JP6406585B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

本願は、光電変換膜を有する撮像装置に関する。   The present application relates to an imaging apparatus having a photoelectric conversion film.

MOS(Metal Oxide Semiconductor)型の撮像装置として、積層型の撮像装置が提案されている。積層型の撮像装置では、半導体基板の最表面に光電変換膜が積層されている。光電変換により光電変換膜内に発生した電荷は、電荷蓄積領域(フローティングディフュージョン:FD)に蓄積される。積層型の撮像装置は、半導体基板内のCCD(Charge Coupled Device)回路、又はCMOS(Complementary MOS)回路を用いて、その蓄積された電荷を読み出す。例えば特許文献1が、積層型の撮像装置を開示している。   As a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type imaging device, a stacked type imaging device has been proposed. In a stacked imaging device, a photoelectric conversion film is stacked on the outermost surface of a semiconductor substrate. Charges generated in the photoelectric conversion film by photoelectric conversion are accumulated in a charge accumulation region (floating diffusion: FD). The stacked imaging device reads out the accumulated electric charge using a CCD (Charge Coupled Device) circuit or a CMOS (Complementary MOS) circuit in a semiconductor substrate. For example, Patent Document 1 discloses a multilayer imaging device.

特開2009−164604号公報JP 2009-164604 A

上述した積層型のイメージセンサでは、リーク電流(以下、「暗電流」と称する場合がある。)をさらに低減するための技術開発が望まれている。本願の限定的ではないある例示的な一実施形態は、暗電流による影響を抑制して、高画質で撮像を行うことが可能な、積層型の撮像装置を提供する。   In the multilayer image sensor described above, it is desired to develop a technique for further reducing the leakage current (hereinafter sometimes referred to as “dark current”). One non-limiting exemplary embodiment of the present application provides a stacked imaging apparatus capable of performing imaging with high image quality while suppressing the influence of dark current.

上記課題を解決するために、本開示の一態様による撮像装置は、1次元または2次元に配列された複数の単位画素セルを備え、複数の単位画素セルの各々は、第1導電型の第1導電型領域と、第1導電型領域に設けられた第2導電型の第1の不純物領域と、第1導電型領域に設けられた第2導電型の第2の不純物領域と、を含む、半導体基板と、半導体基板の上方に位置する光電変換部と、第1のゲート電極と、ソースまたはドレインの一方としての、第2の不純物領域の少なくとも一部と、を含む、第1のトランジスタと、を備え、第1の不純物領域は、一部が半導体基板の表面に位置し、光電変換部と電気的に接続され、第2の不純物領域は、第1の不純物領域を介して光電変換部と電気的に接続され、第1の不純物領域の不純物濃度よりも小さい不純物濃度を有し、半導体基板の表面に垂直な方向から見たとき、第2の不純物領域の第1の部分は、第1のゲート電極の第2の部分と重なっている。   In order to solve the above-described problem, an imaging device according to an aspect of the present disclosure includes a plurality of unit pixel cells arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and each of the plurality of unit pixel cells includes a first conductivity type first. A first conductivity type region; a second conductivity type first impurity region provided in the first conductivity type region; and a second conductivity type second impurity region provided in the first conductivity type region. A first transistor comprising: a semiconductor substrate; a photoelectric conversion portion located above the semiconductor substrate; a first gate electrode; and at least a part of a second impurity region as one of a source and a drain The first impurity region is partially located on the surface of the semiconductor substrate and is electrically connected to the photoelectric conversion unit, and the second impurity region is photoelectrically converted via the first impurity region. And the impurity concentration of the first impurity region. Have also small impurity concentration, when viewed in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, a first portion of the second impurity region overlaps the second portion of the first gate electrode.

なお、包括的又は具体的な態様は、素子、デバイス、システム、集積回路、及び製造方法で実現されてもよい。また、包括的又は具体的な態様は、素子、デバイス、システム、集積回路、及び製造方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。   The comprehensive or specific aspect may be realized by an element, a device, a system, an integrated circuit, and a manufacturing method. A comprehensive or specific aspect may be realized by any combination of an element, a device, a system, an integrated circuit, and a manufacturing method.

開示された実施形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および/または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施形態や特徴によって個々に提供され、これらの1つ以上を得るために全てを必要とはしない。   Additional effects and advantages of the disclosed embodiments will become apparent from the specification and drawings. The effects and / or advantages are individually provided by the various embodiments and features disclosed in the specification and drawings, and not all are required to obtain one or more of these.

本開示の一態様によれば、暗電流による影響を抑制して高画質で撮像を行うことが可能な積層型の撮像装置を提供できる。   According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a stacked imaging apparatus capable of performing imaging with high image quality while suppressing the influence of dark current.

例示的な第1の実施形態に係る撮像装置1の、回路構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration of an imaging apparatus 1 according to an exemplary first embodiment. 例示的な第1の実施形態に係る撮像装置1の、単位画素セル14の模式的な断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of a unit pixel cell 14 of the imaging device 1 according to the exemplary first embodiment. FIG. 単位画素セル14のリセットトランジスタ12の近傍を拡大した模式的な断面図である。3 is a schematic cross-sectional view in which the vicinity of a reset transistor 12 of a unit pixel cell 14 is enlarged. FIG. 図3Aに示すA−A’線およびB−B’線に沿った、半導体基板31の不純物濃度の深さ方向のプロファイルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the profile of the depth direction of the impurity concentration of the semiconductor substrate 31 along the A-A 'line and B-B' line shown to FIG. 3A. 図2に示す単位画素セル14の上面図である。FIG. 3 is a top view of a unit pixel cell 14 shown in FIG. 2. 例示的な第1の実施形態に係る撮像装置1の製造過程における、単位画素セル14の模式的な上面図である。5 is a schematic top view of a unit pixel cell 14 in the manufacturing process of the imaging device 1 according to the exemplary first embodiment. FIG. 図5Aに示すC−C’線に沿った模式的な断面図である。It is typical sectional drawing along the C-C 'line | wire shown to FIG. 5A. 例示的な第1の実施形態に係る撮像装置1の製造過程における、単位画素セル14の模式的な上面図である。5 is a schematic top view of a unit pixel cell 14 in the manufacturing process of the imaging device 1 according to the exemplary first embodiment. FIG. 図6Aに示すC−C’線に沿った模式的な断面図である。FIG. 6B is a schematic sectional view taken along line C-C ′ shown in FIG. 6A. 例示的な第2の実施形態に係る撮像装置1の、単位画素セル14Aの模式的な断面図である。It is a typical sectional view of unit pixel cell 14A of imaging device 1 concerning an exemplary 2nd embodiment. 例示的な第3の実施形態に係る撮像装置1の、単位画素セル14Bの模式的な断面図である。It is a typical sectional view of unit pixel cell 14B of imaging device 1 concerning an exemplary 3rd embodiment. 例示的な第4の実施形態に係る撮像装置1の、単位画素セル14Cの模式的な断面図である。It is a typical sectional view of unit pixel cell 14C of imaging device 1 concerning an exemplary 4th embodiment. 例示的な第5の実施形態に係る撮像装置1の、回路構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the circuit structure of the imaging device 1 which concerns on exemplary 5th Embodiment. 例示的な第5の実施形態に係る撮像装置1の、単位画素セル14Dの転送トランジスタ70の近傍を拡大した模式的な断面図である。It is the typical sectional view which expanded the neighborhood of transfer transistor 70 of unit pixel cell 14D of image pick-up device 1 concerning an exemplary 5th embodiment. 例示的な他の実施形態に係る単位画素セル14の、FD部およびゲート電極39Aの近傍を拡大した模式的な上面図である。It is the typical top view to which the vicinity of FD section and gate electrode 39A of unit pixel cell 14 concerning other exemplary embodiments was expanded. ゲート電極39Aのレイアウト例を示す模式的な上面図である。It is a schematic top view showing a layout example of the gate electrode 39A. ゲート電極39Aのレイアウト例を示す模式的な上面図である。It is a schematic top view showing a layout example of the gate electrode 39A. ゲート電極39Aのレイアウト例を示す模式的な上面図である。It is a schematic top view showing a layout example of the gate electrode 39A. ゲート電極39Aのレイアウト例を示す模式的な上面図である。It is a schematic top view showing a layout example of the gate electrode 39A.

積層型のイメージセンサは、光電変換により光電変換膜に生じた信号電荷を、半導体基板に設けられた駆動回路部に伝送するためのコンタクトを必要とする。半導体基板におけるコンタクト周囲には、種々のpn接合部が形成されている。これらのpn接合部でリーク電流が発生する。リーク電流による電荷は、光電変換により生じた信号電荷と区別がつかないため、雑音となり得る。その結果、イメージセンサの性能が劣化する。   A stacked image sensor requires a contact for transmitting signal charges generated in a photoelectric conversion film by photoelectric conversion to a drive circuit portion provided on a semiconductor substrate. Various pn junctions are formed around the contacts in the semiconductor substrate. Leakage current is generated at these pn junctions. The charge due to the leakage current is indistinguishable from the signal charge generated by the photoelectric conversion, and can be noise. As a result, the performance of the image sensor is degraded.

このような課題に鑑み、本願発明者は、新規な構造を備えた撮像装置に想到した。   In view of such problems, the inventor of the present application has come up with an imaging apparatus having a novel structure.

以下、図面を参照しながら、本開示による実施形態を説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、一の実施形態と他の実施形態とを組み合わせることも可能である。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同一の参照符号を付している。また、重複する説明は省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiments. Moreover, it can change suitably in the range which does not deviate from the range which has the effect of this invention. Furthermore, it is possible to combine one embodiment with another embodiment. In the following description, the same or similar components are denoted by the same reference numerals. In addition, overlapping description may be omitted.

(第1の実施形態)
図1から図4を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置1の構造および機能を説明する。
(First embodiment)
The structure and function of the imaging apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

(撮像装置1の構造)
図1は、第1の実施形態に係る撮像装置1の回路構成を模式的に示している。
(Structure of the imaging device 1)
FIG. 1 schematically shows a circuit configuration of an imaging apparatus 1 according to the first embodiment.

撮像装置1は、積層型の撮像装置である。撮像装置1は、複数の単位画素セル14と、駆動回路部と、光電変換膜制御線16と、複数の垂直信号線17と、電源配線21と、複数のフィードバック線23とを備えている。複数の単位画素セル14は、半導体基板に、2次元、すなわち行方向および列方向に配列されて、感光領域(画素領域)を形成している。駆動回路部は、複数の単位画素セル14を順次駆動して、光電変換により生じた信号電荷を読み出す。なお、撮像装置1は、ラインセンサであっても構わない。その場合、複数の単位画素セル14は、1次元に配列される。   The imaging device 1 is a stacked imaging device. The imaging device 1 includes a plurality of unit pixel cells 14, a drive circuit unit, a photoelectric conversion film control line 16, a plurality of vertical signal lines 17, a power supply wiring 21, and a plurality of feedback lines 23. The plurality of unit pixel cells 14 are two-dimensionally arranged on the semiconductor substrate, that is, in the row direction and the column direction to form a photosensitive region (pixel region). The drive circuit unit sequentially drives the plurality of unit pixel cells 14 and reads signal charges generated by photoelectric conversion. Note that the imaging device 1 may be a line sensor. In that case, the plurality of unit pixel cells 14 are arranged one-dimensionally.

駆動回路部は、典型的には、垂直走査部15と、水平信号読み出し部20と、複数のカラム信号処理部19と、複数の負荷部18と、複数の差動増幅器22とを含む。なお、垂直走査部15は行走査回路とも称される。水平信号読み出し部20は列走査回路とも称される。カラム信号処理部19は行信号蓄積部とも称される。差動増幅器22はフィードバックアンプとも称される。   The drive circuit unit typically includes a vertical scanning unit 15, a horizontal signal reading unit 20, a plurality of column signal processing units 19, a plurality of load units 18, and a plurality of differential amplifiers 22. The vertical scanning unit 15 is also referred to as a row scanning circuit. The horizontal signal reading unit 20 is also referred to as a column scanning circuit. The column signal processing unit 19 is also referred to as a row signal storage unit. The differential amplifier 22 is also referred to as a feedback amplifier.

各単位画素セル14は、光電変換部10と、増幅トランジスタ11と、リセットトランジスタ12と、アドレストランジスタ(行選択トランジスタ)13とを有している。なお、図1に示すように、単位画素セル14は、焼き付き防止用トランジスタ60をさらに有していてもよい。焼き付き防止用トランジスタ60を備えた単位画素セルの構成は、実施の形態3で説明する。   Each unit pixel cell 14 includes a photoelectric conversion unit 10, an amplification transistor 11, a reset transistor 12, and an address transistor (row selection transistor) 13. As shown in FIG. 1, the unit pixel cell 14 may further include a burn-in prevention transistor 60. The configuration of the unit pixel cell including the burn-in prevention transistor 60 will be described in Embodiment 3.

電源配線(ソースフォロア電源)21は、各単位画素セル14に所定の電源電圧を供給する。垂直走査部15は、各行に配置された単位画素セル14に、各行に対応した信号線を介して電気的に接続されている。水平信号読み出し部20は、複数のカラム信号処理部19に電気的に接続されている。カラム信号処理部19は、各列に対応した垂直信号線17を介して、各列に配置された単位画素セル14に電気的に接続されている。負荷部18は、各垂直信号線17に電気的に接続されている。   A power supply wiring (source follower power supply) 21 supplies a predetermined power supply voltage to each unit pixel cell 14. The vertical scanning unit 15 is electrically connected to the unit pixel cells 14 arranged in each row via a signal line corresponding to each row. The horizontal signal readout unit 20 is electrically connected to the plurality of column signal processing units 19. The column signal processing unit 19 is electrically connected to the unit pixel cells 14 arranged in each column via the vertical signal line 17 corresponding to each column. The load unit 18 is electrically connected to each vertical signal line 17.

複数の差動増幅器22は、各列に対応して設けられている。差動増幅器22の負側の入力端子は、対応した垂直信号線17に接続されている。また、差動増幅器22の出力端子は、各列に対応したフィードバック線23を介して、単位画素セル14に接続されている。   The plurality of differential amplifiers 22 are provided corresponding to each column. The negative input terminal of the differential amplifier 22 is connected to the corresponding vertical signal line 17. The output terminal of the differential amplifier 22 is connected to the unit pixel cell 14 via a feedback line 23 corresponding to each column.

光電変換部10は、リセットトランジスタ12のドレイン電極と、増幅トランジスタ11のゲート電極とに電気的に接続されており、単位画素セル14に入射する光(入射光)を電荷に変換する。光電変換部10は、入射光の光量に応じた信号電荷を生成する。   The photoelectric conversion unit 10 is electrically connected to the drain electrode of the reset transistor 12 and the gate electrode of the amplification transistor 11 and converts light (incident light) incident on the unit pixel cell 14 into electric charge. The photoelectric conversion unit 10 generates a signal charge corresponding to the amount of incident light.

増幅トランジスタ11は、光電変換部10に生成した信号電荷の量に応じた信号電圧を出力する。リセットトランジスタ12は、光電変換部10によって生成された信号電荷をリセット(初期化)する。換言すると、リセットトランジスタ12は、増幅トランジスタ11のゲート電極の電位をリセットする。より具体的には、リセットトランジスタ12を介して、増幅トランジスタ11のゲート電極にリセット電圧が印加される。アドレストランジスタ13は、単位画素セル14から垂直信号線17に、信号電圧を選択的に出力する。このように、増幅トランジスタ11の出力電圧は、アドレストランジスタ13を介して垂直信号線17から読み出される。   The amplification transistor 11 outputs a signal voltage corresponding to the amount of signal charge generated in the photoelectric conversion unit 10. The reset transistor 12 resets (initializes) the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 10. In other words, the reset transistor 12 resets the potential of the gate electrode of the amplification transistor 11. More specifically, a reset voltage is applied to the gate electrode of the amplification transistor 11 through the reset transistor 12. The address transistor 13 selectively outputs a signal voltage from the unit pixel cell 14 to the vertical signal line 17. Thus, the output voltage of the amplification transistor 11 is read from the vertical signal line 17 via the address transistor 13.

垂直走査部15は、アドレストランジスタ13のオンおよびオフを制御する行選択信号を、アドレストランジスタ13のゲート電極に印加する。これにより、垂直方向(列方向)に読み出し対象の行が走査され、読み出し対象の行が選択される。選択された行の単位画素セル14から垂直信号線17に信号電圧が読み出される。また、垂直走査部15は、リセットトランジスタ12のオンおよびオフを制御するリセット信号をリセットトランジスタ12のゲート電極に印加する。これにより、リセット動作の対象となる単位画素セル14の行が選択される。   The vertical scanning unit 15 applies a row selection signal for controlling on / off of the address transistor 13 to the gate electrode of the address transistor 13. Thereby, the row to be read is scanned in the vertical direction (column direction), and the row to be read is selected. A signal voltage is read out from the unit pixel cell 14 of the selected row to the vertical signal line 17. Further, the vertical scanning unit 15 applies a reset signal for controlling on and off of the reset transistor 12 to the gate electrode of the reset transistor 12. As a result, the row of the unit pixel cell 14 to be reset is selected.

光電変換部制御線16は、すべての単位画素セル14に共通に接続されている。光電変換部制御線16により、撮像装置1内のすべての光電変換部10に同一の正の定電圧が印加される。   The photoelectric conversion unit control line 16 is commonly connected to all the unit pixel cells 14. The same positive constant voltage is applied to all the photoelectric conversion units 10 in the imaging apparatus 1 by the photoelectric conversion unit control line 16.

垂直信号線17は、単位画素セル14の各列に対応して設けられている。垂直信号線17は、対応する列の単位画素セル14内のアドレストランジスタ13のソース電極に接続されている。垂直信号線17は、単位画素セル14から読み出された信号電圧を列方向(垂直方向)に伝達する。   The vertical signal line 17 is provided corresponding to each column of the unit pixel cells 14. The vertical signal line 17 is connected to the source electrode of the address transistor 13 in the unit pixel cell 14 of the corresponding column. The vertical signal line 17 transmits the signal voltage read from the unit pixel cell 14 in the column direction (vertical direction).

負荷部18は、各垂直信号線17に接続されている。負荷部18と、増幅トランジスタ11とは、ソースフォロア回路を形成する。   The load unit 18 is connected to each vertical signal line 17. The load unit 18 and the amplification transistor 11 form a source follower circuit.

カラム信号処理部19は、相関2重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理およびアナログ−デジタル変換(AD変換)などを行う。カラム信号処理部19は、各列に対応する垂直信号線17に接続されている。このように、複数のカラム信号処理部19が水平方向(行方向)に配置されている。   The column signal processing unit 19 performs noise suppression signal processing represented by correlated double sampling, analog-digital conversion (AD conversion), and the like. The column signal processing unit 19 is connected to the vertical signal line 17 corresponding to each column. Thus, the plurality of column signal processing units 19 are arranged in the horizontal direction (row direction).

水平信号読み出し部20は、複数のカラム信号処理部19から水平共通信号線(不図示)に信号を順次読み出す。   The horizontal signal reading unit 20 sequentially reads signals from a plurality of column signal processing units 19 to a horizontal common signal line (not shown).

電源配線21は、増幅トランジスタ11のドレイン電極と接続されている。電源配線21は、感光領域における単位画素セル14の垂直方向(図1の紙面に垂直方向)に配線されている。これは以下の理由による。単位画素セル14は行ごとにアドレスされる。そのため、電源配線21を行方向に配線すると、一行の画素駆動電流がすべて1本の配線に流れて電圧降下が大きくなるからである。電源配線21により、すべての単位画素セル14の増幅トランジスタ11に、共通のソースフォロア電源電圧が印加される。   The power supply line 21 is connected to the drain electrode of the amplification transistor 11. The power supply wiring 21 is wired in the vertical direction of the unit pixel cell 14 in the photosensitive region (perpendicular to the paper surface of FIG. 1). This is due to the following reason. The unit pixel cell 14 is addressed for each row. For this reason, if the power supply wiring 21 is wired in the row direction, all the pixel drive currents in one row flow through one wiring and the voltage drop increases. A common source follower power supply voltage is applied to the amplification transistors 11 of all the unit pixel cells 14 by the power supply wiring 21.

差動増幅器22は、単位画素セル14の各列と対応して設けられている。差動増幅器22の出力端子は、フィードバック線23を介してリセットトランジスタ12のドレイン電極に接続されている。従って、差動増幅器22は、アドレストランジスタ13とリセットトランジスタ12とが導通状態にあるときに、アドレストランジスタ13の出力値を負端子に受ける。増幅トランジスタ11のゲート電位が所定のフィードバック電圧となるように、差動増幅器22はフィードバック動作を行う。このとき、差動増幅器22の出力電圧値は、0Vまたは0V近傍の正電圧である。フィードバック電圧とは、差動増幅器22の出力電圧を意味する。   The differential amplifier 22 is provided corresponding to each column of the unit pixel cells 14. The output terminal of the differential amplifier 22 is connected to the drain electrode of the reset transistor 12 via the feedback line 23. Therefore, the differential amplifier 22 receives the output value of the address transistor 13 at the negative terminal when the address transistor 13 and the reset transistor 12 are in a conductive state. The differential amplifier 22 performs a feedback operation so that the gate potential of the amplification transistor 11 becomes a predetermined feedback voltage. At this time, the output voltage value of the differential amplifier 22 is 0V or a positive voltage near 0V. The feedback voltage means the output voltage of the differential amplifier 22.

撮像装置1では、垂直走査部15により選択された1行分の単位画素セル14が選択される。選択された単位画素セル14内の光電変換部10で光電変換により生じた信号電荷が、増幅トランジスタ11によって増幅される。増幅された信号は、アドレストランジスタ13を介して垂直信号線17に出力される。   In the imaging device 1, the unit pixel cells 14 for one row selected by the vertical scanning unit 15 are selected. The signal charge generated by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit 10 in the selected unit pixel cell 14 is amplified by the amplification transistor 11. The amplified signal is output to the vertical signal line 17 via the address transistor 13.

出力された信号電荷は、カラム信号処理部19に電気信号として蓄積される。その後、蓄積された信号電荷は水平信号読み出し部20により選択されて出力される。また、単位画素セル14内の信号電荷は、リセットトランジスタ12をオン状態とすることにより排出される。その際、リセットトランジスタ12からkTC雑音と呼ばれる大きな熱雑音が発生する。この熱雑音は、リセットトランジスタ12をオフ状態とし、信号電荷の蓄積を始める際にも残留する。   The output signal charges are accumulated as electrical signals in the column signal processing unit 19. Thereafter, the accumulated signal charges are selected and output by the horizontal signal reading unit 20. The signal charge in the unit pixel cell 14 is discharged by turning on the reset transistor 12. At that time, a large thermal noise called kTC noise is generated from the reset transistor 12. This thermal noise remains even when the reset transistor 12 is turned off and signal charge accumulation is started.

この熱雑音を抑えるために、垂直信号線17を差動増幅器22の負側の入力端子に接続させている。垂直信号線17の電圧値、つまり負側の入力端子への電圧値は、差動増幅器22により反転増幅される。反転増幅された信号はフィードバック線23を介してリセットトランジスタ12のドレイン電極にフィードバックされている。これにより、リセットトランジスタ12で発生する熱雑音を、負帰還制御により抑圧することができる。なお、熱雑音の交流成分が、リセットトランジスタ12のドレイン電極にフィードバックされる。直流成分は、上述したように0V近傍の正電圧である。   In order to suppress this thermal noise, the vertical signal line 17 is connected to the negative input terminal of the differential amplifier 22. The voltage value of the vertical signal line 17, that is, the voltage value to the negative input terminal is inverted and amplified by the differential amplifier 22. The inverted and amplified signal is fed back to the drain electrode of the reset transistor 12 via the feedback line 23. Thereby, thermal noise generated in the reset transistor 12 can be suppressed by negative feedback control. Note that the AC component of thermal noise is fed back to the drain electrode of the reset transistor 12. The direct current component is a positive voltage in the vicinity of 0V as described above.

(単位画素セル14の構造)
図2は、本実施形態に係る撮像装置1内の単位画素セル14の断面を、模式的に示している。図2は、実際の構造とは異なる。図2では、説明を簡略化する観点から3つのトランジスタを1つの断面に示している。
(Structure of unit pixel cell 14)
FIG. 2 schematically shows a cross section of the unit pixel cell 14 in the imaging apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 2 differs from the actual structure. In FIG. 2, three transistors are shown in one cross section from the viewpoint of simplifying the description.

単位画素セル14は、半導体基板31と、画素回路と、素子分離領域42と、層間絶縁膜43A、43Bおよび43Cと、光電変換部10とを有している。   The unit pixel cell 14 includes a semiconductor substrate 31, a pixel circuit, an element isolation region 42, interlayer insulating films 43A, 43B, and 43C, and a photoelectric conversion unit 10.

半導体基板31は、表面にp型領域を有する。半導体基板31は、例えばp型シリコン(Si)の基板である。半導体基板31は、例えば表面にp型ウェル領域が形成されたn型シリコン基板であってもよい。画素回路は、半導体基板31に形成されたアドレストランジスタ13、増幅トランジスタ11、およびリセットトランジスタ12から構成されている。層間絶縁膜43A、43Bおよび43Cは、半導体基板31上にこの順番で積層されている。光電変換部10は、層間絶縁膜43Cの上部に形成された画素電極50、画素電極50上に形成された光電変換膜51、および光電変換膜51上に形成された透明電極52を含んでいる。以下、半導体基板31としてp型シリコンの基板を用いた構造例を説明する。   The semiconductor substrate 31 has a p-type region on the surface. The semiconductor substrate 31 is, for example, a p-type silicon (Si) substrate. The semiconductor substrate 31 may be, for example, an n-type silicon substrate having a p-type well region formed on the surface. The pixel circuit includes an address transistor 13, an amplification transistor 11, and a reset transistor 12 formed on the semiconductor substrate 31. The interlayer insulating films 43A, 43B, and 43C are stacked on the semiconductor substrate 31 in this order. The photoelectric conversion unit 10 includes a pixel electrode 50 formed on the interlayer insulating film 43C, a photoelectric conversion film 51 formed on the pixel electrode 50, and a transparent electrode 52 formed on the photoelectric conversion film 51. . Hereinafter, a structural example using a p-type silicon substrate as the semiconductor substrate 31 will be described.

先に、単位画素セル14の半導体基板31における、各p型不純物領域の不純物濃度の関係を説明しておく。p-型不純物領域31aの不純物濃度は、半導体基板31の中で最も低い。p型不純物領域33、35の不純物濃度は、p-型不純物領域31aの不純物濃度よりも高い。p型不純物領域33とp型不純物領域35との不純物濃度は同程度である。p型不純物領域34の不純物濃度は、p型不純物領域33、35の不純物濃度よりも高い。p型不純物領域40の不純物濃度は、p型不純物領域34の不純物濃度よりも高い。p型不純物領域40の不純物濃度は、上記したp型不純物領域の中で最も高い。 First, the relationship of the impurity concentration of each p-type impurity region in the semiconductor substrate 31 of the unit pixel cell 14 will be described. The impurity concentration of the p -type impurity region 31 a is the lowest among the semiconductor substrates 31. The impurity concentration of the p-type impurity regions 33 and 35 is higher than the impurity concentration of the p -type impurity region 31a. The impurity concentrations of the p-type impurity region 33 and the p-type impurity region 35 are approximately the same. The impurity concentration of the p-type impurity region 34 is higher than the impurity concentration of the p-type impurity regions 33 and 35. The impurity concentration of the p-type impurity region 40 is higher than the impurity concentration of the p-type impurity region 34. The impurity concentration of the p-type impurity region 40 is the highest among the above-described p-type impurity regions.

半導体基板31は、p型シリコンからなる。半導体基板31の表面には、リセットトランジスタ12のドレイン側のp-型不純物領域31aを除いて、p型不純物領域35が形成されている。p型不純物領域35は、pウェル層として機能する。 The semiconductor substrate 31 is made of p-type silicon. A p-type impurity region 35 is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 except for the p -type impurity region 31 a on the drain side of the reset transistor 12. The p-type impurity region 35 functions as a p-well layer.

p型不純物領域35の下には、このp型不純物領域35に接するように、基板全面に亘ってp型不純物領域33が形成されている。p型不純物領域33の下には、n型不純物領域32が基板全面に亘って形成されている。   A p-type impurity region 33 is formed under the p-type impurity region 35 over the entire surface of the substrate so as to be in contact with the p-type impurity region 35. Under the p-type impurity region 33, an n-type impurity region 32 is formed over the entire surface of the substrate.

n型不純物領域32の一部には、p型不純物領域34が形成されている。p型不純物領域34は、半導体基板31の最下層領域31bとp型不純物領域33とを電気的に接続する。   A p-type impurity region 34 is formed in a part of the n-type impurity region 32. The p-type impurity region 34 electrically connects the lowermost layer region 31 b of the semiconductor substrate 31 and the p-type impurity region 33.

n型不純物領域32は、少数キャリアが、半導体基板31の最下層領域31bから、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン(FD)部(図1の24を参照)に流入するのを防ぐ。n型不純物領域32の電位は、画素周辺部に形成したウェルコンタクト(不図示)を通して制御される。   The n-type impurity region 32 prevents minority carriers from flowing from the lowermost layer region 31b of the semiconductor substrate 31 into a floating diffusion (FD) portion (see 24 in FIG. 1) that accumulates signal charges. The potential of the n-type impurity region 32 is controlled through a well contact (not shown) formed in the periphery of the pixel.

半導体基板31の最下層領域31bとp型不純物領域33との電位は、画素周辺部に形成された基板コンタクト(不図示)を通して制御される。   The potentials of the lowermost layer region 31b and the p-type impurity region 33 of the semiconductor substrate 31 are controlled through a substrate contact (not shown) formed in the periphery of the pixel.

p型不純物領域35は、上述したとおり、p型不純物領域33に接している。そのため、p型不純物領域35の電位は、p型不純物領域33を通して制御される。このようなウェル構造により、FD部周りに画素内ウェルを形成せずに済む。従って、FD部周囲の不純物濃度を低濃度にすることが可能となる。その結果、FD部の境界におけるpn接合電界を緩和することができる。そのため、pn接合電界強度に起因したリーク電流の増加を抑制できる。   The p-type impurity region 35 is in contact with the p-type impurity region 33 as described above. Therefore, the potential of the p-type impurity region 35 is controlled through the p-type impurity region 33. With such a well structure, it is not necessary to form an in-pixel well around the FD portion. Therefore, the impurity concentration around the FD portion can be lowered. As a result, the pn junction electric field at the boundary of the FD portion can be relaxed. Therefore, an increase in leakage current due to the pn junction electric field strength can be suppressed.

リセットトランジスタ12は、ゲート絶縁膜38A、ゲート電極39A、ソース領域およびドレイン領域を含んでいる。n型不純物領域36、37、44が、p-型不純物領域31a内に形成されており、リセットトランジスタ12のドレイン領域として機能する。半導体基板31の表面に垂直な方向から見たとき、第2のn型不純物領域36は、p型不純物領域35と重ならなくてもよい。また、p型不純物領域35に、n型不純物領域41Aが形成されている。n型不純物領域41Aは、リセットトランジスタ12のソース領域として機能する。n型不純物領域41Aの不純物濃度は、n型不純物領域36のそれよりも高い。具体的に説明すると、例えばn型不純物領域41Aの不純物濃度は、1×1018/cm3〜1×1019/cm3である。n型不純物領域36の不純物濃度は、例えば1×1017/cm3〜1×1018/cm3である。 The reset transistor 12 includes a gate insulating film 38A, a gate electrode 39A, a source region, and a drain region. N-type impurity regions 36, 37 and 44 are formed in p -type impurity region 31 a and function as the drain region of reset transistor 12. When viewed from a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 31, the second n-type impurity region 36 may not overlap with the p-type impurity region 35. An n-type impurity region 41A is formed in the p-type impurity region 35. The n-type impurity region 41A functions as the source region of the reset transistor 12. The impurity concentration of the n-type impurity region 41A is higher than that of the n-type impurity region 36. More specifically, for example, the impurity concentration of the n-type impurity region 41A is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . The impurity concentration of the n-type impurity region 36 is, for example, 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3 .

画素電極50に接続されたn型不純物領域36、37、44と、p-型不純物領域31aとの間にはpn接合が形成される。そのpn接合は、信号電荷を蓄積する寄生ダイオード(蓄積ダイオード)を形成する。この蓄積ダイオードや画素電極50につながる各種配線の容量が、一般にFD部と呼ばれる。 A pn junction is formed between the n-type impurity regions 36, 37, and 44 connected to the pixel electrode 50 and the p -type impurity region 31a. The pn junction forms a parasitic diode (storage diode) that stores signal charges. The capacitance of various wirings connected to the storage diode and the pixel electrode 50 is generally called an FD portion.

また、単位画素セル14には、コンタクトプラグ45が設けられている。コンタクトプラグ45は、光電変換部10と電荷蓄積領域(FD部)とを電気的に接続する。コンタクトプラグ45も、光電変換部で発生した信号電荷の一部を蓄積する。   The unit pixel cell 14 is provided with a contact plug 45. The contact plug 45 electrically connects the photoelectric conversion unit 10 and the charge storage region (FD unit). The contact plug 45 also accumulates part of the signal charge generated in the photoelectric conversion unit.

リセットトランジスタ12と同様に、増幅トランジスタ11は、ゲート絶縁膜38B、ゲート電極39B、ソース領域およびドレイン領域を含んでいる。また、アドレストランジスタ13は、ゲート絶縁膜38C、ゲート電極39C、ソース領域およびドレイン領域を含んでいる。増幅トランジスタ11とアドレストランジスタ13とが設けられたp型不純物領域35には、n型不純物領域41B、41Cおよび41Dが形成されている。n型不純物領域41Bは、増幅トランジスタ11のドレイン領域として機能する。n型不純物領域41Cは、増幅トランジスタ11のソース領域、およびアドレストランジスタ13のドレイン領域として機能する。n型不純物領域41Dは、アドレストランジスタ13のソース領域として機能する。なお、本実施形態の撮像装置1においては、信号電荷として正孔を用いている。信号電荷として電子を用いるセンサの場合には、ソース領域とドレイン領域とが逆になる。   Similar to the reset transistor 12, the amplification transistor 11 includes a gate insulating film 38B, a gate electrode 39B, a source region, and a drain region. The address transistor 13 includes a gate insulating film 38C, a gate electrode 39C, a source region, and a drain region. In the p-type impurity region 35 provided with the amplification transistor 11 and the address transistor 13, n-type impurity regions 41B, 41C, and 41D are formed. The n-type impurity region 41B functions as the drain region of the amplification transistor 11. The n-type impurity region 41 </ b> C functions as the source region of the amplification transistor 11 and the drain region of the address transistor 13. The n-type impurity region 41D functions as the source region of the address transistor 13. In the imaging device 1 of the present embodiment, holes are used as signal charges. In the case of a sensor using electrons as signal charges, the source region and the drain region are reversed.

素子分離領域42は、増幅トランジスタ11およびアドレストランジスタ13と、リセットトランジスタ12とを、絶縁して分離する。素子分離領域42は、p型不純物領域である。素子分離領域42は、例えば、半導体基板31の表面近傍であって、増幅トランジスタ11とリセットトランジスタ12との間に形成される。素子分離領域42は、半導体基板31の表面近傍であって、単位画素セル14の周囲に形成されてもよい。また、半導体基板31の表面から垂直な方向から見たとき、素子分離領域42は、前記第2のn型不純物領域36と重ならなくてもよい。   The element isolation region 42 insulates and isolates the amplification transistor 11 and the address transistor 13 from the reset transistor 12. The element isolation region 42 is a p-type impurity region. For example, the element isolation region 42 is formed near the surface of the semiconductor substrate 31 and between the amplification transistor 11 and the reset transistor 12. The element isolation region 42 may be formed near the surface of the semiconductor substrate 31 and around the unit pixel cell 14. Further, when viewed from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 31, the element isolation region 42 does not have to overlap the second n-type impurity region 36.

n型不純物領域44は、半導体基板31の表面近傍であって、コンタクトプラグ45の下に形成されている。n型不純物領域44は、高濃度のn型不純物を含む。これにより、コンタクトプラグ45と半導体基板31との接触面周囲に形成される空乏層の広がりが抑制される。空乏層の広がり(空乏化)が抑制されることにより、コンタクトプラグ45と半導体基板31との界面の格子欠陥に起因するリーク電流を抑制できる。また、コンタクト抵抗を低減することができる。   The n-type impurity region 44 is formed near the surface of the semiconductor substrate 31 and below the contact plug 45. The n-type impurity region 44 includes a high concentration of n-type impurities. Thereby, the spread of the depletion layer formed around the contact surface between the contact plug 45 and the semiconductor substrate 31 is suppressed. By suppressing the spread (depletion) of the depletion layer, it is possible to suppress leakage current caused by lattice defects at the interface between the contact plug 45 and the semiconductor substrate 31. Further, the contact resistance can be reduced.

半導体基板31の法線方向から見たとき、p型不純物領域40は、リセットトランジスタ12のドレイン側のp-型不純物領域31aにおいて、その一部がゲート下に入り込むように、半導体基板31の表面に形成されている。ただし、設計仕様などにより、p型不純物領域40を必ずしも形成しなくてもよい。 When viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 31, the p-type impurity region 40 is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 so that a part of the p -type impurity region 31 a on the drain side of the reset transistor 12 enters under the gate. Is formed. However, the p-type impurity region 40 is not necessarily formed depending on design specifications and the like.

p型不純物領域40は、半導体基板31の表面の格子欠陥に起因するリーク電流を抑制する。また、信号電荷蓄積時にリセットトランジスタ12にゲートオフバイアスをかけたとき、p型不純物領域40と、基板電位との表面ポテンシャルの差を小さくすることができる。さらに、半導体基板31の表面近傍において、ゲート電極39Aのn型不純物領域36側の端部付近に電界が集中することを抑制できる。その結果、FD部からのリーク電流を抑制することができる。   The p-type impurity region 40 suppresses leakage current caused by lattice defects on the surface of the semiconductor substrate 31. Further, when a gate off bias is applied to the reset transistor 12 during signal charge accumulation, the difference in surface potential between the p-type impurity region 40 and the substrate potential can be reduced. Furthermore, it is possible to suppress the concentration of the electric field near the end of the gate electrode 39A on the n-type impurity region 36 side in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 31. As a result, leakage current from the FD portion can be suppressed.

n型不純物領域36は、半導体基板31の深さ方向(半導体基板の法線方向)においてp型不純物領域40およびn型不純物領域44よりも下方に形成されている。また、n型不純物領域36は、半導体基板31の深さ方向に直交する方向(横方向)において、p型不純物領域35と直接接しないように形成されている。このように、n型不純物領域36のイオン注入深さ(飛程:Rp)と、p型不純物領域40のイオン注入深さとは深さ方向に離れている。これにより、領域36と領域40との間のpn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される。   The n-type impurity region 36 is formed below the p-type impurity region 40 and the n-type impurity region 44 in the depth direction of the semiconductor substrate 31 (normal direction of the semiconductor substrate). The n-type impurity region 36 is formed so as not to be in direct contact with the p-type impurity region 35 in a direction (lateral direction) orthogonal to the depth direction of the semiconductor substrate 31. Thus, the ion implantation depth (range: Rp) of the n-type impurity region 36 and the ion implantation depth of the p-type impurity region 40 are separated from each other in the depth direction. Thereby, the pn junction electric field between the region 36 and the region 40 is relaxed, and the leakage current is suppressed.

n型不純物領域44は、半導体基板31の表面付近に形成されている。n型不純物領域36は、p型不純物領域40およびn型不純物領域44よりも下方の深い位置に形成されている。その結果、n型不純物領域44とn型不純物領域36との距離が互いに離れるので、両領域間に位置する領域のn型不純物濃度が低下する。そこで、n型不純物領域37を形成する。これにより、n型不純物領域44とn型不純物領域36とを電気的に接続し、両領域間の領域のn型不純物濃度の低下を抑制している。また、n型不純物領域37により、n型不純物領域36を、半導体基板31の表面からより深い位置に形成することができる。   The n-type impurity region 44 is formed near the surface of the semiconductor substrate 31. The n-type impurity region 36 is formed at a deep position below the p-type impurity region 40 and the n-type impurity region 44. As a result, the n-type impurity region 44 and the n-type impurity region 36 are separated from each other, so that the n-type impurity concentration in the region located between the two regions decreases. Therefore, an n-type impurity region 37 is formed. As a result, the n-type impurity region 44 and the n-type impurity region 36 are electrically connected, and the decrease in the n-type impurity concentration in the region between the two regions is suppressed. Further, the n-type impurity region 37 allows the n-type impurity region 36 to be formed at a deeper position from the surface of the semiconductor substrate 31.

n型不純物領域44と、ゲート電極39A下のp型不純物領域40とは、距離を離して形成されている。これにより、両領域の間のpn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される。   The n-type impurity region 44 and the p-type impurity region 40 under the gate electrode 39A are formed at a distance from each other. Thereby, the pn junction electric field between both regions is relaxed, and the leakage current is suppressed.

図3Aは、リセットトランジスタ12の近傍を拡大した、撮像装置1の断面を示している。図3Bは、図3Aに示すドレイン領域の、断面A−A’線と断面B−B’線とに沿った深さ方向における、不純物濃度のプロファイルの一例を示している。   FIG. 3A shows a cross section of the imaging apparatus 1 in which the vicinity of the reset transistor 12 is enlarged. FIG. 3B shows an example of an impurity concentration profile in the depth direction along the cross-section A-A ′ line and the cross-section B-B ′ line of the drain region shown in FIG. 3A.

図3Bの横軸は基板の深さ方向の距離を示し、縦軸は不純物濃度を示している。飛程Rpは、不純物濃度のピーク値が得られる深さを意味する。断面A−A’線に沿った方向では、Rpは、半導体基板31の表面から、n型不純物領域44、n型不純物領域37、n型不純物領域36の順に確認される。n型不純物領域36の不純物濃度のピーク値が得られる深さは、n型不純物領域37および44の不純物濃度のピーク値が得られる深さよりも深い。   The horizontal axis in FIG. 3B indicates the distance in the depth direction of the substrate, and the vertical axis indicates the impurity concentration. The range Rp means the depth at which the peak value of the impurity concentration is obtained. In the direction along the section A-A ′ line, Rp is confirmed from the surface of the semiconductor substrate 31 in the order of the n-type impurity region 44, the n-type impurity region 37, and the n-type impurity region 36. The depth at which the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 36 is obtained is deeper than the depth at which the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity regions 37 and 44 is obtained.

断面B−B’線に沿った方向では、Rpは、半導体基板31の表面から、p型不純物領域40、n型不純物領域36の順に確認される。n型不純物領域36の不純物濃度のピーク値が得られる深さは、p型不純物領域40の不純物濃度のピーク値が得られる深さよりも深い。このように、p型不純物領域40とn型不純物領域36との間で不純物濃度のピーク値が得られる位置、つまりRpを互いに離す。これにより、p型不純物領域40の不純物濃度を示す波形と、n型不純物領域36の不純物濃度を示す波形とが交わる位置(深さ)での不純物濃度(以下、「接合濃度」と称する。)を低くすることができる。これにより、リーク電流を抑制することができる。   In the direction along the line B-B ′, Rp is confirmed from the surface of the semiconductor substrate 31 in the order of the p-type impurity region 40 and the n-type impurity region 36. The depth at which the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 36 is obtained is deeper than the depth at which the peak value of the impurity concentration of the p-type impurity region 40 is obtained. Thus, the positions where the peak value of the impurity concentration is obtained between the p-type impurity region 40 and the n-type impurity region 36, that is, Rp are separated from each other. Thereby, the impurity concentration (hereinafter referred to as “junction concentration”) at the position (depth) where the waveform indicating the impurity concentration of the p-type impurity region 40 and the waveform indicating the impurity concentration of the n-type impurity region 36 intersect. Can be lowered. Thereby, leakage current can be suppressed.

また、不純物プロファイルにおいて、n型不純物領域44の不純物濃度のピーク値は、n型不純物領域36の不純物濃度のピーク値よりも大きく、かつ、n型不純物領域44の不純物濃度のピーク値は、n型不純物領域37の不純物濃度のピーク値よりも大きい。例えば、n型不純物領域44の不純物濃度のピーク値は、6×1018/cm3である。p型不純物領域40の不純物濃度のピーク値は、2×1017/cm3である。n型不純物領域36の不純物濃度のピーク値は、3×1017/cm3である。n型不純物領域37の不純物濃度のピーク値は、5×1017/cm3である。p型不純物領域40とn型不純物領域36との接合濃度は、1.0×1017/cm3以下であることが望ましい。 In the impurity profile, the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 44 is larger than the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 36, and the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 44 is n It is larger than the peak value of the impurity concentration of the type impurity region 37. For example, the peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 44 is 6 × 10 18 / cm 3 . The peak value of the impurity concentration of the p-type impurity region 40 is 2 × 10 17 / cm 3 . The peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 36 is 3 × 10 17 / cm 3 . The peak value of the impurity concentration of the n-type impurity region 37 is 5 × 10 17 / cm 3 . The junction concentration between the p-type impurity region 40 and the n-type impurity region 36 is desirably 1.0 × 10 17 / cm 3 or less.

図3Aには、不純物濃度のピーク値が得られる深さを基準として、所定の不純物濃度が得られる領域をn型不純物領域36として矩形の領域で概念的に示している。しかし、実際は、図3Bに示すように、半導体基板31の中央付近と比べると不純物濃度は低いものの、半導体基板31の表面にもn型不純物領域36は形成されている。そのため、本実施形態では、リセットトランジスタ12のゲート電極39A下におけるドレイン側の半導体基板31の表面において、2つのpn接合が形成されている。ゲート電極39A下のドレイン側の領域では、横方向の不純物濃度のプロファイルにおいて、p型不純物領域40、n型不純物領域36、p-型不純物領域31aの順で導電型がpnpであることが確認される。このように、ゲート酸化膜38Aとpn接合とが接触する構造となっている。これにより、リーク電流を抑制することができる。 In FIG. 3A, a region where a predetermined impurity concentration is obtained is conceptually shown as a rectangular region as an n-type impurity region 36 on the basis of the depth at which the peak value of the impurity concentration is obtained. However, actually, as shown in FIG. 3B, the n-type impurity region 36 is also formed on the surface of the semiconductor substrate 31, although the impurity concentration is lower than that near the center of the semiconductor substrate 31. Therefore, in this embodiment, two pn junctions are formed on the surface of the semiconductor substrate 31 on the drain side under the gate electrode 39A of the reset transistor 12. In the drain-side region under the gate electrode 39A, it is confirmed that the conductivity type is pnp in the order of the p-type impurity region 40, the n-type impurity region 36, and the p -type impurity region 31a in the lateral impurity concentration profile. Is done. Thus, the gate oxide film 38A and the pn junction are in contact with each other. Thereby, leakage current can be suppressed.

なお、n型不純物領域36は、半導体基板31の表面まで形成されていなくてもよい。すなわち、図3Aに示すように、n型不純物領域36とゲート電極39Aとは、ゲート絶縁膜38Aおよびp-型不純物領域を間に介して、深さ方向に離間していてもよい。これにより、n型不純物領域36とp型不純物領域40との間で形成されるpn接合(空乏化領域)が基板表面に露出するのを防ぐことができ、界面準位に起因するリーク電流の増加を抑制することができる。 Note that the n-type impurity region 36 may not be formed up to the surface of the semiconductor substrate 31. That is, as shown in FIG. 3A, the n-type impurity region 36 and the gate electrode 39A may be separated in the depth direction with the gate insulating film 38A and the p -type impurity region interposed therebetween. As a result, the pn junction (depletion region) formed between the n-type impurity region 36 and the p-type impurity region 40 can be prevented from being exposed to the substrate surface, and the leakage current caused by the interface state can be reduced. Increase can be suppressed.

再び、図2を参照する。増幅トランジスタ11は、コンタクトプラグ45を介して画素電極50に接続されたゲート電極39Bを有している。増幅トランジスタ11は、画素電極50の電位に応じた信号電圧を出力する。   Reference is again made to FIG. The amplification transistor 11 has a gate electrode 39B connected to the pixel electrode 50 through a contact plug 45. The amplification transistor 11 outputs a signal voltage corresponding to the potential of the pixel electrode 50.

リセットトランジスタ12は、コンタクトプラグ45を介して画素電極50に接続されている。リセットトランジスタ12は、増幅トランジスタ11のゲート電極39Bの電位をリセット電圧、すなわちフィードバック電圧にリセットする。   The reset transistor 12 is connected to the pixel electrode 50 via the contact plug 45. The reset transistor 12 resets the potential of the gate electrode 39B of the amplification transistor 11 to a reset voltage, that is, a feedback voltage.

アドレストランジスタ13は、増幅トランジスタ11と垂直信号線17(不図示)との間に設けられている。アドレストランジスタ13は、単位画素セル14から垂直信号線17に信号電圧を出力する。なお、本実施形態では、アドレストランジスタ13は、増幅トランジスタ11のソース領域と垂直信号線17との間に挿入されている。しかしながら、本開示はこれに限定されず、アドレストランジスタ13は、増幅トランジスタ11のドレイン領域と電源配線21との間に挿入されていてもよい。   The address transistor 13 is provided between the amplification transistor 11 and a vertical signal line 17 (not shown). The address transistor 13 outputs a signal voltage from the unit pixel cell 14 to the vertical signal line 17. In the present embodiment, the address transistor 13 is inserted between the source region of the amplification transistor 11 and the vertical signal line 17. However, the present disclosure is not limited to this, and the address transistor 13 may be inserted between the drain region of the amplification transistor 11 and the power supply wiring 21.

増幅トランジスタ11のゲート電極39Bと画素電極50とは、コンタクトプラグ45、配線46A、プラグ47A、配線46B、プラグ47B、配線46Cおよびプラグ47Cを介して接続されている。同様に、リセットトランジスタ12のドレイン領域(n型不純物領域44、37および36)と画素電極50とは、コンタクトプラグ45、配線46A、プラグ47A、配線46B、プラグ47B、配線46Cおよびプラグ47Cを介して接続されている。   The gate electrode 39B of the amplification transistor 11 and the pixel electrode 50 are connected via a contact plug 45, a wiring 46A, a plug 47A, a wiring 46B, a plug 47B, a wiring 46C, and a plug 47C. Similarly, the drain region (n-type impurity regions 44, 37 and 36) of the reset transistor 12 and the pixel electrode 50 are connected via a contact plug 45, a wiring 46A, a plug 47A, a wiring 46B, a plug 47B, a wiring 46C and a plug 47C. Connected.

なお、図2では、アドレストランジスタ13のソース側のn型不純物領域41Dと、リセットトランジスタ12のソース側のn型不純物領域41Aとに接続するコンタクトプラグは省略している。実際は、n型不純物領域41Dは、コンタクトプラグおよび配線を介して垂直信号線17に接続される。n型不純物領域41Aは、コンタクトプラグおよび配線を介してフィードバック線23に接続される。   In FIG. 2, contact plugs connected to the source-side n-type impurity region 41D of the address transistor 13 and the source-side n-type impurity region 41A are omitted. Actually, the n-type impurity region 41D is connected to the vertical signal line 17 through a contact plug and a wiring. The n-type impurity region 41A is connected to the feedback line 23 through a contact plug and a wiring.

光電変換膜51は、例えば有機材料またはアモルファスシリコンから形成され得る。光電変換膜51は、半導体基板31の上方に積層されている。光電変換膜51は、外部からの入射光を信号電荷に変換する。画素電極50は、光電変換膜51の半導体基板31側の面に接して形成されている。画素電極50は、光電変換膜51に発生した信号電荷を収集する。透明電極52は、光電変換膜51における画素電極50に対向する面に接して形成されている。透明電極52には、光電変換部制御線16を介して、正の定電圧が印加される。これにより、光電変換膜51に生じた信号電荷を、画素電極50に読み出すことができる。   The photoelectric conversion film 51 can be formed of, for example, an organic material or amorphous silicon. The photoelectric conversion film 51 is stacked above the semiconductor substrate 31. The photoelectric conversion film 51 converts incident light from the outside into signal charges. The pixel electrode 50 is formed in contact with the surface of the photoelectric conversion film 51 on the semiconductor substrate 31 side. The pixel electrode 50 collects signal charges generated in the photoelectric conversion film 51. The transparent electrode 52 is formed in contact with the surface of the photoelectric conversion film 51 that faces the pixel electrode 50. A positive constant voltage is applied to the transparent electrode 52 via the photoelectric conversion unit control line 16. Thereby, the signal charges generated in the photoelectric conversion film 51 can be read out to the pixel electrode 50.

図4は、図2に示す単位画素セル14の上面図である。なお、図2は、図4におけるC−C’線に沿った単位画素セル14の断面を模式的に示している。   FIG. 4 is a top view of the unit pixel cell 14 shown in FIG. FIG. 2 schematically shows a cross section of the unit pixel cell 14 along the line C-C ′ in FIG. 4.

n型不純物領域36の端部をp型不純物領域35から間隔をおいて横方向に離すことにより、両領域の間のpn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される。   By separating the end of the n-type impurity region 36 from the p-type impurity region 35 in the lateral direction, the pn junction electric field between the two regions is relaxed and the leakage current is suppressed.

上述したように、電界集中を抑制するために、基板の法線方向から見たとき、p型不純物領域40を、n型不純物領域36とゲート電極39Aとが重なり合う領域の一部と重なるように形成している。一方で、ゲート電極39Aとn型不純物領域36との間に配置されたp型不純物領域40の影響を受けて、リセットトランジスタ12の駆動力が低下する恐れがある。そこで、リセットトランジスタ12の駆動力を確保するために、n型不純物領域36は、基板の法線方向から見たとき、その一部がp型不純物領域40を介さずにゲート電極39Aと重なる領域が確保されるように形成されている。このような構成により、FD部の周囲の接合電界を緩和できる。さらに、リセットトランジスタ12のオン電流(リセット動作)を確保することができるので、リセット不良による飽和信号量の低下を防ぐことができる。このように、リーク電流の低減と、リセットトランジスタ12のオン電流の確保とを両立することができる。   As described above, in order to suppress electric field concentration, the p-type impurity region 40 overlaps with a part of the region where the n-type impurity region 36 and the gate electrode 39A overlap when viewed from the normal direction of the substrate. Forming. On the other hand, the drivability of the reset transistor 12 may be reduced due to the influence of the p-type impurity region 40 disposed between the gate electrode 39A and the n-type impurity region 36. Therefore, in order to ensure the driving power of the reset transistor 12, the n-type impurity region 36 is a region where a part of the n-type impurity region 36 overlaps the gate electrode 39A without passing through the p-type impurity region 40 when viewed from the normal direction of the substrate. Is ensured. With such a configuration, the junction electric field around the FD portion can be relaxed. Furthermore, since the on-current (reset operation) of the reset transistor 12 can be secured, it is possible to prevent the saturation signal amount from being lowered due to a reset failure. As described above, both reduction of the leakage current and securing of the on-current of the reset transistor 12 can be achieved.

(撮像装置1の製造方法)
図5A、図5B、図6Aおよび図6Bを参照しながら、撮像装置1の製造方法の一例を説明する。なお、従来の積層型の撮像装置の製造方法において用いられる、種々の方法を広く用いて撮像装置1を製造し得る。以下、公知の方法についての詳細な説明は省略する。
(Manufacturing method of the imaging device 1)
An example of a method for manufacturing the imaging device 1 will be described with reference to FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B. Note that the imaging device 1 can be manufactured by widely using various methods used in the conventional method for manufacturing a stacked imaging device. Hereinafter, detailed descriptions of known methods are omitted.

図5Aおよび図6Aは、1つの単位画素セル14の模式的な上面図である。図5Bは、図5A中のC−C’線に沿った模式的な断面図である。図6Bは、図6A中のC−C’線に沿った模式的な断面図である。   5A and 6A are schematic top views of one unit pixel cell 14. FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 5A. 6B is a schematic cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 6A.

まず、図5Aおよび図5Bに示すように、例えば、p型シリコンの半導体基板31の表面にレジストを塗布する。リソグラフィ法により、画素領域を開口するマスクを用いて半導体基板31に画素領域を形成する(不図示)。所定の注入条件でn型不純物イオンをその画素領域にイオン注入することにより、n型不純物領域32を形成する。   First, as shown in FIGS. 5A and 5B, for example, a resist is applied to the surface of a semiconductor substrate 31 of p-type silicon. A pixel region is formed on the semiconductor substrate 31 by a lithography method using a mask that opens the pixel region (not shown). An n-type impurity region 32 is formed by ion-implanting n-type impurity ions into the pixel region under predetermined implantation conditions.

続いて、p型不純物イオンをイオン注入することにより、p型不純物領域33を形成する。次に、画素領域の一部を開口するレジストパターンをマスクとして、p型不純物イオンをイオン注入することにより、p型不純物領域34を形成する。その結果、n型不純物領域32の一部の領域がp型領域に反転し、半導体基板31の最下層領域31bと、p型不純物領域33とが、p型不純物領域34で接続される。ここで、p型不純物領域34を形成するp型不純物イオン濃度は、n型不純物領域32を形成するn型不純物イオン濃度よりも高くなるように設定する。   Subsequently, p-type impurity regions 33 are formed by ion implantation of p-type impurity ions. Next, p-type impurity regions 34 are formed by ion-implanting p-type impurity ions using a resist pattern opening a part of the pixel region as a mask. As a result, a part of the n-type impurity region 32 is inverted to the p-type region, and the lowermost layer region 31 b of the semiconductor substrate 31 and the p-type impurity region 33 are connected by the p-type impurity region 34. Here, the p-type impurity ion concentration for forming the p-type impurity region 34 is set to be higher than the n-type impurity ion concentration for forming the n-type impurity region 32.

次に、FD部を除く領域を開口するレジストパターンをマスクとして、p型不純物イオンをその開口領域にイオン注入する。これにより、p型不純物領域35を形成する。その際、p型不純物領域33の上面と、p型不純物領域35の下面とが接触する。その結果、p型不純物領域35の電位は、半導体基板31の最下層領域31bに与えた電位と同じになる。   Next, p-type impurity ions are ion-implanted into the opening region using the resist pattern opening the region excluding the FD portion as a mask. Thereby, the p-type impurity region 35 is formed. At that time, the upper surface of the p-type impurity region 33 and the lower surface of the p-type impurity region 35 are in contact with each other. As a result, the potential of the p-type impurity region 35 is the same as the potential applied to the lowermost layer region 31 b of the semiconductor substrate 31.

次に、画素領域の一部を開口するレジストパターンをマスクとして、n型不純物イオンをその開口領域にイオン注入する。これにより、FD部となるn型不純物領域36を形成する。続いて、画素領域の一部を開口するレジストパターンをマスクとして、n型不純物イオンをその開口領域にイオン注入する。これにより、n型不純物領域37を形成する。その際、n型不純物領域36のRpは、p型不純物領域33のRpよりも浅くなるように設定する。n型不純物領域36とp型不純物領域33とを離して形成することで、n型不純物領域36とp型不純物領域33とから形成されるpn接合電界が緩和される。また、n型不純物領域37のRpは、n型不純物領域36のそれよりも浅くなるように設定する。   Next, n-type impurity ions are ion-implanted into the opening region using a resist pattern opening a part of the pixel region as a mask. Thereby, an n-type impurity region 36 to be an FD portion is formed. Subsequently, n-type impurity ions are ion-implanted into the opening region using a resist pattern opening a part of the pixel region as a mask. Thereby, an n-type impurity region 37 is formed. At this time, Rp of the n-type impurity region 36 is set to be shallower than Rp of the p-type impurity region 33. By forming the n-type impurity region 36 and the p-type impurity region 33 apart from each other, the pn junction electric field formed by the n-type impurity region 36 and the p-type impurity region 33 is relaxed. Further, the Rp of the n-type impurity region 37 is set to be shallower than that of the n-type impurity region 36.

このように、FD部となるn型不純物領域36は、基板の深さ方向にp型不純物領域33から離して形成される。また、n型不純物領域36は、p型不純物領域35から横方向に離して形成される。これにより、FD部の周囲のpn接合電界が緩和され、リーク電流を小さくすることができる。   As described above, the n-type impurity region 36 to be the FD portion is formed away from the p-type impurity region 33 in the depth direction of the substrate. Further, the n-type impurity region 36 is formed away from the p-type impurity region 35 in the lateral direction. Thereby, the pn junction electric field around the FD portion is relaxed, and the leakage current can be reduced.

次に、リソグラフィ法により、画素回路の各トランジスタ11、12および13のチャネル領域を開口するレジストパターンを形成する(不図示)。その後、所定の注入条件でp型またはn型不純物イオンをイオン注入することにより、各チャネル領域を形成する(不図示)。これにより、画素回路の各トランジスタに所望のしきい値電圧を得ることができる。チャネル領域とは、ソース領域およびドレイン領域の間の領域であって、ゲート電極で覆われた領域を指す。   Next, a resist pattern (not shown) that opens the channel regions of the transistors 11, 12, and 13 of the pixel circuit is formed by lithography. Thereafter, each channel region is formed by ion-implanting p-type or n-type impurity ions under predetermined implantation conditions (not shown). Thereby, a desired threshold voltage can be obtained for each transistor of the pixel circuit. A channel region is a region between a source region and a drain region and is covered with a gate electrode.

次に、図6Bに示すように、半導体基板31の表面を、例えばISSG(In Situ Steam Generation)法により酸化させる。これにより、酸化シリコンからなる絶縁膜(不図示)を形成する。続いて、化学的気相堆積(CVD)法により、この絶縁膜の上に、例えばポリシリコンからなる膜を形成する。その後、リソグラフィ法により、ポリシリコンからなる膜の上に、ゲート電極形成用のレジストパターンを形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, the surface of the semiconductor substrate 31 is oxidized by, for example, an ISSG (In Situ Steam Generation) method. Thereby, an insulating film (not shown) made of silicon oxide is formed. Subsequently, a film made of, for example, polysilicon is formed on the insulating film by chemical vapor deposition (CVD). Thereafter, a resist pattern for forming a gate electrode is formed on the polysilicon film by lithography.

続いて、レジストパターンをマスクとして、酸化シリコンからなる絶縁膜、およびポリシリコンからなる膜をドライエッチングする。これにより、ゲート電極39A、39B、39C、およびゲート絶縁膜38A、38B、38Cが形成される。   Subsequently, using the resist pattern as a mask, the insulating film made of silicon oxide and the film made of polysilicon are dry-etched. Thereby, gate electrodes 39A, 39B, 39C and gate insulating films 38A, 38B, 38C are formed.

次に、リソグラフィ法により、画素回路における各トランジスタのソース・ドレイン領域をマスクするレジストパターンを形成する、その後、所定の注入条件でp型不純物イオンをソース・ドレイン領域以外の領域にイオン注入する。これにより、素子分離領域42を形成する。この際、ゲート電極39A、39B及び39Cの直下には、p型不純物イオンは打ち込まれない。そのため、素子分離領域42は、ソース・ドレイン領域およびチャネル領域を囲むように設けられる。   Next, a resist pattern for masking the source / drain regions of each transistor in the pixel circuit is formed by lithography, and thereafter, p-type impurity ions are implanted into regions other than the source / drain regions under predetermined implantation conditions. Thereby, the element isolation region 42 is formed. At this time, p-type impurity ions are not implanted immediately below the gate electrodes 39A, 39B, and 39C. Therefore, the element isolation region 42 is provided so as to surround the source / drain region and the channel region.

次に、図6Aに示すように、ゲート電極39Aのドレイン側端部を含む領域40を開口するレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、所定の注入条件で、p型不純物イオンを注入する。これにより、p型不純物領域40が形成される。   Next, as shown in FIG. 6A, a resist pattern is formed to open the region 40 including the drain side end of the gate electrode 39A. Using this resist pattern as a mask, p-type impurity ions are implanted under predetermined implantation conditions. Thereby, the p-type impurity region 40 is formed.

図3Bに示すように、p型不純物領域40のRpは、n型不純物領域36のRpよりも浅くなるように設定する。p型不純物領域40は、注入されたp型不純物イオンの拡散により、ゲート絶縁膜38Aの下方にも形成される。p型不純物イオンの注入の際には、基板面に対して所定の角度をなすように、いわゆる角度注入を行ってもよい。この角度注入により、ゲート絶縁膜38Aの下方に形成されるp型不純物領域の大きさを制御しても構わない。   As shown in FIG. 3B, the Rp of the p-type impurity region 40 is set to be shallower than the Rp of the n-type impurity region 36. The p-type impurity region 40 is also formed below the gate insulating film 38A by the diffusion of the implanted p-type impurity ions. When implanting p-type impurity ions, so-called angular implantation may be performed so as to form a predetermined angle with respect to the substrate surface. By this angle implantation, the size of the p-type impurity region formed below the gate insulating film 38A may be controlled.

次に、リソグラフィ法により、画素回路の各トランジスタのソース形成領域、ドレイン形成領域を開口するレジストパターンを形成する。このレジストパターンを通して、所定の注入条件で、n型の不純物イオンを注入する。これにより、n型不純物領域41A、41B、41C、および41Dがそれぞれ形成される。このとき、各ゲート電極39A、39Bおよび39Cにもn型不純物イオンを注入する、いわゆるゲート注入を行ってもよい。   Next, a resist pattern that opens the source formation region and the drain formation region of each transistor of the pixel circuit is formed by lithography. Through this resist pattern, n-type impurity ions are implanted under predetermined implantation conditions. Thereby, n-type impurity regions 41A, 41B, 41C, and 41D are formed, respectively. At this time, so-called gate implantation in which n-type impurity ions are implanted also into each of the gate electrodes 39A, 39B, and 39C may be performed.

次に、図2に示すように、CVD法により、ゲート電極39A、39Bおよび39Cを覆うように、例えば酸化シリコンから形成された層間絶縁膜を、半導体基板31上に積層する。その後、リソグラフィ法により、層間絶縁膜の上にコンタクトホール形成用のレジストパターンを形成する。形成したレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行う。これにより、ゲート電極39A、39B、39C、およびn型不純物領域41A、41B、41D、37のそれぞれに接続する、コンタクトホールが形成される。   Next, as shown in FIG. 2, an interlayer insulating film made of, for example, silicon oxide is laminated on the semiconductor substrate 31 so as to cover the gate electrodes 39A, 39B, and 39C by the CVD method. Thereafter, a resist pattern for forming a contact hole is formed on the interlayer insulating film by lithography. Dry etching is performed using the formed resist pattern as a mask. As a result, contact holes connected to the gate electrodes 39A, 39B, 39C and the n-type impurity regions 41A, 41B, 41D, 37 are formed.

続いて、形成された各コンタクトホールを通して、n型の不純物イオンを注入する。これにより、n型不純物領域37の上部にn+型の不純物領域44が形成される。また、各コンタクトホールから露出するゲート電極39A、39B、39C、およびn型不純物領域41A、41B、41Dの上部にもn+型の不純物領域が形成される(不図示)。 Subsequently, n-type impurity ions are implanted through the formed contact holes. As a result, an n + -type impurity region 44 is formed above the n-type impurity region 37. Further, n + -type impurity regions are also formed on the gate electrodes 39A, 39B, 39C and the n-type impurity regions 41A, 41B, 41D exposed from the contact holes (not shown).

続いて、注入された不純物イオンを活性化するアニールを行い、それぞれを低抵抗化する。そして、CVD法などにより、各コンタクトホールを埋め込むように、層間絶縁膜の上にn+型の不純物を含むポリシリコン膜を堆積する。その後、堆積したポリシリコン膜をエッチバックするか、または化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法によって研磨する。これにより、各コンタクトプラグ45が形成される(ゲート電極39A、39C、およびn型不純物領域41A、41B、41D上のコンタクトプラグ45は図示せず)。 Subsequently, annealing for activating the implanted impurity ions is performed to reduce the resistance of each. Then, a polysilicon film containing n + -type impurities is deposited on the interlayer insulating film so as to bury each contact hole by CVD or the like. Thereafter, the deposited polysilicon film is etched back or polished by a chemical mechanical polishing (CMP) method. Thereby, each contact plug 45 is formed (the contact plugs 45 on the gate electrodes 39A, 39C and the n-type impurity regions 41A, 41B, 41D are not shown).

次に、半導体基板31の上方に、配線46Aと、コンタクトプラグ47Aと、配線46Bと、コンタクトプラグ47Bと、配線46Cと、コンタクトプラグ47Cとを、層間絶縁膜43A、43Bおよび43Cを積層しながら順次形成する。なお、コンタクトプラグ45は配線46Aに接続される。配線46Aはコンタクトプラグ47Aに接続される。コンタクトプラグ47Aは配線46Bに接続される。配線46Bはコンタクトプラグ47Bに接続される。コンタクトプラグ47Bは配線46Cに接続される。配線46Cはコンタクトプラグ47Cに接続される。コンタクトプラグ47Cは、画素電極50に接続される。   Next, the wiring 46A, the contact plug 47A, the wiring 46B, the contact plug 47B, the wiring 46C, and the contact plug 47C are stacked above the semiconductor substrate 31 while the interlayer insulating films 43A, 43B, and 43C are stacked. Sequentially formed. The contact plug 45 is connected to the wiring 46A. The wiring 46A is connected to the contact plug 47A. The contact plug 47A is connected to the wiring 46B. The wiring 46B is connected to the contact plug 47B. The contact plug 47B is connected to the wiring 46C. The wiring 46C is connected to the contact plug 47C. The contact plug 47C is connected to the pixel electrode 50.

次に、層間絶縁膜43C上にコンタクトプラグ47Cと接続される画素電極50、光電変換膜51、透明電極52、保護膜(不図示)、カラーフィルタ(不図示)およびレンズ(不図示)をこの順で形成する。   Next, a pixel electrode 50, a photoelectric conversion film 51, a transparent electrode 52, a protective film (not shown), a color filter (not shown) and a lens (not shown) connected to the contact plug 47C are formed on the interlayer insulating film 43C. Form in order.

以上の工程を経て、図1に示す撮像装置1が製造される。なお、n型不純物として、例えば、リン、ヒ素およびアンチモンなどを用いることができる。p型不純物として、例えば、ボロンおよびインジウムなどを用いることができる。また、単位画素セル14の各電極および各配線の材料として、シリコン半導体デバイスの製造に一般に用いられる材料を広く利用することができる。   Through the above steps, the imaging device 1 shown in FIG. 1 is manufactured. As the n-type impurity, for example, phosphorus, arsenic, antimony, or the like can be used. For example, boron and indium can be used as the p-type impurity. In addition, as a material for each electrode and each wiring of the unit pixel cell 14, a material generally used for manufacturing a silicon semiconductor device can be widely used.

本実施形態において、p-型不純物領域31aは、第1導電型領域を例示する。n型不純物領域44は、第1の不純物領域を例示する。n型不純物領域36は、第2の不純物領域を例示する。リセットトランジスタ12は、第1のトランジスタを例示する。 In the present embodiment, the p type impurity region 31a exemplifies a first conductivity type region. The n-type impurity region 44 exemplifies a first impurity region. The n-type impurity region 36 exemplifies the second impurity region. The reset transistor 12 illustrates a first transistor.

(第2の実施形態)
図7を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置1を説明する。本実施形態に係る撮像装置1は、図2に示す単位画素セル14に代えて、図7に示す単位画素セル14Aを備えている。単位画素セル14Aは、半導体基板31の表面領域にp型不純物領域40Aが形成されている点で、図2に示す単位画素セル14とは異なっている。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、共通点についての詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
The imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The imaging apparatus 1 according to the present embodiment includes a unit pixel cell 14A illustrated in FIG. 7 instead of the unit pixel cell 14 illustrated in FIG. The unit pixel cell 14A is different from the unit pixel cell 14 shown in FIG. 2 in that a p-type impurity region 40A is formed in the surface region of the semiconductor substrate 31. The following description will focus on differences from the first embodiment, and a detailed description of common points will be omitted.

図7は、本実施形態に係る撮像装置1内の単位画素セル14Aの断面を模式的に示している。   FIG. 7 schematically shows a cross section of the unit pixel cell 14A in the imaging apparatus 1 according to the present embodiment.

半導体基板31の表面近傍において、n型不純物領域44の周囲には、p型不純物領域40に隣接するように、p型不純物領域40Aが形成されている。p型不純物領域40Aの不純物濃度は、半導体基板31の表面の空乏化を防ぐ程度の濃度であり、p型不純物領域40の不純物濃度よりも低い。   Near the surface of the semiconductor substrate 31, a p-type impurity region 40 </ b> A is formed around the n-type impurity region 44 so as to be adjacent to the p-type impurity region 40. The impurity concentration of the p-type impurity region 40 </ b> A is a concentration that prevents depletion of the surface of the semiconductor substrate 31, and is lower than the impurity concentration of the p-type impurity region 40.

本実施形態では、FD部の半導体基板31の表面近傍に、p型不純物領域40Aが形成されている。これにより、半導体基板31の表面の格子欠陥に起因するリーク電流を、より効率よく抑制できる。また、本実施形態では、コンタクトプラグ45の下の高濃度のn型不純物領域44から離して、p型不純物領域40Aは形成される。そのため、n型不純物領域44とp型不純物領域40Aとで形成されるpn接合電界を緩和することができ、リーク電流を抑制できる。   In the present embodiment, a p-type impurity region 40A is formed near the surface of the semiconductor substrate 31 in the FD portion. Thereby, the leakage current resulting from lattice defects on the surface of the semiconductor substrate 31 can be more efficiently suppressed. In the present embodiment, the p-type impurity region 40A is formed away from the high-concentration n-type impurity region 44 below the contact plug 45. Therefore, the pn junction electric field formed by n type impurity region 44 and p type impurity region 40A can be relaxed, and the leakage current can be suppressed.

なお、本実施形態の撮像装置と、第1の実施形態の撮像装置との製造方法の違いは、p型不純物領域40を形成する前または後に、リソグラフィ法とイオン注入法とを用いて、p型不純物領域40Aを形成する点である。それ以外の工程は、第1の実施形態で説明した製造方法と同じである。   Note that the difference in the manufacturing method between the imaging device of the present embodiment and the imaging device of the first embodiment is that the lithography method and the ion implantation method are used before or after the p-type impurity region 40 is formed. This is a point of forming a type impurity region 40A. The other steps are the same as those in the manufacturing method described in the first embodiment.

(第3の実施形態)
図8を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置1を説明する。本実施形態に係る撮像装置1は、図2に示す単位画素セル14に代えて、図8に示す単位画素セル14Bを備えている。単位画素セル14Bは、半導体基板31に焼き付き防止用トランジスタ60が形成されている点で、単位画素セル14とは異なっている。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、共通点についての詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
The imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The imaging device 1 according to the present embodiment includes a unit pixel cell 14B illustrated in FIG. 8 instead of the unit pixel cell 14 illustrated in FIG. The unit pixel cell 14B is different from the unit pixel cell 14 in that the burn-in prevention transistor 60 is formed on the semiconductor substrate 31. The following description will focus on differences from the first embodiment, and a detailed description of common points will be omitted.

図8は、本実施形態に係る撮像装置1内の単位画素セル14Bの断面を、模式的に示している。   FIG. 8 schematically shows a cross section of the unit pixel cell 14B in the imaging apparatus 1 according to the present embodiment.

焼き付き防止用トランジスタ60が、半導体基板31に形成されている。焼き付き防止用トランジスタ60は、ゲート電極39D、ソース領域およびドレイン領域を含んでいる。図1および8に示すように、FD部は、焼き付き防止用トランジスタ60のドレイン領域として機能する。なお、FD部はリセットトランジスタ12のドレイン領域としても機能する。このように、両トランジスタにおいて、n型不純物領域36、37および44はドレイン領域として共有されている。焼き付き防止用トランジスタ60のゲート電極39Dは、ゲート絶縁膜38Dを介して半導体基板31上に形成されている。n型不純物領域41Eは、半導体基板31の表面に形成されている。n型不純物領域41Eは、焼き付き防止用トランジスタ60のソース領域として機能する。   A burn-in prevention transistor 60 is formed on the semiconductor substrate 31. The burn-in prevention transistor 60 includes a gate electrode 39D, a source region, and a drain region. As shown in FIGS. 1 and 8, the FD portion functions as a drain region of the burn-in prevention transistor 60. The FD portion also functions as the drain region of the reset transistor 12. Thus, in both transistors, the n-type impurity regions 36, 37 and 44 are shared as the drain region. The gate electrode 39D of the burn-in prevention transistor 60 is formed on the semiconductor substrate 31 via the gate insulating film 38D. The n-type impurity region 41E is formed on the surface of the semiconductor substrate 31. The n-type impurity region 41E functions as a source region of the burn-in prevention transistor 60.

p型不純物領域40と同様に、p型不純物領域61が、焼き付き防止用トランジスタ60のドレイン側の領域(n型不純物領域36が形成された領域)に形成される。p型不純物領域61は、その一部がゲート電極39Dの下に入り込むように、半導体基板31の表面に形成されている。このように、ゲート電極39Dのn型不純物領域36側の端部に、p型不純物領域61を設けることにより、半導体基板31の表面の格子欠陥に起因するリーク電流を抑制できる。   Similar to the p-type impurity region 40, the p-type impurity region 61 is formed in a region on the drain side of the burn-in prevention transistor 60 (a region where the n-type impurity region 36 is formed). The p-type impurity region 61 is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 so that a part thereof enters under the gate electrode 39D. As described above, by providing the p-type impurity region 61 at the end of the gate electrode 39D on the n-type impurity region 36 side, leakage current due to lattice defects on the surface of the semiconductor substrate 31 can be suppressed.

リセットトランジスタ12と同様に、焼き付き防止用トランジスタ60のゲート電極39D下の領域において、n型不純物領域36とp型不純物領域35とは横方向に離されている。これにより、両領域の間のpn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される。また、n型不純物領域36のイオン注入の深さと、p型不純物領域61のイオン注入の深さとは深さ方向に離れている。これにより、両領域の間のpn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される。また、半導体基板31の法線方向から見たとき、ゲート電極39Dの一部がn型不純物領域36の一部と重なっていてもよい。   Similar to the reset transistor 12, the n-type impurity region 36 and the p-type impurity region 35 are laterally separated in the region under the gate electrode 39 </ b> D of the burn-in prevention transistor 60. Thereby, the pn junction electric field between both regions is relaxed, and the leakage current is suppressed. Further, the depth of ion implantation of the n-type impurity region 36 and the depth of ion implantation of the p-type impurity region 61 are separated in the depth direction. Thereby, the pn junction electric field between both regions is relaxed, and the leakage current is suppressed. Further, a part of the gate electrode 39 </ b> D may overlap with a part of the n-type impurity region 36 when viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 31.

光電変換膜51に過大光が入射すると、FD部の電位が透明電極52に印加されているバイアス電圧と同程度まで上昇する。このような過電圧がFD部に印加されると、FD部、または増幅トランジスタ11のゲート絶縁膜38Bが破壊される恐れがある。FD部またはゲート絶縁膜38Bが破壊されると、焼き付きなどの故障が発生する。   When excessive light is incident on the photoelectric conversion film 51, the potential of the FD portion rises to the same level as the bias voltage applied to the transparent electrode 52. When such an overvoltage is applied to the FD portion, the FD portion or the gate insulating film 38B of the amplification transistor 11 may be destroyed. When the FD portion or the gate insulating film 38B is destroyed, a failure such as burn-in occurs.

上述したとおり、焼き付き防止用トランジスタ60のドレイン領域およびゲート領域はFD部に接続されている。図1に示すように、ソース領域は、VDD配線または焼き付き防止用トランジスタ60専用の電源線62に接続されている。光電変換膜51に光が入射し、FD部の電位がVDDを超えると仮定する。その場合、焼き付き防止用トランジスタ60がオンするように閾値を設定しておくことにより、過剰な電荷を電源線62に逃がすことができる。その結果、焼き付きなどの故障を防止できる。   As described above, the drain region and the gate region of the burn-in prevention transistor 60 are connected to the FD portion. As shown in FIG. 1, the source region is connected to the VDD wiring or the power line 62 dedicated to the burn-in prevention transistor 60. It is assumed that light enters the photoelectric conversion film 51 and the potential of the FD portion exceeds VDD. In that case, by setting a threshold value so that the burn-in prevention transistor 60 is turned on, excess charge can be released to the power supply line 62. As a result, failures such as burn-in can be prevented.

本実施形態によれば、暗電流を抑制でき、且つ、過大光が入射した場合でも各トランジスタの故障を防止できる。   According to this embodiment, dark current can be suppressed, and failure of each transistor can be prevented even when excessive light is incident.

(第4の実施形態)
図9を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置1を説明する。本実施形態に係る撮像装置1は、図2に示す単位画素セル14に代えて、図9に示す単位画素セル14Cを備えている。単位画素セル14Cは、リセットトランジスタ12のドレイン側の構造が、ソース側にも適用されている点で、単位画素セル14とは異なっている。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、共通点についての詳細な説明は省略する。
(Fourth embodiment)
The imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The imaging apparatus 1 according to the present embodiment includes a unit pixel cell 14C illustrated in FIG. 9 instead of the unit pixel cell 14 illustrated in FIG. The unit pixel cell 14C is different from the unit pixel cell 14 in that the drain side structure of the reset transistor 12 is also applied to the source side. The following description will focus on differences from the first embodiment, and a detailed description of common points will be omitted.

図9は、本実施形態に係る撮像装置1内の単位画素セル14Cの断面を模式的に示している。   FIG. 9 schematically shows a cross section of the unit pixel cell 14C in the imaging apparatus 1 according to the present embodiment.

リセットトランジスタ12のソース側の領域には、p型不純物領域35、n型不純物領域41Aに代えて、p−型不純物領域31a、p型不純物領域40、n型不純物領域36、37および44が形成されている。また、ソース側の領域における各不純物領域の不純物プロファイルは、上述したドレイン側の領域における各不純物領域のそれと同じにすることができる。   In the region on the source side of the reset transistor 12, instead of the p-type impurity region 35 and the n-type impurity region 41A, a p-type impurity region 31a, a p-type impurity region 40, and n-type impurity regions 36, 37, and 44 are formed. Has been. The impurity profile of each impurity region in the source side region can be the same as that of each impurity region in the drain side region described above.

本実施形態によれば、ドレイン側の領域と同一の効果が、ソース側の領域においても得られる。また、製造ステップ数を増加させることなく、ソース側の領域にも低リーク構造を適用できる。これにより、様々な駆動方法および回路構成への展開が可能となる。   According to the present embodiment, the same effect as that of the drain side region can be obtained also in the source side region. Further, the low leak structure can be applied to the source side region without increasing the number of manufacturing steps. Thereby, development to various drive methods and circuit configurations becomes possible.

(第5の実施形)
図10および図11を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置1を説明する。本実施形態に係る撮像装置1の単位画素セル14Dは、リセットトランジスタ12に直列に接続されたトランジスタ(以下、「転送トランジスタ70」と称する。)を備えている点で、単位画素セル14とは異なっている。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、共通点についての詳細な説明は省略する。
(Fifth embodiment)
The imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The unit pixel cell 14D of the imaging device 1 according to the present embodiment is different from the unit pixel cell 14 in that the unit pixel cell 14D includes a transistor (hereinafter referred to as “transfer transistor 70”) connected in series to the reset transistor 12. Is different. The following description will focus on differences from the first embodiment, and a detailed description of common points will be omitted.

図10は、第5の実施形態に係る撮像装置1の回路構成を模式的に示している。単位画素セル14Dにおいて、FD部24とリセットトランジスタ12との間に転送トランジスタ70が配置されている。転送トランジスタ70のドレイン電極は、増幅トランジスタ11のゲート電極と電気的に接続されている。転送トランジスタ70のソース電極は、リセットトランジスタ12のドレイン電極と電気的に接続されている。このように、リセットトランジスタ12と転送トランジスタ70とによってリセット回路を実現することができる。垂直走査部15は、制御線を介して転送トランジスタ70のゲート電圧を制御する。   FIG. 10 schematically shows a circuit configuration of the imaging apparatus 1 according to the fifth embodiment. In the unit pixel cell 14D, the transfer transistor 70 is disposed between the FD unit 24 and the reset transistor 12. The drain electrode of the transfer transistor 70 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 11. The source electrode of the transfer transistor 70 is electrically connected to the drain electrode of the reset transistor 12. Thus, a reset circuit can be realized by the reset transistor 12 and the transfer transistor 70. The vertical scanning unit 15 controls the gate voltage of the transfer transistor 70 via the control line.

図11は、単位画素セル14Dの断面を、転送トランジスタ70の付近を拡大して模式的に示している。n型不純物領域36、37、44は、転送トランジスタ70のドレイン領域として機能する。なお、転送トランジスタ70のドレイン側のp-型不純物領域31aにおける各不純物領域の位置および不純物濃度の関係などは第1の実施形態で説明したとおりである。 FIG. 11 schematically shows a cross section of the unit pixel cell 14D with the vicinity of the transfer transistor 70 enlarged. The n-type impurity regions 36, 37 and 44 function as the drain region of the transfer transistor 70. The relationship between the position of each impurity region and the impurity concentration in the p -type impurity region 31a on the drain side of the transfer transistor 70 is as described in the first embodiment.

本実施形態によれば、転送トランジスタ70によってリセット動作と電荷の蓄積動作とを分離できるので、リセット動作の安定化および高速化が可能になる。   According to the present embodiment, since the reset operation and the charge accumulation operation can be separated by the transfer transistor 70, the reset operation can be stabilized and speeded up.

(他の実施形態)
図12Aから図12Eを参照しながら、図4に示すレイアウトとは異なる、リセットトランジスタ12のゲート電極39Aのレイアウト例を説明する。
(Other embodiments)
A layout example of the gate electrode 39A of the reset transistor 12 different from the layout shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 12A to 12E.

図12Aは、FD部およびゲート電極39A付近を半導体基板31の法線方向から拡大して見た、単位画素セル14の上面図である。なお、図示されるFD部は主にn型不純物領域36である。また、簡素化のために、p型不純物領域40は図示していない。このレイアウト例では、半導体基板31の法線方向から見たとき、リセットトランジスタ12のゲート幅を規定する方向(図中のx軸方向)において、ゲート電極39Aの幅W1は、FD部の幅W2よりも大きい。例えば、図示されるように、一部がp型不純物領域35に重なるようにゲート電極39Aを配置することができる。その結果、電極39Aの幅W1はFD部の幅W2よりも十分に大きくなる。また、上述したとおり、FD部の端部はp型不純物領域35から横方向に離間されている。   FIG. 12A is a top view of the unit pixel cell 14 in which the vicinity of the FD portion and the gate electrode 39A is enlarged from the normal direction of the semiconductor substrate 31. FIG. Note that the illustrated FD portion is mainly the n-type impurity region 36. For simplification, the p-type impurity region 40 is not shown. In this layout example, when viewed from the normal direction of the semiconductor substrate 31, the width W1 of the gate electrode 39A is equal to the width W2 of the FD portion in the direction that defines the gate width of the reset transistor 12 (x-axis direction in the figure). Bigger than. For example, as shown in the drawing, the gate electrode 39A can be arranged so that a part thereof overlaps with the p-type impurity region 35. As a result, the width W1 of the electrode 39A is sufficiently larger than the width W2 of the FD portion. Further, as described above, the end portion of the FD portion is spaced apart from the p-type impurity region 35 in the lateral direction.

従来、FD部が空乏化することにより、リセットトランジスタ12において、いわゆる狭チャネル効果が顕在化し、トランジスタの動作を確保することが困難であった。また、FD部とp型不純物領域35との間の寄生容量によって、フィードバック動作の精度が低下するという課題があった。   Conventionally, when the FD portion is depleted, a so-called narrow channel effect is manifested in the reset transistor 12, and it has been difficult to ensure the operation of the transistor. In addition, there is a problem that the accuracy of the feedback operation is reduced due to the parasitic capacitance between the FD portion and the p-type impurity region 35.

このレイアウト例によると、具体的に以下のような効果が得られる。
(1)FD部の空乏化が抑制され、その結果、狭チャネル効果を大幅に抑制することができる。
(2)FD部の寄生抵抗が低減され、リセットトランジスタ12の駆動力が低下することを抑制できる。
(3)FD部周辺の空乏層が、FD部とp型不純物領域35との間の領域(つまり、p-型不純物領域31a)に拡大することにより、その間のpn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される。
(4)FD部周辺の寄生容量を低減することができ、かつ、リセットトランジスタ12のゲート電極39AとFD部との間の結合容量が強化されるのでフィードバック動作の精度を向上させることができる。
According to this layout example, the following effects are specifically obtained.
(1) Depletion of the FD portion is suppressed, and as a result, the narrow channel effect can be significantly suppressed.
(2) The parasitic resistance of the FD portion is reduced, and it is possible to suppress a decrease in the driving force of the reset transistor 12.
(3) The depletion layer around the FD portion expands to a region between the FD portion and the p-type impurity region 35 (that is, the p -type impurity region 31a). Current is suppressed.
(4) The parasitic capacitance around the FD portion can be reduced, and the coupling capacitance between the gate electrode 39A of the reset transistor 12 and the FD portion is enhanced, so that the accuracy of the feedback operation can be improved.

図12Bから図12Eは、ゲート電極39Aのレイアウトのバリエーションを示している。なお、図12Bから図12Eには、リセットトランジスタ12のソース側のn型不純物領域41Aも示している。このように、FD部側のゲート電極39Aのゲート幅W1が、ゲート幅W1と同じ方向におけるFD部の幅W2よりも十分大きい限り、ゲート電極39Aを種々の形状にすることができる。例えば、ゲート電極39Aは、切り欠き形状を有していてもよい。   12B to 12E show variations of the layout of the gate electrode 39A. 12B to 12E also show the n-type impurity region 41A on the source side of the reset transistor 12. As described above, as long as the gate width W1 of the gate electrode 39A on the FD portion side is sufficiently larger than the width W2 of the FD portion in the same direction as the gate width W1, the gate electrode 39A can have various shapes. For example, the gate electrode 39A may have a notch shape.

なお、リセットトランジスタ12のソース側は、n型不純物領域41Aに限らず、図9に例示するようにFD部を配置しても良い。この場合、リセットトランジスタ12のドレイン側とソース側の各FD部の間で、濃度、FD部の幅、FD部の長さ(図12A中のy軸方向の長さ)のいずれか又は全てが異なっていても良い。また、p-型不純物領域31aにおけるFD部の端部とp型不純物領域35との間隔が異なるレイアウトを組み合わせてもよい。 The source side of the reset transistor 12 is not limited to the n-type impurity region 41A, and an FD portion may be disposed as illustrated in FIG. In this case, any or all of the concentration, the width of the FD portion, and the length of the FD portion (the length in the y-axis direction in FIG. 12A) between the FD portions on the drain side and the source side of the reset transistor 12 It may be different. Further, layouts in which the distance between the end of the FD portion in the p -type impurity region 31a and the p-type impurity region 35 is different may be combined.

本開示は、さらに以下の撮像装置及び製造方法を含む。   The present disclosure further includes the following imaging device and manufacturing method.

〔項目1〕
半導体基板の法線方向から見たとき、リセットトランジスタのゲート幅を規定する方向において、ゲート電極の幅は、第2の不純物領域の幅よりも大きくてもよい。
これにより、狭チャネル効果を大幅に抑制することができる。また、リセットトランジスタの駆動力が低下することを抑制できる。
〔項目2〕
半導体基板の法線方向から見たとき、ゲート電極は、少なくとも一部が第1導電型の画素ウェル領域に重なるように形成されていてもよい。
これにより、ゲート電極のバリエーションを提供することができる。
〔項目3〕
半導体基板の法線方向から見たとき、ゲート電極は、切り欠き形状を有していてもよい。
これにより、ゲート電極のバリエーションを提供することができる。
〔項目4〕
第1導電型の半導体基板に第2導電型の不純物を注入して、第2導電型の第2の不純物領域を形成することと、
半導体基板上にリセットトランジスタのゲート電極を形成することと、
ゲート電極を形成した後、ゲート電極と第2の不純物領域とが重なり合う領域の少なくとも一部と重なるように、第1導電型の第3の不純物領域を半導体基板表面に形成することと、
半導体基板の法線方向から見たとき、第3の不純物領域と重ならないように半導体基板表面に第2導電型の第1の不純物領域を形成することと、を包含する、撮像装置の製造方法であってもよい。
この製造方法によると、暗電流による影響を抑制して高画質で撮像を行うことができる撮像装置を提供できる。
〔項目5〕
上記製造方法において、ゲート電極を形成することよりも前に、第2導電型の不純物を注入して、第1の不純物領域と第2の不純物領域とを電気的に接続する第2導電型の第4の不純物領域を形成することをさらに含んでもよい。
これにより、第2の不純物領域を半導体基板のより深い位置に形成できるので、pn接合電界が緩和され、リーク電流が抑制される撮像装置を提供できる。
[Item 1]
When viewed from the normal direction of the semiconductor substrate, the width of the gate electrode may be larger than the width of the second impurity region in the direction defining the gate width of the reset transistor.
Thereby, the narrow channel effect can be significantly suppressed. In addition, it is possible to suppress a decrease in the driving power of the reset transistor.
[Item 2]
When viewed from the normal direction of the semiconductor substrate, the gate electrode may be formed so as to at least partially overlap the pixel well region of the first conductivity type.
Thereby, variations of the gate electrode can be provided.
[Item 3]
When viewed from the normal direction of the semiconductor substrate, the gate electrode may have a notch shape.
Thereby, variations of the gate electrode can be provided.
[Item 4]
Implanting a second conductivity type impurity into the first conductivity type semiconductor substrate to form a second conductivity type second impurity region;
Forming a gate electrode of a reset transistor on a semiconductor substrate;
Forming a third impurity region of the first conductivity type on the surface of the semiconductor substrate so as to overlap at least part of a region where the gate electrode and the second impurity region overlap after forming the gate electrode;
Forming a first impurity region of the second conductivity type on the surface of the semiconductor substrate so as not to overlap with the third impurity region when viewed from the normal direction of the semiconductor substrate. It may be.
According to this manufacturing method, it is possible to provide an imaging apparatus that can perform imaging with high image quality while suppressing the influence of dark current.
[Item 5]
In the above manufacturing method, before the gate electrode is formed, the second conductivity type impurity is implanted to electrically connect the first impurity region and the second impurity region. The method may further include forming a fourth impurity region.
Accordingly, since the second impurity region can be formed at a deeper position of the semiconductor substrate, it is possible to provide an imaging device in which the pn junction electric field is relaxed and the leakage current is suppressed.

本開示による撮像装置およびその製造方法は、デジタルカメラに代表される撮像装置に用いられるイメージセンサおよびその製造に有用である。   An imaging device and a manufacturing method thereof according to the present disclosure are useful for an image sensor used in an imaging device typified by a digital camera and the manufacturing thereof.

1 撮像装置
10 光電変換部
11 増幅トランジスタ
12 リセットトランジスタ
13 アドレストランジスタ
14、14A、14B、14C 単位画素セル
15 垂直走査部
16 光電変換膜制御線
17 垂直信号線
18 負荷部
19 カラム信号処理部
20 水平信号読み出し部
21 電源配線
22 差動増幅器
23 フィードバック線
24 フローティングディフュージョン
31 半導体基板
32 n型不純物領域
33 p型不純物領域
34 p型不純物領域
35 p型不純物領域
36 n型不純物領域
37 n型不純物領域
38A、38B、38C、38D ゲート絶縁膜
39A、39B、39C、39D ゲート電極
40 p型不純物領域
40A p型不純物領域
41A、41B、41C、41D、41E n型不純物領域
42 素子分離領域
43A、43B、43C 層間絶縁膜
44 n型不純物領域
45 コンタクトプラグ
46A、46B、46C 配線
47A、47B、47C プラグ
50 画素電極
51 光電変換膜
52 透明電極
60 焼き付き防止トランジスタ
61 p型不純物領域
62 電源線
70 転送トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 10 Photoelectric conversion part 11 Amplification transistor 12 Reset transistor 13 Address transistor 14, 14A, 14B, 14C Unit pixel cell 15 Vertical scanning part 16 Photoelectric conversion film control line 17 Vertical signal line 18 Load part 19 Column signal processing part 20 Horizontal Signal readout section 21 Power supply wiring 22 Differential amplifier 23 Feedback line 24 Floating diffusion 31 Semiconductor substrate 32 n-type impurity region 33 p-type impurity region 34 p-type impurity region 35 p-type impurity region 36 n-type impurity region 37 n-type impurity region 38A , 38B, 38C, 38D Gate insulating film 39A, 39B, 39C, 39D Gate electrode 40 p-type impurity region 40A p-type impurity region 41A, 41B, 41C, 41D, 41E n-type impurity region 42 element isolation region 43A , 43B, 43C Interlayer insulating film 44 n-type impurity region 45 contact plug 46A, 46B, 46C wiring 47A, 47B, 47C plug 50 pixel electrode 51 photoelectric conversion film 52 transparent electrode 60 burn-in prevention transistor 61 p-type impurity region 62 power supply line 70 Transfer transistor

Claims (18)

1次元または2次元に配列された複数の単位画素セルを備え、
前記複数の単位画素セルの各々は、
第1導電型の第1導電型領域と、前記第1導電型領域に隣接し、かつ、前記第1導電型領域よりも高い濃度の前記第1導電型の不純物を含む第1領域と、前記第1導電型領域に設けられた第2導電型の第1の不純物領域と、前記第1導電型領域に設けられた第2導電型の第2の不純物領域と、を含む、半導体基板と、
前記半導体基板の上方に位置する光電変換部と、
第1のゲート電極と、ソースまたはドレインの一方としての、前記第2の不純物領域の少なくとも一部と、を含む、第1のトランジスタと、
を備え、
前記第1の不純物領域は、一部が前記半導体基板の表面に位置し、前記光電変換部と電気的に接続され、
前記第2の不純物領域は、前記第1の不純物領域を介して前記光電変換部と電気的に接続され、前記第1の不純物領域の不純物濃度よりも小さい不純物濃度を有し、
前記半導体基板の前記表面に垂直な方向から見たとき、前記第2の不純物領域の第1の部分は、前記第1のゲート電極の第2の部分と重なっており、
前記方向から見たとき、前記第1領域の少なくとも一部は、前記第1のゲート電極に重なっている、撮像装置。
Comprising a plurality of unit pixel cells arranged in one or two dimensions,
Each of the plurality of unit pixel cells is
A first conductivity type region of a first conductivity type; a first region adjacent to the first conductivity type region and containing a first conductivity type impurity having a concentration higher than that of the first conductivity type region; A semiconductor substrate comprising: a first impurity region of a second conductivity type provided in the first conductivity type region; and a second impurity region of a second conductivity type provided in the first conductivity type region; ,
A photoelectric conversion unit located above the semiconductor substrate;
A first transistor including a first gate electrode and at least a portion of the second impurity region as one of a source or a drain;
With
A part of the first impurity region is located on the surface of the semiconductor substrate, and is electrically connected to the photoelectric conversion unit,
The second impurity region is electrically connected to the photoelectric conversion unit via the first impurity region, and has an impurity concentration lower than the impurity concentration of the first impurity region,
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, the first portion of the second impurity region overlaps the second portion of the first gate electrode ;
The imaging device , wherein when viewed from the direction, at least a part of the first region overlaps the first gate electrode .
前記第1の部分と、前記第2の部分とは、前記第1導電型領域を間に介して、前記方向に離間している、請求項1に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the first portion and the second portion are separated in the direction with the first conductivity type region interposed therebetween. 前記第1のトランジスタを介して、前記光電変換部を初期化するためのリセット電圧が、前記光電変換部に印加される、請求項1または2に記載の撮像装置。 Through the first transistor, a reset voltage to initialize the photoelectric conversion unit, the applied to the photoelectric conversion unit, an imaging apparatus according to claim 1 or 2. 前記第1のトランジスタは、リセットトランジスタである、
請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。
The first transistor is a reset transistor;
The imaging device according to any one of claims 1 to 3 .
前記半導体基板は、一部が前記半導体基板の表面に位置し、前記第1導電型の第3の不純物領域をさらに含み、
前記方向から見たとき、前記第3の不純物領域第3の部分は、前記第1のゲート電極の前記第2の不純物領域側の端部と重なり、
前記第3の不純物領域の不純物濃度は、前記第1領域の不純物濃度よりも高い、請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。
The semiconductor substrate further includes a third impurity region of the first conductivity type, a part of which is located on a surface of the semiconductor substrate,
When viewed from the direction , the third portion of the third impurity region overlaps with the end of the first gate electrode on the second impurity region side,
The imaging device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the third impurity region is higher than an impurity concentration of the first region .
前記半導体基板の表面から深さ方向における不純物濃度のプロファイルにおいて、前記第2の不純物領域の不純物濃度が最大となる第2の深さは、前記第3の不純物領域の不純物濃度が最大となる第3の深さよりも深い、請求項5に記載の撮像装置。In the profile of the impurity concentration in the depth direction from the surface of the semiconductor substrate, the second depth at which the impurity concentration of the second impurity region is maximized is the first concentration at which the impurity concentration of the third impurity region is maximized. The imaging device according to claim 5, wherein the imaging device is deeper than three. 前記プロファイルにおいて、前記第2の深さは、前記第1の不純物領域の不純物濃度が最大となる第1の深さよりも深い、請求項に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 6 , wherein in the profile, the second depth is deeper than the first depth at which the impurity concentration of the first impurity region is maximized. 前記半導体基板は、前記第1の不純物領域と前記第2の不純物領域とを電気的に接続する、前記第1導電型領域に設けられた前記第2導電型の第4の不純物領域をさらに含む、請求項6または7に記載の撮像装置。 The semiconductor substrate further includes a fourth impurity region of the second conductivity type provided in the first conductivity type region, which electrically connects the first impurity region and the second impurity region. The imaging device according to claim 6 or 7 . 前記プロファイルにおいて、前記第1の不純物領域の不純物濃度のピーク値は、前記第2の不純物領域の不純物濃度の最大値よりも大きく、
前記第1の不純物領域の不純物濃度の最大値は、前記第4の不純物領域の不純物濃度の最大値よりも大きい、請求項に記載の撮像装置。
In the profile, the peak value of the impurity concentration of the first impurity region is larger than the maximum value of the impurity concentration of the second impurity region,
The imaging device according to claim 8 , wherein a maximum value of the impurity concentration of the first impurity region is larger than a maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region.
前記方向から見たとき、前記第3の不純物領域の前記第3の部分は、前記第1のゲート電極の前記第2の部分の少なくとも一部と重なる、請求項5から9のいずれか一項に記載の撮像装置。 When viewed from the direction, the third portion of the third impurity region is overlapped with at least a portion of said second portion of said first gate electrode, any one of claims 5 to 9 The imaging device described in 1. 前記半導体基板は、前記方向から見たとき、前記第2の不純物領域と重ならない前記第1導電型の分離領域をさらに備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。 11. The imaging device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate further includes an isolation region of the first conductivity type that does not overlap with the second impurity region when viewed from the direction. 記方向から見たとき、前記第1領域は前記第2の不純物領域と重ならない、請求項1に記載の撮像装置。 When viewed from the front SL direction, the first region has a overlap the second impurity region, an imaging apparatus according to claim 1. 前記半導体基板は、
前記第1導電型領域および前記第1領域下に位置し、前記第1導電型領域および前記第1領域に接する、前記第1導電型の第5の不純物領域と、
前記第5の不純物領域下に位置し、前記第5の不純物領域に接する、前記第2導電型の第6の不純物領域と、
前記第6の不純物領域下に位置し、前記第6の不純物領域に接する、前記第1導電型の第7の不純物領域と、
前記第5の不純物領域と前記第7の不純物領域との間に位置し、前記第5の不純物領域と前記第7の不純物領域とを電気的に接続する、前記第1導電型の第8の不純物領域と、
をさらに備える、請求項1から12のいずれか一項に記載の撮像装置。
The semiconductor substrate is
Said first located under conductivity type region and the first region, the first conductivity type region and the contact with the first region, the fifth impurity region of the first conductivity type,
A sixth impurity region of the second conductivity type located under the fifth impurity region and in contact with the fifth impurity region;
A seventh impurity region of the first conductivity type located under the sixth impurity region and in contact with the sixth impurity region;
The eighth impurity of the first conductivity type, located between the fifth impurity region and the seventh impurity region, and electrically connecting the fifth impurity region and the seventh impurity region; An impurity region;
The imaging device according to any one of claims 1 to 12 , further comprising:
前記第1のゲート電極下の前記半導体基板表面において、前記第3の不純物領域、前記第2の不純物領域、前記第1導電型領域が互いに隣接し、2つのpn接合が形成されている、請求項5から10のいずれか一項に記載の撮像装置。 The third impurity region, the second impurity region, and the first conductivity type region are adjacent to each other on the surface of the semiconductor substrate under the first gate electrode, and two pn junctions are formed. Item 11. The imaging device according to any one of Items 5 to 10 . 前記複数の単位画素セルの各々は、
第2のゲート電極と、ソースまたはドレインの一方としての、前記第2の不純物領域の少なくとも一部と、を含む、第2のトランジスタをさらに備え、
前記第2のゲート電極は、前記第1の不純物領域と電気的に接続され、
前記方向から見たとき、前記第2の不純物領域の第4の部分は、前記第2のゲート電極の第5の部分と重なっている、請求項1から14のいずれか一項に記載の撮像装置。
Each of the plurality of unit pixel cells is
A second transistor including a second gate electrode and at least a part of the second impurity region as one of a source and a drain;
The second gate electrode is electrically connected to the first impurity region;
The imaging according to any one of claims 1 to 14 , wherein when viewed from the direction, the fourth portion of the second impurity region overlaps with the fifth portion of the second gate electrode. apparatus.
前記第2のトランジスタは、前記光電変換部に所定以上の光が入射したときに導通状態となる、請求項15に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 15 , wherein the second transistor is in a conductive state when light of a predetermined level or more enters the photoelectric conversion unit. 前記半導体基板は、前記半導体基板の表面において前記第3の不純物領域に隣接し、前記第1の不純物領域と前記第3の不純物領域との間に位置する、前記第1導電型領域に設けられた前記第1導電型の第9の不純物領域をさらに含み、
前記第9の不純物領域の不純物濃度は、前記第3の不純物領域の不純物濃度よりも小さい、請求項5から10のいずれか一項に記載の撮像装置。
The semiconductor substrate is provided in the first conductivity type region that is adjacent to the third impurity region on the surface of the semiconductor substrate and located between the first impurity region and the third impurity region. And further including a ninth impurity region of the first conductivity type,
The imaging device according to claim 5 , wherein an impurity concentration of the ninth impurity region is smaller than an impurity concentration of the third impurity region.
1次元または2次元に配列された複数の単位画素セルを備え、
複数の単位画素セルの各々は、
第1導電型の半導体基板と、
前記第1導電型の半導体基板の上方に位置し、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板に設けられたリセットトランジスタと、
前記半導体基板の表面に位置する前記第1導電型の第1領域と、
前記半導体基板の表面に位置し、前記第1領域に隣接し、前記第1領域よりも高い濃度の前記第1導電型の不純物を含む第2領域と、
前記光電変換部と電気的に接続され、前記半導体基板の表面かつ前記第1領域内に位置する第2導電型の第1の不純物領域と、
前記第1領域内に位置し、且つ、前記第1の不純物領域と電気的に接続され、前記信号電荷を蓄積する第2導電型の第2の不純物領域と、
を備え、
前記第2の不純物領域は、第1の不純物領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、
前記半導体基板の前記表面に垂直な方向から見たとき、前記第2の不純物領域の少なくとも一部が、前記リセットトランジスタのゲート電極と重なり、
前記方向から見たとき、前記第2領域の少なくとも一部が、前記リセットトランジスタのゲート電極と重なる、撮像装置。
Comprising a plurality of unit pixel cells arranged in one or two dimensions,
Each of the plurality of unit pixel cells is
A first conductivity type semiconductor substrate;
A photoelectric conversion unit that is located above the semiconductor substrate of the first conductivity type and converts incident light into signal charges;
A reset transistor provided on the semiconductor substrate;
A first region of the first conductivity type located on a surface of the semiconductor substrate;
A second region located on a surface of the semiconductor substrate, adjacent to the first region, and including a first conductivity type impurity having a higher concentration than the first region;
A first impurity region of a second conductivity type that is electrically connected to the photoelectric conversion portion and is located on the surface of the semiconductor substrate and in the first region ;
Located in the first area, and, with the connected first impurity region electrically, the second impurity region of the second conductivity type for accumulating the signal charges,
With
The second impurity region has an impurity concentration lower than that of the first impurity region;
Wherein when viewed in a direction perpendicular to the semiconductor substrate the surface of at least part of said second impurity region, Ri gate electrode and Do weight of the reset transistor,
The imaging device , wherein when viewed from the direction, at least a part of the second region overlaps with a gate electrode of the reset transistor .
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