製造工程においては、受光部20のn型不純物拡散領域21と正電荷蓄積領域22を形成する前にゲッター領域23を形成するとしたが、逆に、n型不純物拡散領域21と正電荷蓄積領域22を形成した後にゲッター領域23を形成するようにすることも可能である。
In the manufacturing process of FIG. 5, the getter region 23 is formed before the n-type impurity diffusion region 21 and the positive
また、ここでは、n型Siエピタキシャル基板上に形成されたp型のウェル領域13の表面にn型拡散領域21を形成して、p型ウェル13とn型拡散領域21とのpn接合によってフォトダイオードを形成するタイプのCCD固体撮像素子を製造する場合を例に挙げて説明したが、p型のSiエピタキシャル基板にn型不純物領域を形成してフォトダイオードを作成するタイプのCCD固体撮像素子にも同様に適用できる。 Further, here, an n-type diffusion region 21 is formed on the surface of the p-type well region 13 formed on the n-type Si epitaxial substrate, and photon is formed by a pn junction between the p-type well 13 and the n-type diffusion region 21. The case of manufacturing a CCD solid-state image pickup device of a type that forms a diode has been described as an example. However, for a CCD solid-state image pickup device of a type that forms a photodiode by forming an n-type impurity region on a p-type Si epitaxial substrate. Can be applied similarly.
また、層内レンズを複数個有するタイプのCCD固体撮像素子や、縦型オーバーフローバリア形成後にエピタキシャル層を形成し、近赤外線にも感度を持つタイプのCCD固体撮像素子、さらには紫外線に透過性を有する膜のみにて受光部を形成するタイプのCCD固体撮像素子にも適用できることは勿論である。また、CCD固体撮像素子に限らず、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型固体撮像素子(いわゆるCMOSセンサ)や、増幅型固体撮像素子にも当然適用可能である。 In addition, a CCD solid-state image sensor having a plurality of intra-layer lenses, a CCD solid-state image sensor having a sensitivity to near infrared rays after forming an epitaxial layer after the formation of a vertical overflow barrier, and further being transparent to ultraviolet rays. Of course, the present invention can also be applied to a CCD solid-state imaging device in which a light receiving portion is formed only by a film having the same. Of course, the present invention is not limited to a CCD solid-state imaging device, but can be applied to a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) solid-state imaging device (so-called CMOS sensor) or an amplification-type solid-state imaging device.
[応用例]
以上説明した各実施形態に係る固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置(カメラモジュール)において、その撮像デバイスとして用いて好適なものである。
[Application example]
The solid-state imaging device according to each embodiment described above is suitable for use as an imaging device in an imaging apparatus (camera module) such as a digital still camera or a video camera.
図6は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図6に示すように、本例に係る撮像装置は、レンズ81、撮像デバイス82、信号処理回路83およびデバイス駆動回路84等によって構成されている。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the imaging apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 6, the imaging apparatus according to this example includes a
レンズ81は、被写体からの像光を撮像デバイス82の撮像面に結像する。撮像デバイス82は、デバイス駆動回路84による駆動の下に、レンズ81によって撮像面に結像された像光を画素単位で電気信号に変換して得られる1フレームの画像信号を例えばフィールド単位で出力する。この撮像デバイス82として、先述した各実施形態に係るCCD固体撮像素子が用いられる。
The
信号処理部83は、CDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)回路やAGC(Automatic Gain Control;自動利得制御)回路を含み、撮像デバイス82から出力される画像信号に対して、CDS回路によって画像信号に含まれる固定パターンノイズを除去するとともに、AGC回路によって信号レベルを安定化(ゲイン調整)する処理等を行う。
The
デバイス駆動回路84は、撮像デバイス82が図1または図3に示すCCD固体撮像素子であることから、受光部20で光電変換された信号電荷を垂直電荷転送部30に読み出すための読み出しゲートパルス、垂直電荷転送部30を転送駆動するためのn相の垂直転送パルス、水平電荷転送部(図示せず)を転送駆動するためのm相の水平転送パルスなどの各種タイミングパルスを生成し、これらタイミングパルスによって撮像デバイス82を駆動する。
Since the
上述したように、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置において、その撮像デバイスとして先述した各実施形態に係るCCD固体撮像素子を搭載することで、当該CCD固体撮像素子はスミア特性を改善できるとともに、白傷不良や暗電流成分を抑制できる特長を持つことから、スミアが少なく、高画質の撮像画像を得ることができる。 As described above, in an imaging apparatus such as a digital still camera or a video camera, by mounting the CCD solid-state imaging device according to each of the above-described embodiments as the imaging device, the CCD solid-state imaging device can improve smear characteristics. Since it has the feature of suppressing white defect defects and dark current components, it is possible to obtain a high-quality captured image with less smear.
10…エピタキシャル基板、11…CZ基板、12…n型エピタキシャル層、13…第1のp型ウェル領域、14…炭素注入領域、20…受光部、21…n型不純物拡散領域、22…正電荷蓄積領域、23…ゲッター領域、30…垂直電荷転送部、31…転送チャネル領域、32第2のp型ウェル領域、33…転送電極、40…読み出しゲート部、50…チャネルストップ部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記不純物領域内における前記半導体基板の表面層において、前記受光部内に局所的に形成されたゲッター領域を有し、
前記ゲッター領域は、入射光によって前記半導体基板の表面で発生した電子を捕獲し、当該電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、チャネルストップ部を通過して転送チャネル領域に漏れ込むスミア成分を抑制する
固体撮像素子。 A light receiving portion including a photoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate and an impurity region formed on the surface side of the semiconductor substrate maintained at the same height as the periphery in the photoelectric conversion element is arranged,
Oite the surface layer of the semiconductor substrate in the impurity region, and have a locally-formed getter region in the light receiving portion,
The getter region captures electrons generated on the surface of the semiconductor substrate by incident light, diffuses the electrons laterally along the substrate surface, and passes through the channel stop portion to leak into the transfer channel region. a solid-state imaging device to suppress.
請求項1記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the getter region is formed of a Group 4 impurity element.
請求項2記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the Group 4 impurity element is carbon.
前記不純物領域内における前記半導体基板の表面層において、入射光によって前記半導体基板の表面で発生した電子を捕獲し、当該電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、チャネルストップ部を通過して転送チャネル領域に漏れ込むスミア成分を抑制するゲッター領域を、前記受光部内に局所的に形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A solid-state imaging device in which a light receiving unit including a photoelectric conversion element formed on a semiconductor substrate and an impurity region formed on the surface side of the semiconductor substrate maintained at the same height as the periphery of the photoelectric conversion element is disposed. A manufacturing method of
Oite the surface layer of the semiconductor substrate in the impurity region, by the incident light to capture the electrons generated in the surface of the semiconductor substrate, the electrons are diffused in the horizontal direction along the substrate surface, it passes through the channel stop portion Then, a getter region that suppresses smear components that leak into the transfer channel region is locally formed in the light receiving unit .
請求項4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 getter region is formed by ion implantation of a Group 4 impurity element.
請求項5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 5, wherein the Group 4 impurity element is carbon.
前記不純物領域内における前記半導体基板の表面層において、前記受光部内に局所的に形成されたゲッター領域を有する固体撮像素子を撮像デバイスとして用い、
前記ゲッター領域は、入射光によって前記半導体基板の表面で発生した電子を捕獲し、当該電子が基板表面に沿って横方向に拡散し、チャネルストップ部を通過して転送チャネル領域に漏れ込むスミア成分を抑制する
撮像装置。 A light receiving portion including a photoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate and an impurity region formed on the surface side of the semiconductor substrate maintained at the same height as the periphery in the photoelectric conversion element is arranged,
Used Oite the surface layer of the semiconductor substrate in the impurity region, the solid-state imaging device having a locally formed getter region in the light receiving portion as an imaging device,
The getter region captures electrons generated on the surface of the semiconductor substrate by incident light, diffuses the electrons laterally along the substrate surface, and passes through the channel stop portion to leak into the transfer channel region. An imaging device that suppresses noise.
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