JP5277880B2 - Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus - Google Patents

Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び当該固体撮像装置を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for manufacturing the solid-state imaging device, and an electronic apparatus including the solid-state imaging device.

固体撮像装置として、CMOS型の固体撮像装置が知られている。このCMOS型の固体撮像装置は、フォトダイオードと、複数のトランジスタ、いわゆるMOSトランジスタにより、2画素を形成し、複数の画素を所要のパターンに配列して構成されている。このフォトダイオードは、受光量に応じた信号電荷を生成し、蓄積する光電変換素子であり、複数のMOSトランジスタは、フォトダイオードからの信号電荷を転送するための素子である。   As a solid-state imaging device, a CMOS type solid-state imaging device is known. This CMOS type solid-state imaging device is configured by forming two pixels by a photodiode and a plurality of transistors, so-called MOS transistors, and arranging the plurality of pixels in a required pattern. This photodiode is a photoelectric conversion element that generates and accumulates signal charges according to the amount of received light, and the plurality of MOS transistors are elements for transferring signal charges from the photodiodes.

図7に、イメージセンサに適用した従来のCMOS型の固体撮像装置(下記特許文献1記載)の要部の概略断面構成を示す。図7は、固体撮像装置216の画素部における断面構成である。   FIG. 7 shows a schematic cross-sectional configuration of a main part of a conventional CMOS solid-state imaging device (described in Patent Document 1 below) applied to an image sensor. FIG. 7 is a cross-sectional configuration of the pixel portion of the solid-state imaging device 216.

図7に示す従来の固体撮像装置216は、シリコンからなるp型の基板201の表面側に、画素分離領域208を有し、各区分領域にフォトダイオードPDと複数のMOSトランジスタからなる画素200を有する。複数のMOSトランジスタは、それぞれ、電荷読み出しトランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、アンプトランジスタTr3及び垂直選択トランジスタ(図示せず)である。この4つのMOSトランジスタと、フォトダイオードPDとから構成される画素領域が単位画素となる。この単位画素は、複数個、2次元マトリクス状に配列される。   A conventional solid-state imaging device 216 shown in FIG. 7 has a pixel isolation region 208 on the surface side of a p-type substrate 201 made of silicon, and a pixel 200 made up of a photodiode PD and a plurality of MOS transistors in each divided region. Have. The plurality of MOS transistors are a charge read transistor Tr1, a reset transistor Tr2, an amplifier transistor Tr3, and a vertical selection transistor (not shown), respectively. A pixel region composed of these four MOS transistors and the photodiode PD is a unit pixel. A plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional matrix.

フォトダイオードPDは、p型の基板201の表面から所要の深さ方向に順に形成したn+型不純物領域203と、及びn型不純物領域202と、このn+型不純物領域203の表面に形成した高不純物濃度のp型不純物領域204とにより構成されている。   The photodiode PD includes an n + -type impurity region 203 formed in order from a surface of the p-type substrate 201 in a required depth direction, an n-type impurity region 202, and a high impurity formed on the surface of the n + -type impurity region 203. The p-type impurity region 204 has a concentration.

電荷読み出しトランジスタTr1は、フォトダイオードPDが形成された領域に隣接する基板上にゲート絶縁膜217を介して形成された平面型のゲート電極209と、基板表面に形成されたn+不純物領域より構成されるソース・ドレイン領域205とから構成される。このソース・ドレイン領域205は、フローティングディフュージョン領域を構成するものである。
アンプトランジスタTr3は、ソース・ドレイン領域206と、ソース・ドレイン領域206が形成された領域に隣接する基板上にゲート絶縁膜217を介して形成された平面型のゲート電極211と、基板表面に形成されたn+不純物領域より構成されるソース・ドレイン領域207とから構成される。
リセットトランジスタTr2は、ソース・ドレイン領域205と、ソース・ドレイン領域205が形成された領域に隣接する基板201上にゲート絶縁膜217を介して形成された平面型のゲート電極210と、基板201表面に形成されたn+不純物領域より構成されるソース・ドレイン領域206とから構成される。
ソース・ドレイン領域206は、基板201上に層間絶縁膜215を介して形成される電源配線213にコンタクト部212を介して接続される。
また、層間絶縁膜215内には、所望の配線214が形成されている。
The charge readout transistor Tr1 includes a planar gate electrode 209 formed on a substrate adjacent to a region where the photodiode PD is formed via a gate insulating film 217, and an n + impurity region formed on the substrate surface. Source / drain region 205. This source / drain region 205 constitutes a floating diffusion region.
The amplifier transistor Tr3 is formed on the substrate surface with the source / drain region 206, the planar gate electrode 211 formed on the substrate adjacent to the region where the source / drain region 206 is formed via the gate insulating film 217, and the like. Source / drain region 207 including n + impurity regions.
The reset transistor Tr2 includes a source / drain region 205, a planar gate electrode 210 formed on the substrate 201 adjacent to the region where the source / drain region 205 is formed via a gate insulating film 217, and the surface of the substrate 201. And a source / drain region 206 composed of n + impurity regions.
The source / drain region 206 is connected to a power supply wiring 213 formed on the substrate 201 via an interlayer insulating film 215 via a contact portion 212.
A desired wiring 214 is formed in the interlayer insulating film 215.

このように、従来の固体撮像装置216の基板201表面には、単位画素200毎に、フォトダイオードPDと、複数のMOSトランジスタがそれぞれ配置される。   As described above, the photodiode PD and the plurality of MOS transistors are arranged for each unit pixel 200 on the surface of the substrate 201 of the conventional solid-state imaging device 216.

ところで、近年、固体撮像装置では、多数の画素を高集積するために、画素サイズの微細化が行われている。特に、図7に示すような従来の固体撮像装置216の各画素領域では、基板201の同一平面上に、フォトダイオードPDや、複数のMOSトランジスタが配置されているため、単位画素200を構成する基板201表面には、それらを構成する面積が必要となる。このため、1画素の面積が増大してしまう傾向があった。このような構成では、画素サイズを微細化した場合には、フォトダイオードPDの面積が縮小してしまうことになり、飽和電荷量(Qs)の低下や感度の低下を招く等の問題があった。   Incidentally, in recent years, in a solid-state imaging device, the pixel size has been miniaturized in order to highly integrate a large number of pixels. In particular, in each pixel region of the conventional solid-state imaging device 216 as shown in FIG. 7, the photodiode PD and a plurality of MOS transistors are arranged on the same plane of the substrate 201, so that the unit pixel 200 is configured. On the surface of the substrate 201, an area constituting them is required. For this reason, the area of one pixel tends to increase. In such a configuration, when the pixel size is miniaturized, the area of the photodiode PD is reduced, and there is a problem that the saturation charge amount (Qs) is lowered and the sensitivity is lowered. .

この問題に対して、画素内のMOSトランジスタを、隣接する複数の画素で共有することで、画素サイズを縮小する方法がいくつか提案されている。   In order to solve this problem, several methods for reducing the pixel size by sharing a MOS transistor in a pixel with a plurality of adjacent pixels have been proposed.

また、画素サイズの微細化に伴う飽和電荷量(Qs)の低下や、感度の低下を防ぐ方法に対する全く異なるアプローチとして、特許文献3では、埋め込み型のゲート電極を用いた固体撮像装置が提案されている。   Further, as a completely different approach to a method for preventing a decrease in saturation charge amount (Qs) and a decrease in sensitivity due to a reduction in pixel size, Patent Document 3 proposes a solid-state imaging device using an embedded gate electrode. ing.

特開平11−122532号公報JP-A-11-122532 特開2002−513145号公報JP 2002-513145 A 特開2005−223084号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-223084

以上のように、固体撮像装置において、画素サイズの縮小化に伴う飽和電荷量の減少や、感度の低下を防止するために、様々提案がなされている。しかしながら、近年の画素サイズの縮小化が急激に進むにつれて十分な飽和電荷量を得るのは困難になってきている。   As described above, in the solid-state imaging device, various proposals have been made in order to prevent a decrease in saturation charge amount and a decrease in sensitivity due to a reduction in pixel size. However, it has become difficult to obtain a sufficient amount of saturation charge as the pixel size has been rapidly reduced in recent years.

また、特許文献3のような埋め込み型のゲート電極を用いた場合、埋め込み型のゲート電極を形成するために、シリコンの半導体基板を選択エッチングする。このため、選択エッチングによって生じるダメージに起因した欠陥から発生する暗電流を抑制する必要がある。   In addition, when an embedded gate electrode as in Patent Document 3 is used, a silicon semiconductor substrate is selectively etched in order to form the embedded gate electrode. For this reason, it is necessary to suppress dark current generated from defects caused by damage caused by selective etching.

上述の点に鑑み、本発明は、飽和電荷量(Qs)を増加し、暗電流の抑制を図った固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、上記固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
In view of the above-described points, the present invention provides a solid-state imaging device that increases the saturation charge amount (Qs) and suppresses dark current, and a manufacturing method thereof.
Moreover, this invention provides the electronic device provided with the said solid-state imaging device.

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板と、フォトダイオードと、読み出しゲート電極と、暗電流抑制領域と、読み出しチャネル領域とを有する。
フォトダイオードは、基板の深さ方向に複数積層されて形成されている。また、読み出しゲート電極は、縦型の読み出しゲート電極であり、基板の深さ方向に複数積層されたフォトダイオードの信号電荷を読み出す為に、基板の深さ方向に埋め込まれて形成されている。
暗電流抑制領域は、第1導電型の半導体領域により読み出しゲート電極の底部、及び側面を被覆して形成されており、読み出しゲート側面には均一の幅で形成されている。
読み出しチャネル領域は、読み出しゲート電極の側面に形成された暗電流抑制領域とフォトダイオードとの間の領域に、第2導電型の半導体領域により形成されている。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the solid-state imaging device of the present invention has a substrate, a photodiode, a readout gate electrode, a dark current suppression region, and a readout channel region.
A plurality of photodiodes are stacked in the depth direction of the substrate. The readout gate electrode is a vertical readout gate electrode, and is formed so as to be embedded in the depth direction of the substrate in order to read out signal charges of a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate.
The dark current suppression region is formed by covering the bottom and side surfaces of the readout gate electrode with the first conductivity type semiconductor region, and is formed with a uniform width on the side surface of the readout gate.
The read channel region is formed of a second conductivity type semiconductor region in a region between the dark current suppression region formed on the side surface of the read gate electrode and the photodiode.

本発明の固体撮像装置では、基板の深さ方向に複数積層されたフォトダイオードにより、信号電荷が蓄積される。これにより、飽和電荷量が増加する。また、縦型の読み出しゲート電極でその信号電荷を読み出すので、信号電荷の転送残りを防ぐことができる。また、読み出しゲート電極側面に形成される暗電流抑制領域は、均一の幅で形成されるため、読み出し特性のバラツキが低減される。   In the solid-state imaging device of the present invention, signal charges are accumulated by a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate. As a result, the saturation charge amount increases. Further, since the signal charge is read out by the vertical read gate electrode, it is possible to prevent the transfer of the signal charge from remaining. Further, since the dark current suppression region formed on the side surface of the read gate electrode is formed with a uniform width, variation in read characteristics is reduced.

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板の深さ方向に積層した複数のフォトダイオードを形成する工程、基板上部にマスク層及びフォトレジスト膜を形成する工程を有する。次に、フォトリソグラフィ法によりフォトレジスト膜をパターン形成し、パターン形成された前記フォトレジスト膜をマスクとして、マスク層をエッチングし、基板表面に達する開口部を形成する工程を有する。次に、開口部を介して、基板に第1導電型の不純物をイオン注入する工程、開口部を介して、基板の第1導電型の不純物がイオン注入された領域よりも基板表面側の領域に第2導電型の不純物をイオン注入する工程を有する。次に、レジスト膜を除去する工程、開口部を含むマスク層表面に第1の側壁スペーサを形成し、開口部の径を縮小する工程、縮小された開口部を介して、第1導電型の不純物をイオン注入する工程を有する。次に、縮小された開口部の側壁に第2の側壁スペーサを形成し、開口部の径をさらに縮小する工程、縮小された開口部をマスクとして、基板をエッチングし、フォトダイオードに隣接する溝部を形成する工程を有する。次に、溝部の底部及び側面を被覆してゲート絶縁膜を形成する工程、ゲート絶縁膜が形成された溝部に電極材料を埋め込んで読み出しゲート電極を形成する工程を有する。   In addition, the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes a step of forming a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate, and a step of forming a mask layer and a photoresist film on the substrate. Next, there is a step of patterning a photoresist film by a photolithography method, etching the mask layer using the patterned photoresist film as a mask, and forming an opening reaching the substrate surface. Next, a step of ion-implanting the first conductivity type impurity into the substrate through the opening, and a region on the substrate surface side of the region of the substrate from which the first conductivity type impurity is ion-implanted through the opening A step of ion-implanting impurities of the second conductivity type. Next, the step of removing the resist film, the step of forming the first sidewall spacer on the surface of the mask layer including the opening, the step of reducing the diameter of the opening, the first conductivity type through the reduced opening A step of ion-implanting impurities. Next, a step of forming a second sidewall spacer on the side wall of the reduced opening and further reducing the diameter of the opening, etching the substrate using the reduced opening as a mask, and a groove adjacent to the photodiode Forming a step. Next, a step of forming a gate insulating film by covering the bottom and side surfaces of the groove, and a step of forming a read gate electrode by embedding an electrode material in the groove where the gate insulating film is formed.

本発明の固体撮像装置の製造方法では、開口部の径を段階的に縮小しながら、所望の不純物がイオン注入される領域や、溝部を形成しているので、これらのイオン注入される領域や、溝部は、セルフアラインで形成される。これにより、所定の領域にイオン注入するためや、溝部を形成するためにマスク合わせを行う必要がなく、精度良く読み出しゲート電極や、その周辺の半導体領域を形成することができる。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a region in which a desired impurity is ion-implanted or a groove is formed while the diameter of the opening is reduced stepwise. The groove is formed by self-alignment. Accordingly, it is not necessary to perform mask alignment for ion implantation into a predetermined region or to form a groove portion, and the readout gate electrode and its peripheral semiconductor region can be formed with high accuracy.

また、本発明の電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、信号処理回路とを含んで構成される。そして、固体撮像装置は、基板と、フォトダイオードと、読み出しゲート電極と、暗電流抑制領域と、読み出しチャネル領域とを有する。
フォトダイオードは、基板の深さ方向に複数積層されて形成されている。また、読み出しゲート電極は、縦型の読み出しゲート電極であり、基板の深さ方向に複数積層されたフォトダイオードの信号電荷を読み出す為に、基板の深さ方向に埋め込まれて形成されている。
暗電流抑制領域は、第1導電型の半導体領域により読み出しゲート電極の底部、及び側面を被覆して形成されており、読み出しゲート側面には均一の幅で形成されている。
読み出しチャネル領域は、読み出しゲート電極の側面に形成された暗電流抑制領域とフォトダイオードとの間の領域に、第2導電型の半導体領域により形成されている。
The electronic apparatus of the present invention includes an optical lens, a solid-state imaging device, and a signal processing circuit. The solid-state imaging device includes a substrate, a photodiode, a readout gate electrode, a dark current suppression region, and a readout channel region.
A plurality of photodiodes are stacked in the depth direction of the substrate. The readout gate electrode is a vertical readout gate electrode, and is formed so as to be embedded in the depth direction of the substrate in order to read out signal charges of a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate.
The dark current suppression region is formed by covering the bottom and side surfaces of the readout gate electrode with the first conductivity type semiconductor region, and is formed with a uniform width on the side surface of the readout gate.
The read channel region is formed of a second conductivity type semiconductor region in a region between the dark current suppression region formed on the side surface of the read gate electrode and the photodiode.

本発明の電子機器では、光学レンズから入射された光は、固体撮像装置において信号電荷に変換され、信号処理回路を介して、映像信号として出力される。また、固体撮像装置では、基板の深さ方向に複数積層されたフォトダイオードにより、信号電荷が蓄積される。これにより、飽和電荷量が増加する。また、縦型の読み出しゲート電極でその信号電荷を読み出すので、信号電荷の転送残りを防ぐことができる。また、読み出しゲート電極側面に形成される暗電流抑制領域は、均一の幅で形成されるため、読み出し特性のバラツキが低減される。   In the electronic apparatus of the present invention, light incident from the optical lens is converted into signal charges in the solid-state imaging device, and is output as a video signal via the signal processing circuit. In the solid-state imaging device, signal charges are accumulated by a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate. As a result, the saturation charge amount increases. Further, since the signal charge is read out by the vertical read gate electrode, it is possible to prevent the transfer of the signal charge from remaining. Further, since the dark current suppression region formed on the side surface of the read gate electrode is formed with a uniform width, variation in read characteristics is reduced.

本発明に係る固体撮像装置によれば、単位画素の飽和電荷量(Qs)が増加し、暗電流の発生を抑制して白傷の発生が抑えられた固体撮像装置を提供することできる。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、暗電流抑制領域や、読み出しチャネル領域を精度良く形成し、暗電流の発生を抑制して白傷の発生が抑えられた固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器によれば、上記本発明の固体撮像装置を備えることにより、感度の向上、高画質化された電子機器を提供することができる。
According to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device in which the saturation charge amount (Qs) of a unit pixel is increased and generation of white current is suppressed by suppressing generation of dark current.
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a solid-state imaging device in which a dark current suppression region and a readout channel region are accurately formed and generation of white current is suppressed by suppressing generation of dark current is manufactured. be able to.
According to the electronic device according to the present invention, by providing the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to provide an electronic device with improved sensitivity and high image quality.

以下、図1〜図6を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

〈第1の実施形態〉
[固体撮像装置の全体構造]
まず、図1を用いて、本発明の第1の実施形態のCMOS型の固体撮像装置、すなわち、CMOSイメージセンサの全体構造について説明する。
<First Embodiment>
[Overall structure of solid-state imaging device]
First, the entire structure of a CMOS solid-state imaging device, that is, a CMOS image sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示す固体撮像装置1は、Siからなる基板11上に配列された複数の画素2から構成される撮像領域3と、撮像領域3の周辺回路としての垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8等を有して構成される。   A solid-state imaging device 1 shown in FIG. 1 includes an imaging region 3 composed of a plurality of pixels 2 arranged on a substrate 11 made of Si, a vertical drive circuit 4 as a peripheral circuit of the imaging region 3, and column signal processing. The circuit 5 includes a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.

画素2は、光電変換素子であるフォトダイオードと、複数のMOSトランジスタとから構成され、基板11上に、2次元アレイ状に規則的に複数配列されて形成されている。   The pixel 2 is composed of a photodiode which is a photoelectric conversion element and a plurality of MOS transistors, and is formed by regularly arranging a plurality of pixels in a two-dimensional array on the substrate 11.

撮像領域3は、2次元アレイ状に規則的に複数配列された画素2から構成される。そして、撮像領域3は、実際に光を受光し、光電変換によって生成された信号電荷を蓄積することのできる有効画素領域と、有効画素領域の周囲に形成され、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域とから構成される。   The imaging region 3 is composed of pixels 2 regularly arranged in a two-dimensional array. The imaging area 3 is an optical area that is actually received light and can store signal charges generated by photoelectric conversion, and an optical area that is formed around the effective pixel area and serves as a reference for the black level. And a black reference pixel region for outputting black.

制御回路8は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、及び水平駆動回路6等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路8で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等に入力される。   The control circuit 8 generates a clock signal, a control signal, and the like that serve as a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock To do. The clock signal and control signal generated by the control circuit 8 are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.

垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、撮像領域3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素2のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通してカラム信号処理回路5に供給する。   The vertical drive circuit 4 is configured by a shift register, for example, and selectively scans each pixel 2 in the imaging region 3 in the vertical direction sequentially in units of rows. Then, the pixel signal based on the signal charge generated according to the amount of light received in the photodiode of each pixel 2 is supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line.

カラム信号処理回路5は、例えば、画素2の列毎に配置されており、1行分の画素2から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路5の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線10とのあいだに設けられている。   The column signal processing circuit 5 is arranged, for example, for each column of the pixels 2, and a signal output from the pixels 2 for one row is sent to the black reference pixel region (not shown, but around the effective pixel region) for each pixel column. Signal processing such as noise removal and signal amplification. A horizontal selection switch (not shown) is provided between the output stage of the column signal processing circuit 5 and the horizontal signal line 10.

水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線10に出力させる。   The horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 10 to output.

出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線10を通して、順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
以下に説明する第1〜第5の実施形態における固体撮像装置は、図1における固体撮像装置1を構成するものであり、特に有効撮像領域における画素2の断面構成を示すものである。
The output circuit 7 performs signal processing and outputs the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10.
The solid-state imaging device in the first to fifth embodiments described below constitutes the solid-state imaging device 1 in FIG. 1, and particularly shows a cross-sectional configuration of the pixel 2 in the effective imaging region.

図2に本実施形態例に係る固体撮像装置1の撮像領域3の概略断面構成を示す。   FIG. 2 shows a schematic cross-sectional configuration of the imaging region 3 of the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment.

本実施形態例の固体撮像装置1は、基板20と、基板20に形成されたフォトダイオードPDと、フォトダイオードPDで得られる信号電荷を読み出すための複数の画素トランジスタと、その画素トランジスタを駆動するための配線層47とを有する。
以下の説明においては、本発明の第1導電型の半導体領域としてp型半導体領域を用い、第2導電型としてn型半導体領域を用いる。また、n型不純物濃度の薄い順に、n型、n+型と表記し、p型不純物濃度の薄い順に、p型、p+型と表記する。また、本実施形態例では、基板20の表面側から光Lが照射される、表面照射型の固体撮像装置として説明する。
The solid-state imaging device 1 of the present embodiment example drives a substrate 20, a photodiode PD formed on the substrate 20, a plurality of pixel transistors for reading signal charges obtained from the photodiode PD, and the pixel transistors. And a wiring layer 47 for the purpose.
In the following description, a p-type semiconductor region is used as the first conductivity type semiconductor region of the present invention, and an n-type semiconductor region is used as the second conductivity type. Also, n-type and n + type are written in ascending order of n-type impurity concentration, and p-type and p + -type are written in ascending order of p-type impurity concentration. In the present embodiment example, a surface irradiation type solid-state imaging device that is irradiated with light L from the surface side of the substrate 20 will be described.

基板20は、p型半導体からなるシリコンで構成されている。   The substrate 20 is made of silicon made of a p-type semiconductor.

フォトダイオードPDは、図1に示す画素2に対応して、基板20内の垂直方向及び水平方向に、マトリクス状に複数個形成されている。このフォトダイオードPDは画素2において、光を受光する受光部を構成するものである。フォトダイオードPDは、p型の半導体領域と、n型の半導体領域との接合部であるpn接合j,jを有して、深さ方向に形成された複数個のフォトダイオード、本実施形態例では第1のフォトダイオードPD1と第2のフォトダイオードPD2から構成されている。具体的には、基板20表面から順に形成されたp+型半導体領域21、n+型半導体領域22、p+型半導体領域23、n+型半導体領域24、n型半導体領域25が形成されており、p+型半導体領域21とn+型半導体領域22とpn接合jにより第1のフォトダイオードPD1が構成されている。また、その第1のフォトダイオードPD1の下方に連続して形成されたp+型半導体領域23とn+型半導体領域24とのpn接合jにより第2のフォトダイオードPD2が構成されている。 A plurality of photodiodes PD are formed in a matrix in the vertical and horizontal directions in the substrate 20 corresponding to the pixels 2 shown in FIG. The photodiode PD constitutes a light receiving portion that receives light in the pixel 2. The photodiode PD includes a plurality of photodiodes formed in the depth direction having pn junctions j 1 and j 2 that are junctions between a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region. In the embodiment, the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are included. Specifically, a p + type semiconductor region 21, an n + type semiconductor region 22, a p + type semiconductor region 23, an n + type semiconductor region 24, and an n type semiconductor region 25 are formed in order from the surface of the substrate 20. first photodiode PD1 is formed by a semiconductor region 21 and the n + -type semiconductor region 22 and the pn junction j 1. Further, the pn junction j 2 with its first p + -type semiconductor region 23 is formed continuously below the photodiode PD1 and the n + -type semiconductor region 24 and the second photodiode PD2 is formed.

このような構成を有するフォトダイオードPDでは、受光部であるフォトダイオードPDに入射された光Lは、ここにおいて光電変換され、光電変換によって得られた信号電荷は、pn接合j1によって形成されているそれぞれの電位の井戸に蓄積される。   In the photodiode PD having such a configuration, the light L incident on the photodiode PD which is a light receiving unit is photoelectrically converted here, and the signal charge obtained by the photoelectric conversion is formed by the pn junction j1. Accumulated in each potential well.

画素トランジスタは、電荷読み出しトランジスタTr1と、リセットトランジスタTr2と、アンプトランジスタTr3とにより構成されている。   The pixel transistor includes a charge readout transistor Tr1, a reset transistor Tr2, and an amplifier transistor Tr3.

まず、電荷読み出しトランジスタTr1は、画素2毎に形成されたフォトダイオードPDに隣接して形成された読み出しゲート電極26と、フローティングディフュージョン領域FDとから構成されている。   First, the charge readout transistor Tr1 includes a readout gate electrode 26 formed adjacent to the photodiode PD formed for each pixel 2 and a floating diffusion region FD.

読み出しゲート電極26は、基板20の表面から深さ方向に形成された溝部50に、ゲート絶縁膜27を介して電極材料が埋め込まれることにより形成された柱状の縦型ゲート電極である。また、この縦型ゲート電極で構成される読み出しゲート電極26の上部は、配線引き出し用の平面型電極部26aが形成されている。読み出しゲート電極26底部は、第2のフォトダイオードPD2を構成するpn接合j2の深さよりも深い位置に達するように、基板20内に縦型に形成されている。   The read gate electrode 26 is a columnar vertical gate electrode formed by embedding an electrode material through a gate insulating film 27 in a groove 50 formed in the depth direction from the surface of the substrate 20. In addition, a planar electrode portion 26a for drawing out a wiring is formed on the upper portion of the read gate electrode 26 constituted by the vertical gate electrode. The bottom of the read gate electrode 26 is formed vertically in the substrate 20 so as to reach a position deeper than the depth of the pn junction j2 constituting the second photodiode PD2.

そして、ゲート絶縁膜27を含む読み出しゲート電極26の底部、及び側面は、p型半導体領域からなる暗電流抑制領域30,29により被覆されている。特に、読み出しゲート電極26の側面に形成された暗電流抑制領域29は、読み出しゲート電極26の側面一周において、均一の幅となるように形成されている。そして、読み出しゲート電極26の側面に形成された暗電流抑制領域29の周囲には、n型半導体領域からなる読み出しチャネル領域28が形成されている。本実施形態例において、この読み出しチャネル領域28は読み出しゲート電極26の側面に形成された暗電流抑制領域29の周囲全体を被覆するように形成されている。そして、この読み出しチャネル領域28の一方の側面は、第1のフォトダイオードPD1及び第2のフォトダイオードPD2を構成するpn接合j,jに接するように形成されている。また、読み出しチャネル領域28の他方の側面は、基板20表面に形成されたフローティングディフュージョン領域FDに接するように形成されている。 The bottom and side surfaces of the read gate electrode 26 including the gate insulating film 27 are covered with dark current suppression regions 30 and 29 made of p-type semiconductor regions. In particular, the dark current suppression region 29 formed on the side surface of the read gate electrode 26 is formed to have a uniform width around the side surface of the read gate electrode 26. A read channel region 28 made of an n-type semiconductor region is formed around the dark current suppression region 29 formed on the side surface of the read gate electrode 26. In this embodiment, the read channel region 28 is formed so as to cover the entire periphery of the dark current suppression region 29 formed on the side surface of the read gate electrode 26. One side surface of the read channel region 28 is formed so as to be in contact with the pn junctions j 1 and j 2 constituting the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2. Further, the other side surface of the read channel region 28 is formed in contact with the floating diffusion region FD formed on the surface of the substrate 20.

フローティングディフュージョン領域FDは、縦型の読み出しゲート電極26の、フォトダイオードPDに接する側とは反対側の側面に形成された読み出しチャネル領域28に接する位置の、基板20表面側に、高濃度不純物濃度のn+型半導体領域により形成されている。このフローティングディフュージョン領域FDは、フォトダイオードPDに蓄積された信号電荷が読み出されてくる領域である。   The floating diffusion region FD has a high concentration impurity concentration on the surface side of the substrate 20 at a position in contact with the read channel region 28 formed on the side surface of the vertical read gate electrode 26 opposite to the side in contact with the photodiode PD. N + type semiconductor region. This floating diffusion region FD is a region from which signal charges accumulated in the photodiode PD are read out.

電荷読み出しトランジスタTr1では、読み出しゲート電極26に正の電圧が印加された場合には、読み出しチャネル領域28の電位が変動し、フォトダイオードPDとフローティングディフュージョン領域FDとが電気的に接続される。   In the charge readout transistor Tr1, when a positive voltage is applied to the readout gate electrode 26, the potential of the readout channel region 28 changes, and the photodiode PD and the floating diffusion region FD are electrically connected.

図3に、本実施形態例の固体撮像装置1の画素2の平面レイアウト構成を示す。図3に示すように、本実施形態例の固体撮像装置1では、電荷読み出しトランジスタTr1は、1画素を構成するフォトダイオードPD1つにつき1つ形成されている。また、フローティングディフュージョン領域FDは、隣接する4つの画素2間で共有されている。   FIG. 3 shows a planar layout configuration of the pixel 2 of the solid-state imaging device 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, in the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, one charge readout transistor Tr1 is formed for each photodiode PD constituting one pixel. The floating diffusion region FD is shared between the four adjacent pixels 2.

リセットトランジスタTr2は、フローティングディフュージョン領域FDと、ソース・ドレイン領域32と、リセットゲート電極31とから構成されている。   The reset transistor Tr2 includes a floating diffusion region FD, a source / drain region 32, and a reset gate electrode 31.

フローティングディフュージョン領域FDの構成は前述した通りである。
ソース・ドレイン領域32は、フローティングディフュージョン領域FDと離間して、基板20表面にn+型半導体領域により形成されている。このソース・ドレイン領域32は、電源電圧を供給する電源配線36に接続されている。
リセットゲート電極31は、フローティングディフュージョン領域FDと、ソース・ドレイン領域32との間の基板20上面に、ゲート絶縁膜27を介して形成されている。このリセットゲート電極31の一方の端部は、フローティングディフュージョン領域FDと隣接し、他方の端部は、ソース・ドレイン領域32と隣接するように形成されている。
The configuration of the floating diffusion region FD is as described above.
The source / drain region 32 is formed of an n + type semiconductor region on the surface of the substrate 20 so as to be separated from the floating diffusion region FD. The source / drain region 32 is connected to a power supply wiring 36 for supplying a power supply voltage.
The reset gate electrode 31 is formed on the upper surface of the substrate 20 between the floating diffusion region FD and the source / drain region 32 via a gate insulating film 27. One end of the reset gate electrode 31 is adjacent to the floating diffusion region FD, and the other end is adjacent to the source / drain region 32.

このリセットトランジスタTr2では、リセットゲート電極31に正の電圧が印加された場合には、リセットゲート電極31下部の基板20領域にチャネル領域が形成される。このチャネル領域により、フローティングディフュージョン領域FDとソース・ドレイン領域32とが電気的に接続される。   In the reset transistor Tr <b> 2, when a positive voltage is applied to the reset gate electrode 31, a channel region is formed in the substrate 20 region below the reset gate electrode 31. By this channel region, the floating diffusion region FD and the source / drain region 32 are electrically connected.

アンプトランジスタTr3は、ソース・ドレイン領域32,34と、アンプゲート電極33とから構成されている。
ソース・ドレイン領域32の構成は前述した通りである。
ソース・ドレイン領域34は、前述したソース・ドレイン領域32と離間して、基板20表面にn+型半導体領域により形成されている。
アンプゲート電極33は、ソース・ドレイン領域32とソース・ドレイン領域34との間の基板20上面に、ゲート絶縁膜27を介して形成されている。このアンプゲート電極33の一方の端部は、ソース・ドレイン領域32と隣接し、他方の端部は、ソース・ドレイン領域34と隣接するように形成されている。
The amplifier transistor Tr3 is composed of source / drain regions 32 and 34 and an amplifier gate electrode 33.
The structure of the source / drain region 32 is as described above.
The source / drain region 34 is formed of an n + type semiconductor region on the surface of the substrate 20 so as to be separated from the source / drain region 32 described above.
The amplifier gate electrode 33 is formed on the upper surface of the substrate 20 between the source / drain region 32 and the source / drain region 34 via the gate insulating film 27. One end of the amplifier gate electrode 33 is adjacent to the source / drain region 32, and the other end is adjacent to the source / drain region 34.

このアンプトランジスタTr3では、アンプゲート電極33は、フローティングディフュージョン領域FDに信号電荷が読み出されたことによるフローティングディフュージョン領域FDの電圧変化に対応して電圧が印加される。そして、アンプゲート電極33に電圧が印加されることにより、アンプゲート電極33下部の基板20領域にチャネル領域が形成され、このチャネル領域により、ソース・ドレイン領域32,34間が電気的に接続される。   In the amplifier transistor Tr3, a voltage is applied to the amplifier gate electrode 33 in response to a voltage change in the floating diffusion region FD due to signal charges being read out to the floating diffusion region FD. By applying a voltage to the amplifier gate electrode 33, a channel region is formed in the substrate 20 region below the amplifier gate electrode 33, and the source / drain regions 32 and 34 are electrically connected by this channel region. The

その他、図示しないが、必要に応じて、選択トランジスタ等が形成される。   In addition, although not shown, a selection transistor or the like is formed as necessary.

以上のように、フォトダイオードPD及び、電荷読み出しトランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、アンプトランジスタTr3等の所望の画素トランジスタにより、各画素2が構成され、基板20に形成された画素2は画素分離領域35により隣接する画素2と分離されている。そして、フォトダイオードPDや、所望の画素トランジスタが形成された基板20上部には、電源配線36を含む多層の配線38が層間絶縁膜37を介して形成された配線層47が形成されている。   As described above, each pixel 2 is configured by the photodiode PD and desired pixel transistors such as the charge readout transistor Tr1, the reset transistor Tr2, and the amplifier transistor Tr3. The pixel 2 formed on the substrate 20 includes the pixel separation region 35. Is separated from the adjacent pixel 2. A wiring layer 47 in which a multilayer wiring 38 including a power supply wiring 36 is formed via an interlayer insulating film 37 is formed on the substrate 20 on which the photodiode PD and a desired pixel transistor are formed.

上述した固体撮像装置1では、基板20の表面側から光Lを照射し、この光LをフォトダイオードPDで受光する構成とする。このため、図示しないが、基板20上部の配線層47上部には、オンチップカラーフィルタや、各画素2に対応した位置にオンチップレンズが形成されている。   In the solid-state imaging device 1 described above, the light L is irradiated from the surface side of the substrate 20 and the light PD is received by the photodiode PD. For this reason, although not shown, on-chip color filters and on-chip lenses are formed at positions corresponding to the respective pixels 2 on the wiring layer 47 on the substrate 20.

〈固体撮像装置の製造方法〉
次に、本実施形態例の固体撮像装置1の製造方法について図4、図5を用いて説明する。ここでは、画素サイズが、例えば、0.9μmの場合について説明し、特に読み出しゲート電極26の部分の製造工程に注目して説明する。読み出しゲート電極26の部分以外は、従来の固体撮像装置の製造方法を適用できる。また、読み出しゲート電極26の製造工程は、通常、フォトダイオードPDの製造工程後に行うものであり、本実施形態例では、フォトダイオードPDを構成する基板20表面のp+型半導体領域21を形成する前段階で行っている。また、本実施形態例の製造工程は、第1のフォトダイオードPDのpn接合jが、基板20表面から0.1μm程度の深さに形成され、第2のフォトダイオードPD2のpn接合jが、基板20表面から0.5μm程度の深さに形成されることを想定したものである。
<Method for manufacturing solid-state imaging device>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, a case where the pixel size is, for example, 0.9 μm will be described, and the description will be made with particular attention to the manufacturing process of the read gate electrode 26 portion. Except for the portion of the readout gate electrode 26, a conventional method for manufacturing a solid-state imaging device can be applied. In addition, the manufacturing process of the readout gate electrode 26 is usually performed after the manufacturing process of the photodiode PD. In this embodiment, before the p + type semiconductor region 21 on the surface of the substrate 20 constituting the photodiode PD is formed. It is done in stages. Further, in the manufacturing process of the present embodiment example, the pn junction j 1 of the first photodiode PD is formed to a depth of about 0.1 μm from the surface of the substrate 20, and the pn junction j 2 of the second photodiode PD2 is formed. Is assumed to be formed to a depth of about 0.5 μm from the surface of the substrate 20.

まず、図4Aに示すように、基板20上にゲート絶縁膜27となるシリコン酸化膜(SiO)を5nmの厚さに形成する。
次に、ゲート絶縁膜27上にシリコン窒化膜(SiN)41を100nmの厚さに形成し、シリコン窒化膜41上に、シリコン酸化膜(SiO)42を1μmの厚さに形成する。このシリコン窒化膜41及びシリコン酸化膜42は、基板20へのイオン注入に用いられるマスク層40を構成するものである。
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film (SiO 2 ) to be a gate insulating film 27 is formed on the substrate 20 to a thickness of 5 nm.
Next, a silicon nitride film (SiN) 41 is formed on the gate insulating film 27 to a thickness of 100 nm, and a silicon oxide film (SiO 2 ) 42 is formed on the silicon nitride film 41 to a thickness of 1 μm. The silicon nitride film 41 and the silicon oxide film 42 constitute a mask layer 40 used for ion implantation into the substrate 20.

続いて、シリコン酸化膜42上に、フォトレジスト膜43を0.6μmの厚さに形成する。そして、このフォトレジスト膜43をリソグラフィー法により露光、現像することにより、フォトレジスト膜43をパターン形成する。本実施形態例では、フォトレジスト膜43に、直径が0.3μmの円形の開口部44aをパターン形成する。なお、この開口部44aの直径は、画素サイズにより異なるものであり、本実施形態例で用いている数値は、その一例である。   Subsequently, a photoresist film 43 is formed on the silicon oxide film 42 to a thickness of 0.6 μm. The photoresist film 43 is exposed and developed by lithography to form a pattern of the photoresist film 43. In this embodiment, a circular opening 44a having a diameter of 0.3 μm is formed in the photoresist film 43 in a pattern. The diameter of the opening 44a varies depending on the pixel size, and the numerical values used in this embodiment are an example.

次に、開口部44aが形成されたフォトレジスト膜43をマスクとして、基板20表面が露出するまで、マスク層40、及びゲート絶縁膜27をエッチングし、開口部44bを形成する。   Next, using the photoresist film 43 in which the opening 44a is formed as a mask, the mask layer 40 and the gate insulating film 27 are etched until the surface of the substrate 20 is exposed, thereby forming the opening 44b.

次に、図4Bに示すように、ゲート絶縁膜27、マスク層40、フォトレジスト膜43に開口部44bを介して、基板20表面からの深さが0.6〜0.8μm以上、1〜1.5μm以下の領域に、p型半導体領域の不純物であるボロンをイオン注入する。すなわち、pn接合jよりも深い位置に、ボロンをイオン注入する。これにより、読み出しゲート電極26底部を被覆する暗電流抑制領域30が形成される。
続いて、同じく開口部44bを介して、基板20表面からの深さが、0.6〜0.8μm以下の領域に、n型半導体領域の不純物であるリンをイオン注入する。すなわち、基板20表面から、pn接合jよりも深い位置に架けた領域に形成する。このn型半導体領域は、読み出しチャネル領域28となるものである。
Next, as shown in FIG. 4B, the depth from the surface of the substrate 20 is 0.6 to 0.8 μm or more through the opening 44b in the gate insulating film 27, the mask layer 40, and the photoresist film 43, and 1 to Boron, which is an impurity of the p-type semiconductor region, is ion-implanted into a region of 1.5 μm or less. That is, at a position deeper than the pn junction j 2, boron ions are implanted. Thereby, the dark current suppressing region 30 covering the bottom of the read gate electrode 26 is formed.
Subsequently, phosphorus, which is an impurity of the n-type semiconductor region, is ion-implanted into a region having a depth from the surface of the substrate 20 of 0.6 to 0.8 μm or less through the opening 44b. That is, the surface of the substrate 20, formed in a region obtained by multiplying a position deeper than the pn junction j 2. This n-type semiconductor region becomes the read channel region 28.

これらのボロンやリンの不純物のイオン注入深さは、フォトレジスト膜43と、シリコン酸化膜42及びシリコン窒化膜41からなるマスク層40の合計の膜厚より十分浅くする必要がある。また、リンの不純物濃度は、基板20の深い領域から、表面に向って高くなるように設計することが望ましい。   The ion implantation depth of these boron and phosphorus impurities needs to be sufficiently shallower than the total film thickness of the photoresist film 43 and the mask layer 40 composed of the silicon oxide film 42 and the silicon nitride film 41. Further, it is desirable to design the impurity concentration of phosphorus so as to increase from a deep region of the substrate 20 toward the surface.

次に、フォトレジスト膜43を除去する。そして、図4Cに示すように、マスク層40表面に、シリコン酸化膜を50nmの厚さで形成し、第1の側壁スペーサ45を形成する。この第1の側壁スペーサ45は、マスク層40に形成された開口部44bの径を縮小するものであり、第1の側壁スペーサ45によって縮小された開口部44cの径は、0.2μmとなる。   Next, the photoresist film 43 is removed. Then, as shown in FIG. 4C, a silicon oxide film is formed with a thickness of 50 nm on the surface of the mask layer 40, and a first sidewall spacer 45 is formed. The first sidewall spacer 45 reduces the diameter of the opening 44b formed in the mask layer 40, and the diameter of the opening 44c reduced by the first sidewall spacer 45 is 0.2 μm. .

続いて、第1の側壁スペーサ45によって縮小された開口部44cを介して、基板20表面からの深さが、0.8〜1μm以下の領域に、p型半導体領域の不純物であるボロンをイオン注入する。このとき、ボロンの不純物濃度は、基板20表面から深さ方向に可能な限り均一になるようにする。このp型半導体領域は、読み出しゲート電極26の側面に形成される暗電流抑制領域29になるものである。   Subsequently, boron, which is an impurity of the p-type semiconductor region, is ionized into a region having a depth of 0.8 to 1 μm or less from the surface of the substrate 20 through the opening 44c reduced by the first sidewall spacer 45. inject. At this time, the impurity concentration of boron is made as uniform as possible in the depth direction from the surface of the substrate 20. This p-type semiconductor region becomes the dark current suppression region 29 formed on the side surface of the read gate electrode 26.

次に、図4Dに示すように、第1の側壁スペーサ45によって縮小された開口部44cの側壁に、さらに、シリコン酸化膜を50nmの厚さで形成し、第2の側壁スペーサ46を形成する。この第2の側壁スペーサ46は、第1の側壁スペーサ45によって縮小された開口部44cの径をさらに縮小するものであり、第2の側壁スペーサ46によって縮小された開口部44dの直径は、0.1μmとなる。   Next, as shown in FIG. 4D, a silicon oxide film is further formed with a thickness of 50 nm on the side wall of the opening 44c reduced by the first side wall spacer 45, and the second side wall spacer 46 is formed. . The second side wall spacer 46 further reduces the diameter of the opening 44c reduced by the first side wall spacer 45, and the diameter of the opening 44d reduced by the second side wall spacer 46 is 0. .1 μm.

そして、図5Eに示すように、第2の側壁スペーサ46によって縮小された開口部44dを介して、開口部44d底部に形成されている、第1の側壁スペーサ45を構成するシリコン酸化膜をドライエッチングにより除去し、基板20表面を露出させる。   Then, as shown in FIG. 5E, the silicon oxide film constituting the first sidewall spacer 45 formed on the bottom of the opening 44d is dried via the opening 44d reduced by the second sidewall spacer 46. Etching is performed to expose the surface of the substrate 20.

その後、図5Fに示すように、第1の側壁スペーサ45、第2の側壁スペーサ46によって縮小された開口部44dを有するマスク層40をマスクとして、基板20を1μm程度の深さまでエッチングして掘り込む。これにより、読み出しゲート電極26を形成するための溝部50を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 5F, the substrate 20 is etched to a depth of about 1 μm by using the mask layer 40 having the opening 44d reduced by the first sidewall spacer 45 and the second sidewall spacer 46 as a mask. Include. Thereby, a groove 50 for forming the read gate electrode 26 is formed.

次に、図5Gに示すように、ダメージ除去のための熱酸化の前処理として、フッ酸で、マスク層40、第1の側壁スペーサ45、第2の側壁スペーサ46を構成するシリコン酸化膜を除去する。   Next, as shown in FIG. 5G, as a pretreatment for thermal oxidation for removing damage, a silicon oxide film constituting the mask layer 40, the first sidewall spacer 45, and the second sidewall spacer 46 is formed with hydrofluoric acid. Remove.

そして、図5Hに示すように、溝部50表面に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜27を形成する。ここで形成されるゲート絶縁膜27は、読み出しゲート電極26に対応するものである。   Then, as shown in FIG. 5H, a gate insulating film 27 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the trench 50. The gate insulating film 27 formed here corresponds to the read gate electrode 26.

そして、図5Iに示すように、ゲート絶縁膜27を介して、溝部50内、及びシリコン窒化膜41に形成されている開口部44bに、リンドープのゲート電極材を埋め込む。そして、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により、シリコン窒化膜41上のゲート電極材を除去する。   Then, as shown in FIG. 5I, a phosphorus-doped gate electrode material is embedded in the trench 50 and the opening 44b formed in the silicon nitride film 41 via the gate insulating film 27. Then, the gate electrode material on the silicon nitride film 41 is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing).

その後、図5Jに示すように、シリコン窒化膜41を熱燐酸で除去することにより、所望の形状の読み出しゲート電極26を得る。このようにして形成された本実施形態例の読み出しゲート電極26は、溝部50に形成された縦型ゲート電極と、シリコン窒化膜41の開口部4bに形成された平面型電極部26aとを有して構成される。この平面型電極部26aにおいて、配線の引き出しが行われる。
なお、図示しないが、読み出しゲート電極26成形時に、リセットゲート電極31やアンプゲート電極33等の所望のゲート電極が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 5J, the silicon nitride film 41 is removed with hot phosphoric acid to obtain a read gate electrode 26 having a desired shape. The readout gate electrode 26 of the present embodiment formed in this manner has a vertical gate electrode formed in the groove 50 and a planar electrode portion 26a formed in the opening 4b of the silicon nitride film 41. Configured. In the planar electrode portion 26a, wiring is drawn out.
Although not shown, desired gate electrodes such as the reset gate electrode 31 and the amplifier gate electrode 33 are formed when the read gate electrode 26 is formed.

以上のようにして読み出しゲート電極26が完成される。その後、例えば、フォトダイオードPDを構成する基板20の最表面側のp+型半導体領域21を形成する工程等がある。   As described above, the read gate electrode 26 is completed. Thereafter, for example, there is a step of forming the p + type semiconductor region 21 on the outermost surface side of the substrate 20 constituting the photodiode PD.

本実施形態例の固体撮像装置1の製造方法では、読み出しゲート電極26の製造工程において、フォトレジスト膜43をパターン形成するための露光・現像工程においてのみ、露光マスクが用いられる。そして、このフォトレジスト膜43を用いてエッチングされたマスク層40の開口部44bを第1の側壁スペーサ45や第2の側壁スペーサ46で縮小し、この縮小された開口部44c、44dを介して暗電流抑制領域29、読み出しチャネル領域28、溝部50等を形成することができる。すなわち、本実施形態例では、読み出しゲート電極26形成時において、1枚の露光マスクしか使用しておらず、暗電流抑制領域29、読み出しチャネル領域28、溝部50等は、セルフアラインで形成されるため、マスクの合わせずれの影響がない。   In the method for manufacturing the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, the exposure mask is used only in the exposure / development process for forming the pattern of the photoresist film 43 in the manufacturing process of the readout gate electrode 26. Then, the opening 44b of the mask layer 40 etched using the photoresist film 43 is reduced by the first sidewall spacer 45 or the second sidewall spacer 46, and the reduced openings 44c and 44d are passed through the reduced openings 44c and 44d. The dark current suppression region 29, the read channel region 28, the groove 50, and the like can be formed. That is, in this embodiment, only one exposure mask is used when the read gate electrode 26 is formed, and the dark current suppression region 29, the read channel region 28, the groove 50, and the like are formed by self-alignment. Therefore, there is no influence of mask misalignment.

暗電流抑制領域29は、フォトダイオードPDへの電荷の蓄積時に、不要な電荷が、フォトダイオードPDに侵入して、暗電流となるのを防ぐためのものである。このため、暗電流抑制領域29は、読み出しゲート電極26側面には、より均一の幅で、及び均一の濃度で形成されるのが好ましい。具体的に言えば、暗電流抑制領域29が厚すぎると、ゲートバイアスの制御が効かず、いわゆる転送残りが生じる。逆に暗電流抑制領域29が薄すぎると、暗電流発生の原因になります。通常これらの制御は±20〜30nmで行われることが望ましい。このため、合わせ精度の出しにくい従来の厚膜レジストを介したイオン注入で暗電流抑制領域29の幅を決めてしまうことは特性ばらつきの点で深刻な問題を引き起こす可能性がある。また、読み出しチャネル領域28についても、信号電荷の転送残りを防止するためには、均一な層とする必要がある。   The dark current suppression region 29 is for preventing unnecessary charges from entering the photodiode PD and causing dark current when the charge is accumulated in the photodiode PD. Therefore, the dark current suppression region 29 is preferably formed on the side surface of the read gate electrode 26 with a more uniform width and a uniform concentration. More specifically, if the dark current suppression region 29 is too thick, the gate bias cannot be controlled and a so-called transfer residue occurs. Conversely, if the dark current suppression area 29 is too thin, it may cause dark current. Usually, it is desirable that these controls be performed at ± 20 to 30 nm. For this reason, determining the width of the dark current suppression region 29 by ion implantation through a conventional thick film resist that is difficult to achieve alignment accuracy may cause a serious problem in terms of characteristic variation. Also, the read channel region 28 needs to be a uniform layer in order to prevent untransferred signal charges.

本実施形態例では、暗電流抑制領域29は、セルフアラインで形成されるためマスクの合わせずれの影響がなく、均一な幅とすることができるので、暗電流の発生を抑制しながらも、転送残りが生じない構成とされる。   In this embodiment, since the dark current suppression region 29 is formed by self-alignment and is not affected by mask misalignment and can have a uniform width, transfer is performed while suppressing the generation of dark current. It is set as the structure which a remainder does not arise.

また、本実施形態例では、読み出しチャネル領域28も、セルフアラインで形成されるため、マスクの合わせずれの影響がなく、均一の幅とすることができるので、信号電荷の転送残りを防止することができる。   In this embodiment, the read channel region 28 is also formed by self-alignment, so that it is not affected by misalignment of the mask and can have a uniform width. Can do.

また、本実施形態例では、フォトレジスト膜43が形成されている状態で、読み出しゲート電極26の底部に形成される暗電流抑制領域30を形成する。これにより、暗電流抑制領域30を形成するための不純物を、基板20の深い領域であり、かつ、読み出しゲート電極26の底部を被覆するような領域に精度良くイオン注入することができる。   In this embodiment, the dark current suppression region 30 formed at the bottom of the read gate electrode 26 is formed with the photoresist film 43 formed. As a result, the impurities for forming the dark current suppression region 30 can be ion-implanted with high precision into a deep region of the substrate 20 and a region covering the bottom of the read gate electrode 26.

また、本実施形態例では、マスク層40を、フッ酸に対する選択比を有するシリコン窒化膜41とシリコン酸化膜42の2層構造とし、図5Gにおける工程で、シリコン酸化膜42のみを除去する。これにより、セルフアラインで、溝部50と溝部50より径の大きな開口部44aが得られ、この溝部50と開口部44aを電極材料によって埋め込むことにより、読み出しゲート電極26を形成している。これにより、配線引き出し用の平面型電極部26aが、柱上に形成された縦型ゲート電極の上部に精度良く形成される。   In this embodiment, the mask layer 40 has a two-layer structure of a silicon nitride film 41 and a silicon oxide film 42 having a selectivity to hydrofluoric acid, and only the silicon oxide film 42 is removed in the step shown in FIG. 5G. Thereby, the groove portion 50 and the opening portion 44a having a larger diameter than the groove portion 50 are obtained by self-alignment, and the read gate electrode 26 is formed by embedding the groove portion 50 and the opening portion 44a with the electrode material. Thereby, the planar electrode portion 26a for drawing out the wiring is accurately formed on the upper portion of the vertical gate electrode formed on the pillar.

本実施形態例では、読み出しゲート電極26、暗電流抑制領域29、読み出しチャネル領域28がそれぞれセルフアラインで形成されるため、合わせズレによる特性バラツキを防ぎ、不要な合わせマージンを作り込む必要がなくなる。このため画素サイズを縮小した場合であっても、読み出しゲート電極26を精度良く形成することが可能となる。   In this embodiment, since the read gate electrode 26, the dark current suppression region 29, and the read channel region 28 are formed by self-alignment, characteristic variation due to misalignment is prevented, and it is not necessary to create an unnecessary alignment margin. Therefore, even when the pixel size is reduced, the readout gate electrode 26 can be formed with high accuracy.

〈固体撮像装置の駆動方法〉
次に、以上のようにして形成された固体撮像装置1の駆動方法における説明をする。
<Driving method of solid-state imaging device>
Next, the driving method of the solid-state imaging device 1 formed as described above will be described.

まず、図2で示す固体撮像装置1の表面側、すなわち、図示しないオンチップレンズ側から光Lを照射する。そうすると、オンチップレンズにより集光された光Lは、図示しないカラーフィルタを介して、フォトダイオードPDに入射する。   First, the light L is irradiated from the surface side of the solid-state imaging device 1 shown in FIG. Then, the light L collected by the on-chip lens enters the photodiode PD through a color filter (not shown).

そして、フォトダイオードPDに入射した光は、第1のフォトダイオードPD1や、第2のフォトダイオードPD2において光電変換し、そこにおいて、信号電荷が生成される。生成された信号電荷は、第1のフォトダイオードPD1を構成するpn接合j、又は、第2のフォトダイオードPD2を構成するpn接合jによって形成される電位の井戸に蓄積される。 The light incident on the photodiode PD is photoelectrically converted in the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2, and a signal charge is generated there. The generated signal charge is accumulated in a potential well formed by the pn junction j 1 constituting the first photodiode PD1 or the pn junction j 2 constituting the second photodiode PD2.

また、本実施形態例の固体撮像装置1では、読み出しゲート電極26の底部、及び側面を、ゲート絶縁膜27を介して暗電流抑制領域29,30に接触するように構成し、信号電荷の蓄積時に、読み出しゲート電極26に、負電圧を印加しておく。そうすることにより、ゲート絶縁膜27を介した読み出しゲート電極26の底部及び側面には、ホールがピン留めされる。このように、ホールがピン留めされる、ホールピニングが起こることにより、信号電荷の蓄積時において、読み出しゲート電極26から入る暗電流ノイズを、暗電流抑制領域29,30内に閉じ込めることができる。これにより、第1のフォトダイオードPD1、第2のフォトダイオードPD2に到達する暗電流を低減することができる。   Further, in the solid-state imaging device 1 of the present embodiment example, the bottom and side surfaces of the readout gate electrode 26 are configured to contact the dark current suppression regions 29 and 30 through the gate insulating film 27 to accumulate signal charges. Sometimes, a negative voltage is applied to the read gate electrode 26. By doing so, holes are pinned to the bottom and side surfaces of the read gate electrode 26 via the gate insulating film 27. In this way, hole pinning, in which holes are pinned, allows dark current noise entering from the read gate electrode 26 to be confined in the dark current suppression regions 29 and 30 during signal charge accumulation. As a result, dark current reaching the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 can be reduced.

また、本実施形態例においては、信号電荷の蓄積時に、例えば第1のフォトダイオードPD1の飽和電荷量(Qs)を超えてあふれた信号電荷は、読み出しチャネル領域を通って、隣接する第2のフォトダイオードPD2に移動する。また、その逆で、第2のフォトダイオードPD2であふれた信号電荷は、第1のフォトダイオードPD1に移動する。すなわち、本実施形態例では、一方のフォトダイオードの飽和電荷量を超えた信号電荷は、他方のフォトダイオードへオーバーフローされる。これにより、フォトダイオードPD全体の飽和電荷量(Qs)を増加させることが可能となる。   In the present embodiment, for example, when the signal charge is accumulated, the signal charge overflowing beyond the saturation charge amount (Qs) of the first photodiode PD1, for example, passes through the read channel region and is adjacent to the second charge. Move to photodiode PD2. On the contrary, the signal charge overflowed by the second photodiode PD2 moves to the first photodiode PD1. That is, in the present embodiment, the signal charge that exceeds the saturation charge amount of one photodiode overflows to the other photodiode. As a result, the saturation charge amount (Qs) of the entire photodiode PD can be increased.

信号電荷の蓄積後、読み出しゲート電極26に、正電圧を印加する。そうすると、読み出しチャネル領域28の電位が深くなる。これにより、第1のフォトダイオードPD1、第2のフォトダイオードPD2に蓄積された信号電荷は、読み出しチャネル領域28を転送されフローティングディフュージョン領域FDに同時に読み出される。   After the signal charge is accumulated, a positive voltage is applied to the read gate electrode 26. As a result, the potential of the read channel region 28 becomes deeper. As a result, the signal charges accumulated in the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are transferred through the read channel region 28 and simultaneously read out to the floating diffusion region FD.

その後の駆動方法は、通常の固体撮像装置の駆動と同様である。すなわち、フローティングディフュージョン領域FDに信号電荷が転送され、そのフローティングディフュージョン領域FDの電圧変化により、アンプトランジスタTr3のアンプゲート電極33に電圧が印加される。これにより、信号電荷による信号出力が増幅されて出力される。   The subsequent driving method is the same as that of a normal solid-state imaging device. That is, the signal charge is transferred to the floating diffusion region FD, and a voltage is applied to the amplifier gate electrode 33 of the amplifier transistor Tr3 due to a voltage change in the floating diffusion region FD. Thereby, the signal output by the signal charge is amplified and output.

また、リセットゲート電極31に正の電圧が印加されることにより、フローティングディフュージョン領域FDと、ソース・ドレイン領域32が接続されるので、フローティングディフュージョン領域FDは、ソース・ドレイン領域32に印加されている電源電圧と同電圧になるようにリセットされる。   Further, when a positive voltage is applied to the reset gate electrode 31, the floating diffusion region FD and the source / drain region 32 are connected, so that the floating diffusion region FD is applied to the source / drain region 32. Reset to the same voltage as the power supply voltage.

本実施形態例の固体撮像装置1では、基板20の深さ方向に、第1及び第2のフォトダイオードPD1,PD2からなるフォトダイオードPDが形成されている。このような構成により、フォトダイオードPD全体の飽和電荷量(Qs)が増加する。このため、固体撮像装置の感度を向上させることが可能となる。   In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, a photodiode PD including first and second photodiodes PD1 and PD2 is formed in the depth direction of the substrate 20. With such a configuration, the saturation charge amount (Qs) of the entire photodiode PD increases. For this reason, it becomes possible to improve the sensitivity of a solid-state imaging device.

そして、本実施形態例の固体撮像装置1では、フォトダイオードPDの深さ方向に埋め込まれた縦型の読み出しゲート電極26を有する、電荷読み出しトランジスタTr1が構成されている。これにより、基板20の深さ方向に形成された第1及び第2のフォトダイオードPD1,PD2に蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョン領域FDに完全転送することが可能となる。   In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, the charge readout transistor Tr1 having the vertical readout gate electrode 26 embedded in the depth direction of the photodiode PD is configured. This makes it possible to completely transfer the signal charges accumulated in the first and second photodiodes PD1 and PD2 formed in the depth direction of the substrate 20 to the floating diffusion region FD.

本実施形態例の固体撮像装置では、第1のフォトダイオードPD1及び第2のフォトダイオードPD2からなる2つのフォトダイオードによって構成される例としたが、2つ以上のフォトダイオードを、所望の数だけ、複数積層させることが可能である。画素サイズを縮小化した場合でも、複数のフォトダイオードを積層させることにより、飽和電荷量(Qs)を増加させることができ、感度を向上させることができる。このため、飽和電荷量の増加や、感度を向上させながらも、画素サイズの縮小化が容易であり、本実施形態例の構造は、画素サイズの微細化に有利である。また、飽和電荷量の増加が可能であり、ダイナミックレンジを大きくすることができるので、コントラストの向上が図られる。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the example is configured by two photodiodes including the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2, but a desired number of two or more photodiodes are provided. A plurality of layers can be stacked. Even when the pixel size is reduced, the saturation charge amount (Qs) can be increased and the sensitivity can be improved by stacking a plurality of photodiodes. For this reason, it is easy to reduce the pixel size while increasing the saturation charge amount and improving the sensitivity, and the structure of this embodiment is advantageous for reducing the pixel size. Further, the saturation charge amount can be increased and the dynamic range can be increased, so that the contrast can be improved.

本実施形態例の固体撮像装置1では、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型として構成したが、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としてもよい。その場合に、上述した駆動方法において、各画素トランジスタに印加する電圧は、正を負、負を正に読み替える。   In the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, but the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type. Good. In that case, in the driving method described above, the voltage applied to each pixel transistor is read as positive negative and negative negative.

また、本実施形態例の固体撮像装置1では、表面照射型の固体撮像装置として説明したが、裏面照射型の固体撮像装置としてもよい。本実施形態例の固体撮像装置1を、光を基板裏面側から入射させる裏面照射型に構成するときは、撮像領域3及び周辺回路部が形成された半導体基板の表面側の上方に、層間絶縁膜を介して多層配線層が形成され、裏面側が光入射面(いわゆる受光面)となる。裏面側の撮像領域3の画素2上に平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ、さらにその上にオンチップマイクロレンズが形成される。   In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, the front-illumination type solid-state imaging device has been described. When the solid-state imaging device 1 of the present embodiment is configured as a backside illumination type in which light is incident from the backside of the substrate, interlayer insulation is provided above the surface side of the semiconductor substrate on which the imaging region 3 and the peripheral circuit portion are formed. A multilayer wiring layer is formed through the film, and the back surface side becomes a light incident surface (so-called light receiving surface). An on-chip color filter is formed on the pixel 2 in the imaging region 3 on the back side through a planarizing film, and an on-chip microlens is further formed thereon.

また、本実施形態例の固体撮像装置1では、読み出しチャネル領域28は、n型の不純物がイオン注入されることにより形成される例としたが、暗電流抑制領域29よりも2桁程度低い濃度であれば、ノンドープの領域で構成することができる。   In the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, the read channel region 28 is formed by ion implantation of n-type impurities, but the concentration is about two orders of magnitude lower than the dark current suppression region 29. If so, it can be formed of a non-doped region.

<第2の実施形態>
[電子機器]
以下に、上述した本発明の固体撮像装置を、電子機器に用いた場合の実施形態を示す。以下の説明では、一例として、カメラに、第1の実施形態の固体撮像装置1を用いる例を説明する。
<Second Embodiment>
[Electronics]
Hereinafter, an embodiment in which the above-described solid-state imaging device of the present invention is used in an electronic apparatus will be described. In the following description, an example in which the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment is used as a camera will be described as an example.

図6に、本発明の第2の実施形態に係るカメラの概略断面構成を示す。本実施形態に係るカメラは、静止画撮影又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。
本実施形態に係るカメラは、固体撮像装置1と、光学レンズ110と、シャッタ装置111と、駆動回路112と、信号処理回路113とを有する。
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional configuration of a camera according to the second embodiment of the present invention. The camera according to the present embodiment is an example of a video camera that can shoot a still image or a moving image.
The camera according to this embodiment includes a solid-state imaging device 1, an optical lens 110, a shutter device 111, a drive circuit 112, and a signal processing circuit 113.

光学レンズ110は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置1内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。この光学レンズ110は、複数の光学レンズから構成される光学レンズ系としてもよい。
シャッタ装置111は、固体撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路112は、固体撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置111のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路112から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置1の信号転送を行なう。信号処理回路113は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
The optical lens 110 forms image light (incident light) from the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 1. As a result, the signal charge is accumulated in the solid-state imaging device 1 for a certain period. The optical lens 110 may be an optical lens system including a plurality of optical lenses.
The shutter device 111 controls a light irradiation period and a light shielding period for the solid-state imaging device 1.
The drive circuit 112 supplies a drive signal that controls the transfer operation of the solid-state imaging device 1 and the shutter operation of the shutter device 111. Signal transfer of the solid-state imaging device 1 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 112. The signal processing circuit 113 performs various signal processing. The video signal subjected to the signal processing is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor.

本実施形態例のカメラに用いられる固体撮像装置1では、基板内に積層したフォトダイオードを用い、1画素から複数の色信号を検出することができ、実効的な画素数の向上や、飽和電荷量(Qs)、感度の向上が図られる。このため、本実施形態例のカメラでは、カメラの小型化が可能であり、かつ、より高画質化されたカメラを得ることができる。すなわち、電子機器の小型化、高解像度化、高画質化が可能とされる。   In the solid-state imaging device 1 used in the camera according to the present embodiment, a plurality of color signals can be detected from one pixel using a photodiode stacked in a substrate, and the effective number of pixels can be improved and the saturation charge can be increased. The quantity (Qs) and sensitivity are improved. For this reason, in the camera of the present embodiment, the camera can be reduced in size, and a camera with higher image quality can be obtained. That is, it is possible to reduce the size, increase the resolution, and improve the image quality of the electronic device.

本発明の第1の実施形態の固体撮像装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略断面構成図である。1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a main part of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の平面レイアウト図である。1 is a plan layout diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. A〜D 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図(その1)である。1A to 1D are manufacturing process diagrams (part 1) of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. E〜J 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図(その2)である。E to J are manufacturing process diagrams (part 2) of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electronic device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 従来例の固体撮像装置の概略断面構成図である。It is a schematic sectional block diagram of the solid-state imaging device of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1・・固体撮像装置、2・・画素、2a・・第1の画素、2b・・第2の画素、3・・撮像領域、4・・垂直駆動回路、5・・カラム信号処理回路、6・・水平駆動回路、7・・出力回路、8・・制御回路、9・・垂直信号線、10・・水平信号線、11・・基板、20・・基板、21・・p+型半導体領域、22・・n+型半導体領域、23・・p+型半導体領域、24・・n+型半導体領域、25・・n型半導体領域、26・・読み出しゲート電極、27・・ゲート絶縁膜、28・・読み出しチャネル領域、29,30・・暗電流抑制領域、31・・リセット電極、32,34・・ソース・ドレイン領域、33・・アンプゲート電極、35・・画素分離領域   1 .. Solid-state imaging device, 2... Pixel, 2 a... First pixel, 2 b... Second pixel, 3 .. imaging region, 4 .. vertical drive circuit, 5. ..Horizontal drive circuit 7 ..Output circuit 8 ..Control circuit 9 ..Vertical signal line 10 ..Horizontal signal line 11 ..Substrate 20 ..Substrate 21 ..p + type semiconductor region 22... N + type semiconductor region, 23... P + type semiconductor region, 24... N + type semiconductor region, 25... N type semiconductor region, 26... Read gate electrode, 27. Channel region, 29, 30 ... Dark current suppression region, 31 ... Reset electrode, 32, 34 ... Source / drain region, 33 ... Amplifier gate electrode, 35 ... Pixel isolation region

Claims (7)

基板と、
前記基板の深さ方向に積層された複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの信号電荷を読み出す為に前記基板の深さ方向に埋め込まれて形成された縦型の読み出しゲート電極と、
前記読み出しゲート電極の底部及び側面を被覆して形成され、前記読み出しゲート電極側面には均一幅で形成された第1導電型の半導体領域からなる暗電流抑制領域と
前記第1導電型の半導体領域と、前記フォトダイオードとの間に、第2導電型の半導体領域で形成された読み出しチャネル領域と、
を含んで構成された固体撮像装置。
A substrate,
A plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate;
A vertical readout gate electrode formed to be embedded in the depth direction of the substrate in order to read out the signal charge of the photodiode;
A dark current suppression region formed of a first conductivity type semiconductor region formed to cover the bottom and side surfaces of the read gate electrode, and having a uniform width on the side surface of the read gate electrode, and the first conductivity type semiconductor region And a readout channel region formed of a second conductivity type semiconductor region between the photodiode and the photodiode,
A solid-state imaging device configured to include:
前記読み出しチャネル領域は、前記読み出しゲート電極の側面を被覆して形成された前記暗電流抑制領域の周囲を被覆するように形成されている請求項1記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the read channel region is formed so as to cover a periphery of the dark current suppression region formed so as to cover a side surface of the read gate electrode. 前記読み出しチャネル領域は、前記基板表面から、前記複数のフォトダイオードのうち、一番深い位置にあるフォトダイオードのpn接合の深さよりも深い位置にまで形成されている請求項2記載の固体撮像装置。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the readout channel region is formed from the substrate surface to a position deeper than a depth of a pn junction of a photodiode at a deepest position among the plurality of photodiodes. . 基板の深さ方向に積層した複数のフォトダイオードを形成する工程、
前記基板上部にマスク層及びフォトレジスト膜を形成する工程、
フォトリソグラフィ法によりフォトレジスト膜をパターン形成し、パターン形成された前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記マスク層をエッチングし、前記基板表面に達する開口部を形成する工程、
前記開口部を介して、前記基板に第1導電型の不純物をイオン注入する工程、
前記開口部を介して、前記基板の第1導電型の不純物がイオン注入された領域よりも基板表面側の領域に第2導電型の不純物をイオン注入する工程、
前記レジスト膜を除去する工程、
前記開口部を含むマスク層表面に第1の側壁スペーサを形成し、前記開口部の径を縮小する工程、
前記縮小された開口部を介して、第1導電型の不純物をイオン注入する工程、
前記縮小された開口部の側壁に第2の側壁スペーサを形成し、前記開口部の径をさらに縮小する工程、
前記縮小された開口部をマスクとして、前記基板をエッチングし、前記フォトダイオードに隣接する溝部を形成する工程、
前記溝部の底部及び側面を被覆してゲート絶縁膜を形成する工程、
前記ゲート絶縁膜が形成された前記溝部に電極材料を埋め込んで読み出しゲート電極を形成する工程、
を含む固体撮像装置の製造方法。
Forming a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate;
Forming a mask layer and a photoresist film on the substrate;
Patterning a photoresist film by photolithography, etching the mask layer using the patterned photoresist film as a mask, and forming an opening reaching the substrate surface;
A step of ion-implanting a first conductivity type impurity into the substrate through the opening;
A step of ion-implanting a second conductivity type impurity into the region on the substrate surface side of the substrate from the region where the first conductivity type impurity is ion-implanted through the opening;
Removing the resist film;
Forming a first sidewall spacer on the surface of the mask layer including the opening, and reducing the diameter of the opening;
A step of ion-implanting a first conductivity type impurity through the reduced opening;
Forming a second sidewall spacer on the sidewall of the reduced opening, and further reducing the diameter of the opening;
Etching the substrate using the reduced opening as a mask to form a groove adjacent to the photodiode;
Forming a gate insulating film by covering the bottom and side surfaces of the groove,
Forming a read gate electrode by embedding an electrode material in the groove where the gate insulating film is formed;
A method for manufacturing a solid-state imaging device including:
前記読み出しチャネル領域は、前記複数のフォトダイオードのうち、一番深い位置に形成されたフォトダイオードのpn接合の深さよりも深い位置にまで形成する請求項4記載の固体撮像装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the readout channel region is formed to a position deeper than a depth of a pn junction of a photodiode formed at a deepest position among the plurality of photodiodes. 前記マスク層は、基板側から順に形成された窒化膜及び酸化膜の2層構造とされており、前記ゲート絶縁膜を形成する工程の前に、前記マスク層を構成する酸化膜及び前記開口部の径を縮小するために形成された第1及び第2の側壁スペーサを除去する工程を有し、
前記電極材料は、前記溝部、及び窒化膜からなる開口部に埋め込まれ、前記読み出しゲート電極上部は、電極引き出し用の平面型電極部とされる請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。
The mask layer has a two-layer structure of a nitride film and an oxide film formed in this order from the substrate side, and before the step of forming the gate insulating film, the oxide film and the opening constituting the mask layer Removing the first and second sidewall spacers formed to reduce the diameter of
6. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein the electrode material is embedded in the groove and an opening made of a nitride film, and the upper part of the readout gate electrode is a planar electrode part for extracting an electrode.
光学レンズと、
基板と、基板の深さ方向に積層された複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの信号電荷を読み出す為に前記基板の深さ方向に埋め込まれて形成された縦型の読み出しゲート電極と、読み出しゲート電極の底部及び側面を被覆して形成され、前記読み出しゲート電極側面には均一幅で形成された第1導電型の半導体領域からなる暗電流抑制領域と、前記第1導電型の半導体領域と、前記フォトダイオードとの間に、第2導電型の半導体領域で形成された読み出しチャネル領域と、を含む固体撮像装置固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、
を含んで構成される電子機器。
An optical lens,
A substrate, a plurality of photodiodes stacked in the depth direction of the substrate, a vertical readout gate electrode formed to be embedded in the depth direction of the substrate to read out signal charges of the photodiode, and a readout A dark current suppressing region formed of a first conductivity type semiconductor region formed to cover the bottom and side surfaces of the gate electrode and having a uniform width on the side surface of the read gate electrode; and the first conductivity type semiconductor region; A solid-state imaging device including a readout channel region formed of a semiconductor region of a second conductivity type between the photodiode and the photodiode; and
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device;
Electronic equipment composed of
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