JPH04316367A - Solid-state image sensing device and manufacture thereof - Google Patents

Solid-state image sensing device and manufacture thereof

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JPH04316367A
JPH04316367A JP3083836A JP8383691A JPH04316367A JP H04316367 A JPH04316367 A JP H04316367A JP 3083836 A JP3083836 A JP 3083836A JP 8383691 A JP8383691 A JP 8383691A JP H04316367 A JPH04316367 A JP H04316367A
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JP
Japan
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diffusion layer
type region
region
type
forming
Prior art date
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Application number
JP3083836A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Okada
裕幸 岡田
Keiji Tachikawa
景士 立川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the production of smear with a widened dynamic range. CONSTITUTION:After a p-type well 2 with lower density is formed on an n-type semiconductor substrate 1, an n-type region 3 with lower density is formed by heat-diffusing n-type impurities within that specified region. Then, p-type separation section 4, 5 is formed and diffusion-formed with heat-treatment to make the impurity distribution in the lower density n-type region 3 a bell-bottom shape. Then, a higher density n-type region 8 is formed within the lower density n-type region 3 with ion implantation method and further, heat-treated at about a temperature where the impurities are not re-diffused to activate the implanted ions.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、スミアの発生が少なく
、ダイナミックレンジの広い固体撮像装置とその製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device with less smear and a wide dynamic range, and a method of manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】近年、CCD撮像素子が民生用や業務用
のビデオカメラの分野で広く用いられているようになっ
てきている。ところが、これまでのCCD撮像素子は、
一般に撮像管に比べてスミアが発生しやすく、ダイナミ
ックレンジの狭いものであった。
2. Description of the Related Art In recent years, CCD image pickup devices have come into wide use in the field of consumer and professional video cameras. However, conventional CCD image sensors,
In general, smears were more likely to occur and the dynamic range was narrower than with image pickup tubes.

【0003】そこで、CCD撮像素子において、スミア
を低減する方法として、フォトダイオードに斜め方向か
ら入射する光がCCDチャンネル部の近傍で光電変換さ
れたときに生じる電子が、CCDチャンネル部に入るこ
とを防ぐ構造として、いわゆるベルボトム構造が提案さ
れた(特公平2−19632号公報)。
[0003] Therefore, as a method for reducing smear in a CCD image sensor, it is necessary to prevent electrons generated when light obliquely incident on a photodiode is photoelectrically converted near the CCD channel portion to enter the CCD channel portion. A so-called bell-bottom structure has been proposed as a structure to prevent this (Japanese Patent Publication No. 2-19632).

【0004】さらに、CCD撮像素子では、フォトダイ
オードで発生する暗電流により画像がざらついた感じに
なったり、白点傷が発生したりして、画像品質が撮像管
方式に比べて劣っていた。これは、結晶欠陥や界面準位
の多いフォトダイオード表面部を高濃度p型領域で被覆
することで、その表面部からの暗電流を激減させること
で、画像品質を撮像管と同等以上になって解決された。
Furthermore, with the CCD image pickup device, the image quality is inferior to that of the image pickup tube system, as the dark current generated in the photodiode makes the image look grainy and causes white spots. By coating the surface of the photodiode, which has many crystal defects and interface states, with a highly concentrated p-type region, the dark current from the surface is drastically reduced, resulting in image quality equal to or higher than that of an image pickup tube. It was resolved.

【0005】ところが、この方法によれば、同一面積の
フォトダイオードでは、その表面部の低濃度n型領域が
高濃度p型領域で覆われるために、実効的に低濃度n型
領域の体積が減少し、ダイナミックレンジが狭くなると
いう問題が生じる。
However, according to this method, in a photodiode having the same area, the low concentration n-type region on the surface is covered with the high concentration p-type region, so the volume of the low concentration n-type region is effectively reduced. The problem arises that the dynamic range becomes narrower.

【0006】一方、HDTVなどの高精度のカメラにC
CD撮像素子が使用されるようになり、単位画素当りの
面積をますます縮小する必要があるため、ダイナミック
レンジを十分に広くすることが困難となってきている。
On the other hand, high-precision cameras such as HDTVs
As CD imaging devices have come into use, the area per unit pixel must be further reduced, making it difficult to sufficiently widen the dynamic range.

【0007】この対策として、フォトダイオードである
低濃度n型領域を基板内部であって、表面部が低濃度n
型領域とならないような高濃度不純物領域を形成するこ
とが試みられている。これを実現するために、高加速イ
オン注入を用いてフォトダイオード領域を形成すること
で、n型領域の実効的な不純物量を減少させないという
方法が検討されている 。
As a countermeasure against this problem, a low concentration n-type region which is a photodiode is placed inside the substrate, and the surface portion is formed with a low concentration n-type region.
Attempts have been made to form high concentration impurity regions that do not serve as mold regions. In order to achieve this, a method is being considered in which the photodiode region is formed using highly accelerated ion implantation without reducing the effective amount of impurities in the n-type region.

【0008】図4は従来のCCD撮像素子の一画素部の
断面図である。n型半導体基板1に低濃度のp型ウエル
2が形成されている。さらに、フォトダイオードの一方
の領域となる低濃度n型領域3は、p型ウエル2の所定
領域内に形成されている。この低濃度n型領域3と隣接
するようにp型の分離部4、5が形成されている。分離
部4はフォトダイオードとそれに隣合う画素のCCDチ
ャンネル部7とを電気的に分離し、分離部5は一画素部
に形成されたフォトダイオードとCCDチャンネル部7
を電気的に分離する。分離部6が、p型ウエル2とCC
Dチャンネル部7との間に形成されて、両者を分離する
。また、基板1表面上にゲート絶縁膜9が形成されてお
り、転送ゲート電極10がCCDチャンネル部7の上部
に形成されている。そして、低濃度n型領域3の表面部
に、高濃度p型領域11が形成されている。さらに、そ
の上に絶縁膜12、アルミニウム遮光膜13、保護膜1
4が形成されて、CCD撮像素子が構成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of one pixel portion of a conventional CCD image sensor. A low concentration p-type well 2 is formed in an n-type semiconductor substrate 1 . Furthermore, a low concentration n-type region 3 which becomes one region of the photodiode is formed within a predetermined region of the p-type well 2. P-type isolation portions 4 and 5 are formed adjacent to this low concentration n-type region 3. The isolation section 4 electrically isolates the photodiode and the CCD channel section 7 of the pixel adjacent thereto, and the isolation section 5 electrically isolates the photodiode formed in one pixel section from the CCD channel section 7.
electrically separate. Separation section 6 connects p-type well 2 and CC
It is formed between the D channel portion 7 and separates the two. Further, a gate insulating film 9 is formed on the surface of the substrate 1, and a transfer gate electrode 10 is formed above the CCD channel section 7. A highly doped p-type region 11 is formed on the surface of the lightly doped n-type region 3. Furthermore, an insulating film 12, an aluminum light-shielding film 13, a protective film 1
4 is formed to constitute a CCD image sensor.

【0009】フォトダイオード部分を高加速イオン注入
法で形成した、従来のCCD撮像素子では、低濃度n型
領域3、分離部4,5、分離部6、CCDチャンネル部
7を構成している各々の不純物層のpn接合面15は、
図5に示す形状となる。このように高加速イオン注入法
によって不純物層を形成すると、pn接合面が広がらな
い。なお、図5において、18は負の固定電荷、19は
正の固定電荷、20は電荷中性領域を示す。
In a conventional CCD image pickup device in which a photodiode portion is formed by high-acceleration ion implantation, each of the low concentration n-type region 3, separation portions 4 and 5, separation portion 6, and CCD channel portion 7 is The pn junction surface 15 of the impurity layer is
The shape is shown in FIG. When an impurity layer is formed by high-acceleration ion implantation in this manner, the pn junction surface does not widen. In FIG. 5, 18 indicates a negative fixed charge, 19 indicates a positive fixed charge, and 20 indicates a charge neutral region.

【0010】高加速イオン注入法を用いてフォトダイオ
ードを形成すると、低濃度n型領域3は従来例で示した
ようなベルボトム構造にならない。このため、空乏層1
6は、CCD撮像素子を動作させた状態で、図15に示
すように釣鐘状の形状となる。
When a photodiode is formed using the high acceleration ion implantation method, the lightly doped n-type region 3 does not have a bell-bottom structure as shown in the conventional example. Therefore, the depletion layer 1
6 has a bell-shaped shape as shown in FIG. 15 when the CCD image sensor is operated.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】高加速のイオン注入法
で低濃度n型領域3を形成した場合、実効的にフォトダ
イオード領域のn型不純物量が増加する。このため、低
濃度n型領域に蓄積できる電荷量が多くなり、CCD撮
像素子のダイナミックレンジを広げることができる。し
かしながら、図5に示したように、通常の高温熱処理で
フォトダイオード領域を形成した場合に比べて、n型領
域の横広がりが小さいため、CCD撮像素子を動作させ
たときに広がる空乏層16の領域が狭くなる。このため
、高加速イオン注入法を用いた場合には、斜め入射光1
7によって生じる電子がCCDチャンネル部7に容易に
侵入し、スミアが発生しやすくなる。
[Problems to be Solved by the Invention] When the lightly doped n-type region 3 is formed by a highly accelerated ion implantation method, the amount of n-type impurities in the photodiode region effectively increases. Therefore, the amount of charge that can be accumulated in the low concentration n-type region increases, and the dynamic range of the CCD image sensor can be expanded. However, as shown in FIG. 5, the lateral spread of the n-type region is smaller than when the photodiode region is formed by normal high-temperature heat treatment, so the depletion layer 16 that spreads when the CCD image sensor is operated. The area becomes smaller. Therefore, when using the high acceleration ion implantation method, the obliquely incident light 1
Electrons generated by 7 easily enter the CCD channel portion 7, and smear is likely to occur.

【0012】ここで比較のために、図6に、高温熱処理
によってフォトダイオードを形成したCCD撮像素子の
、動作状態でのpn接合面と空乏層の断面形状を示す。 図中に用いられている符号は、図5における符号と対応
する。
For comparison, FIG. 6 shows the cross-sectional shape of a pn junction surface and a depletion layer in an operating state of a CCD image sensor in which a photodiode is formed by high-temperature heat treatment. The symbols used in the figure correspond to the symbols in FIG. 5.

【0013】高温熱処理によってフォトダイオードを形
成すると、低濃度n型領域3はベルボトム構造となる。 このため、空乏層16は、CCD撮像素子を動作させた
状態で、図6に示すような形状となる。
When a photodiode is formed by high-temperature heat treatment, the low concentration n-type region 3 has a bell-bottom structure. Therefore, the depletion layer 16 has a shape as shown in FIG. 6 when the CCD image sensor is operated.

【0014】一方、高加速イオン注入法で不純物を注入
し、かつ、高温熱処理を行なってフォトダイオード部分
を形成する場合には、不純物の分布が高加速イオン注入
法を用いなかった場合と同様の不純物分布となってしま
う。このため、低濃度n型領域3に蓄積される電荷量が
少なく、CCD撮像素子のダイナミックレンジを拡大す
ることができない。
On the other hand, when impurities are implanted using high-acceleration ion implantation and a photodiode portion is formed by high-temperature heat treatment, the impurity distribution is the same as when high-acceleration ion implantation is not used. This results in impurity distribution. Therefore, the amount of charge accumulated in the low concentration n-type region 3 is small, making it impossible to expand the dynamic range of the CCD image sensor.

【0015】以上述べたように本発明の目的は、スミア
が少なく、ダイナミックレンジの大きいCCD撮像素子
を提供することにある。
As described above, an object of the present invention is to provide a CCD image sensor with less smear and a larger dynamic range.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、高温熱処理による低濃度n型領域内部に
高濃度のn型領域を形成して、ベルボトム構造を有する
フォトダイオードを形成した。そして、低濃度n型領域
を高温熱処理で形成し、さらにその内部に高濃度n型領
域をイオン注入法で形成することで、ベルボトム構造を
有するフォトダイオードを形成する。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention forms a high concentration n-type region inside a low concentration n-type region by high-temperature heat treatment to form a photodiode having a bell-bottom structure. did. Then, a low concentration n-type region is formed by high-temperature heat treatment, and a high concentration n-type region is further formed therein by ion implantation, thereby forming a photodiode having a bell-bottom structure.

【0017】[0017]

【作用】高温熱処理によって形成されたフォトダイオー
ド領域の低濃度n型領域の空乏層は、素子が動作すると
きには、n型領域のほとんど全域にまで広がる。このた
め、フォトダイオードの開口部から斜め方向に入射した
光によって発生する電子は、低濃度n型領域で吸収され
る。また、この低濃度n型領域と周囲のp型領域には空
乏層が形成されている。この空乏層はフォトダイオード
の深さ方向の所定の深さの位置に形成されている高濃度
n型領域へ向かって深くなっていくようなポテンシャル
井戸を形成する。このため、斜め入射光によって発生し
た電子はポテンシュル井戸を伝ってフォトダイオードの
高濃度n型領域に集められる。このため、斜め入射光に
よって発生する電子は、CCDチャンネル部に入ること
がなくなり、スミアの発生が抑制される。
[Operation] The depletion layer in the lightly doped n-type region of the photodiode region formed by high-temperature heat treatment spreads to almost the entire area of the n-type region when the device operates. Therefore, electrons generated by light incident obliquely from the opening of the photodiode are absorbed in the low concentration n-type region. Further, a depletion layer is formed in this low concentration n-type region and the surrounding p-type region. This depletion layer forms a potential well that becomes deeper toward the heavily doped n-type region formed at a predetermined depth in the depth direction of the photodiode. Therefore, electrons generated by obliquely incident light are collected in the high concentration n-type region of the photodiode through the potential well. Therefore, electrons generated by obliquely incident light do not enter the CCD channel portion, and the occurrence of smear is suppressed.

【0018】さらに、フォトダイオードの深い位置に形
成された高濃度n型領域は、その面積が狭く、その深さ
が浅い。しかし、この領域は高濃度であるために、蓄積
できる電荷量が飛躍的に増大し、CCD撮像素子のダイ
ナミックレンジが大幅に拡大される。
Furthermore, the highly doped n-type region formed deep in the photodiode has a narrow area and a shallow depth. However, since this region has a high concentration, the amount of charge that can be stored increases dramatically, and the dynamic range of the CCD image sensor is greatly expanded.

【0019】[0019]

【実施例】図1は、本発明の一実施例であるCCD撮像
素子の一画素部の断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a cross-sectional view of one pixel portion of a CCD image sensor according to an embodiment of the present invention.

【0020】図に示すように、n型半導体基板1に低濃
度のp型ウエル2が形成されている。さらに、フォトダ
イオードの一方の領域となる低濃度n型領域3は、p型
ウエル2の所定領域内に形成され、この低濃度n型領域
3と隣接するようにp型の分離部4、5が形成されてい
る。分離部4はフォトダイオードと隣合う画素のCCD
チャンネル部7とを電気的に分離し、分離部5は一画素
部に形成されたフォトダイオードとCCDチャンネル部
7とを分離する。また、分離部6が、CCDチャンネル
部7をp型ウエル2と分離するために設けられている。 低濃度n型領域3の表面から所定の深さの位置に、高濃
度n型領域8が形成されている。また、基板1の表面上
にゲート絶縁膜9が形成されており、転送ゲート電極1
0がゲート絶縁膜9のCCDチャンネル部7上の部分に
形成されている。低濃度n型領域3の表面部分には、高
濃度p型領域11が形成されている。さらに、そのゲー
ト酸化膜9上および転送ゲート電極10上に、絶縁膜1
2、アルミニウム遮光膜13、および保護膜14が積層
形成されて、CCD撮像素子が構成されている。
As shown in the figure, a low concentration p-type well 2 is formed in an n-type semiconductor substrate 1. Further, a low concentration n-type region 3, which becomes one region of the photodiode, is formed in a predetermined region of the p-type well 2, and p-type isolation portions 4, 5 are formed adjacent to the low concentration n-type region 3. is formed. The separation section 4 is a CCD of a pixel adjacent to the photodiode.
The isolation section 5 separates the CCD channel section 7 from the photodiode formed in one pixel section. Further, a separation section 6 is provided to separate the CCD channel section 7 from the p-type well 2. A highly doped n-type region 8 is formed at a predetermined depth from the surface of the lightly doped n-type region 3 . Further, a gate insulating film 9 is formed on the surface of the substrate 1, and a transfer gate electrode 1 is formed on the surface of the substrate 1.
0 is formed in a portion of the gate insulating film 9 above the CCD channel portion 7 . A highly doped p-type region 11 is formed on the surface of the lightly doped n-type region 3 . Further, an insulating film 1 is formed on the gate oxide film 9 and the transfer gate electrode 10.
2. An aluminum light-shielding film 13 and a protective film 14 are laminated to form a CCD image sensor.

【0021】ここで、フォトダイオードを形成する低濃
度n型領域3は、ベルボトム状の不純物分布をしている
Here, the low concentration n-type region 3 forming the photodiode has a bell-bottom impurity distribution.

【0022】以上のように従来のCCD撮像素子と比べ
て、本発明のCCD撮像素子はフォトダイオードである
低濃度n型領域3の表面から深さ方向に所定の深さ位置
に高濃度n型領域8が形成されている点にある。
As described above, compared to the conventional CCD image sensor, the CCD image sensor of the present invention has a high concentration n-type layer at a predetermined depth position from the surface of the low concentration n-type region 3, which is a photodiode. This is at the point where region 8 is formed.

【0023】図2は、図1に示した実施例の製造工程断
面図である。まず、図2(a)に示すように、n型半導
体基板1に低濃度のp型ウエル2を形成する。この後、
p型ウエル2の所定領域内に、n型不純物を1100℃
の温度で熱拡散させて、低濃度n型領域3を形成する。
FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 2(a), a low concentration p-type well 2 is formed in an n-type semiconductor substrate 1. After this,
An n-type impurity is added to a predetermined region of the p-type well 2 at 1100°C.
The low concentration n-type region 3 is formed by thermal diffusion at a temperature of .

【0024】次に図2(b)に示すように、p型の分離
部4を、フォトダイオードと隣合う画素のCCDチャン
ネル部7とを電気的に分離するように、また、p型の分
離部5を、一画素部に形成されたフォトダイオードとC
CDチャンネル部7を分離するよう、それぞれ不純物を
選択的に熱拡散して低濃度n型領域3に隣接させて形成
する。このように、低濃度n型領域3の形成後、分離部
4、5を熱処理によって拡散形成することで、低濃度n
型領域3の不純物分布がベルボトム状となる。なお、6
、7はそれぞれ分離部、CCDチャンネル部で、従来と
同じ手順で形成されている。
Next, as shown in FIG. 2(b), the p-type isolation section 4 is arranged so as to electrically isolate the photodiode from the CCD channel section 7 of the adjacent pixel. The portion 5 is connected to a photodiode formed in one pixel portion and C.
Impurities are selectively thermally diffused and formed adjacent to the low concentration n-type region 3 so as to separate the CD channel portions 7. In this way, after the formation of the low concentration n-type region 3, the isolation parts 4 and 5 are formed by diffusion through heat treatment, thereby forming the low concentration n-type region 3.
The impurity distribution in the mold region 3 becomes bell-bottom shaped. In addition, 6
, 7 are a separation section and a CCD channel section, respectively, which are formed by the same procedure as the conventional method.

【0025】それから、図2(c)に示すように、低濃
度n型領域3の内部にイオン注入法で高濃度n型領域8
を形成する。すなわち、基板1上に所定のパターン形成
したフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして使用
するなどして、320keVの加速エネルギーでリンイ
オンを注入する。そして、1000℃以下の温度たとえ
ば900℃の温度で熱処理をして注入したイオンを活性
化させる。このような温度で熱処理をすることで、高濃
度n型領域8の不純物がほとんど拡散するようなことが
なく、この領域8内の不純物分布があまり変化せず、十
分に高い濃度が保持される。
Then, as shown in FIG. 2(c), a highly doped n-type region 8 is formed inside the lightly doped n-type region 3 by ion implantation.
form. That is, using a photoresist film (not shown) formed in a predetermined pattern on the substrate 1 as a mask, phosphorus ions are implanted with an acceleration energy of 320 keV. Then, the implanted ions are activated by heat treatment at a temperature of 1000° C. or lower, for example, 900° C. By performing the heat treatment at such a temperature, the impurities in the high concentration n-type region 8 are hardly diffused, the impurity distribution within this region 8 does not change much, and a sufficiently high concentration is maintained. .

【0026】次に、図2(d)に示すように、基板1上
にゲート絶縁膜9を形成した後、転送ゲート電極10を
CCDチャンネル部7の上方に位置するように形成し、
また、低濃度n型領域3の表面部分に高濃度p型領域1
1を選択的に形成する。それから、絶縁膜12、アルミ
ニウム遮光膜13、および保護膜14を基板1上に順次
積層形成して、CCD撮像素子を完成する。
Next, as shown in FIG. 2(d), after forming a gate insulating film 9 on the substrate 1, a transfer gate electrode 10 is formed so as to be located above the CCD channel section 7.
In addition, a high concentration p-type region 1 is provided on the surface of the low concentration n-type region 3.
1 is selectively formed. Then, an insulating film 12, an aluminum light shielding film 13, and a protective film 14 are sequentially laminated on the substrate 1 to complete a CCD image sensor.

【0027】このようにして作製した実施例において、
その動作状態での低濃度n型領域3、分離部4,5、分
離部6、CCDチャンネル部7を構成している各々の不
純物層のpn接合面15は、図3に示す形状となる。こ
のようにpn接合面15が広がるのは、上述したように
高濃度n型領域8を形成するまでの工程では、1000
℃よりも高い温度での熱処理が基板全体に加えられるた
めに、その熱処理によって各々の不純物層の不純物が拡
散するためである。なお、図3において、18は負の固
定電荷、19は正の固定電荷、20は電荷中性領域を示
している。
[0027] In the example produced in this way,
In the operating state, the pn junction surface 15 of each impurity layer constituting the low concentration n-type region 3, the isolation parts 4 and 5, the isolation part 6, and the CCD channel part 7 has the shape shown in FIG. The reason why the pn junction surface 15 widens in this way is that in the process up to the formation of the high concentration n-type region 8 as described above, 1000
This is because the heat treatment at a temperature higher than 0.degree. C. is applied to the entire substrate, and the impurities in each impurity layer are diffused by the heat treatment. In FIG. 3, 18 indicates a negative fixed charge, 19 indicates a positive fixed charge, and 20 indicates a charge neutral region.

【0028】空乏層16は、CCD撮像素子を動作させ
た状態で、図中に示すような形状となる。この形状はC
CD撮像素子を動作する前と比べて広くなっている。
The depletion layer 16 has a shape as shown in the figure when the CCD image sensor is operated. This shape is C
It is wider than before the CD image sensor was operated.

【0029】実使用時、矢印で示される斜め入射光17
がフォトダイオード部分を通って空乏層16に入射する
。このとき、空乏層16および低濃度n型領域3中のポ
テンシャルは、電荷中性領域20から空乏層16、空乏
層16から低濃度n型領域3、低濃度n型領域3から高
濃度n型領域8へと連続的に変化しており、高濃度n型
領域8がポテンシャルの井戸の底部となっている。すな
わち、高濃度n型領域8でもっともポテンシャルが深く
なっており、この領域から放射状にポテンシャルが浅く
なっている。そのため、空乏層16において斜め入射光
17によって発生した電子は、フォトダイオードのポテ
ンシャルの最深部である高濃度n型領域8に落込み、C
CDチャンネル部7へは到達しない。このため、スミア
ーがほとんど発生しなくなる。
In actual use, obliquely incident light 17 indicated by an arrow
enters the depletion layer 16 through the photodiode portion. At this time, the potential in the depletion layer 16 and the low concentration n-type region 3 is as follows: There is a continuous change to region 8, and highly doped n-type region 8 forms the bottom of the potential well. That is, the potential is deepest in the high concentration n-type region 8, and the potential becomes shallower radially from this region. Therefore, electrons generated by the obliquely incident light 17 in the depletion layer 16 fall into the high concentration n-type region 8, which is the deepest part of the potential of the photodiode, and C
It does not reach the CD channel section 7. Therefore, almost no smear occurs.

【0030】低濃度n型領域3中で光17によって発生
した電子は、同様に高濃度n型領域8に落込んで蓄積さ
れる。このとき、蓄積される電荷の総量は従来品に比べ
て2倍以上の値となり、CCD撮像素子のダイナミック
レンジが大幅に拡大される。
Electrons generated by the light 17 in the low concentration n-type region 3 similarly fall into the high concentration n-type region 8 and are accumulated therein. At this time, the total amount of accumulated charge is more than double that of conventional products, and the dynamic range of the CCD image sensor is greatly expanded.

【0031】また、本発明の製造方法では、高濃度n型
領域8が形成された後には、1000℃以下の比較的低
い温度で熱処理するので、不純物拡散領域が拡散後の熱
処理で広がるというようなことはなく、フォトダイオー
ドのポテンシャルの増大が防止される。このため、CC
D撮像素子の残像特性や、縦抜き電子シャッターの動作
電圧が劣化することがない。
Further, in the manufacturing method of the present invention, after the high concentration n-type region 8 is formed, heat treatment is performed at a relatively low temperature of 1000° C. or less, so that the impurity diffusion region is expanded by the heat treatment after diffusion. This prevents the potential of the photodiode from increasing. For this reason, CC
The afterimage characteristics of the D image sensor and the operating voltage of the vertical electronic shutter do not deteriorate.

【0032】なお、高濃度n型領域8は、上述のように
ゲート絶縁膜9の形成前に形成してもよいが、転送ゲー
ト電極10を形成した後にこの電極10に対してセルフ
アラインでイオン注入して形成してもよい。
The high concentration n-type region 8 may be formed before the gate insulating film 9 is formed as described above, but after the transfer gate electrode 10 is formed, ions are formed in self-alignment with respect to the transfer gate electrode 10. It may also be formed by injection.

【0033】また、本実施例では、高濃度n型領域8を
形成するイオン注入の加速エネルギーを320keVと
したが、この加速エネルギーは高濃度n型領域8の深さ
を高濃度p型領域11の下部に形成するのが目的である
から、高濃度p型領域11が形成されている深さに合わ
せて加速エネルギーを選択すればよい。
Further, in this embodiment, the acceleration energy of the ion implantation to form the heavily doped n-type region 8 was set to 320 keV, but this acceleration energy was used to increase the depth of the heavily doped n-type region 8 to the heavily doped p-type region 11. Since the purpose is to form the p-type region 11 at the lower part of the p-type region 11, the acceleration energy may be selected according to the depth at which the high-concentration p-type region 11 is formed.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明により、スミアー特性を劣化させ
ることなく、従来に比較して2倍以上の高ダイナミック
レンジが得られるフォトダイオードを有するCCD撮像
素子を作製することができる。
According to the present invention, it is possible to manufacture a CCD image sensor having a photodiode that can obtain a dynamic range that is more than twice as high as that of a conventional device without deteriorating the smear characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の一実施例であるCCD撮像素子の一画
素の断面図
[Fig. 1] A cross-sectional view of one pixel of a CCD image sensor that is an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の製造工程断面図[Fig. 2] Cross-sectional view of the manufacturing process of one embodiment of the present invention

【図3】本
発明の一実施例の動作状態でのpn接合面と空乏層の形
状を示す断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the shape of the pn junction surface and depletion layer in the operating state of one embodiment of the present invention.

【図4】従来のCCD撮像素子の一画素の断面図[Figure 4] Cross-sectional view of one pixel of a conventional CCD image sensor

【図5
】従来の高加速イオン注入で形成したCCD撮像素子の
動作状態でのpn接合面と空乏層の形状を示す断面図
[Figure 5
] Cross-sectional view showing the shape of the pn junction surface and depletion layer in the operating state of a CCD image sensor formed by conventional high-acceleration ion implantation.

【図6】従来のCCD撮像素子の動作状態でのpn接合
面と空乏層の形状を示す断面図
[Fig. 6] Cross-sectional view showing the shape of the pn junction surface and depletion layer in the operating state of a conventional CCD image sensor

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  n型半導体基板 2  p型ウエル 3  低濃度n型領域 4、5、6  分離部 7  CCDチャンネル部 8  高濃度n型領域 9  ゲート絶縁膜 10  転送ゲート電極 11  高濃度p型領域 12  絶縁膜 13  アルミニウム遮光膜 14  保護膜 15  pn接合面 16  空乏層 17  斜め入射光 18  負の固定電荷 19  正の固定電荷 20  電荷中性領域 1 N-type semiconductor substrate 2 P-type well 3 Low concentration n-type region 4, 5, 6 Separation part 7 CCD channel section 8 High concentration n-type region 9 Gate insulating film 10 Transfer gate electrode 11 High concentration p-type region 12 Insulating film 13 Aluminum light shielding film 14 Protective film 15 pn junction surface 16 Depletion layer 17 Oblique incident light 18 Negative fixed charge 19 Positive fixed charge 20 Charge neutral region

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板と、前記半導体基板
に形成された逆導電型のウエル層と、前記ウエル層に形
成されたフォトダイオードの一方の領域となる第1の拡
散層と、前記第1の拡散層の表面に形成された、前記第
1の拡散層とは逆導電型の第2の拡散層と、前記第1の
拡散層と隣接するように形成された第1の分離部と、前
記第1の分離部を挟んで形成された、CCDチャンネル
部となる第3の拡散層と、前記第3の拡散層と前記ウエ
ル層とを分離する第2の分離部を備え、前記第1の拡散
層の基板深部側の面積が基板表面近傍の面積よりも広く
、かつ前記第2の拡散層の下部の一部に高濃度の前記第
1の拡散層と同導電型の第4の拡散層とを備えた固体撮
像装置。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a well layer of an opposite conductivity type formed in the semiconductor substrate, and a first diffusion layer forming one region of a photodiode formed in the well layer. a second diffusion layer formed on the surface of the first diffusion layer and having a conductivity type opposite to that of the first diffusion layer; and a first isolation layer formed adjacent to the first diffusion layer. a third diffusion layer forming a CCD channel section formed across the first separation section; and a second separation section separating the third diffusion layer and the well layer; The area of the first diffusion layer on the deep side of the substrate is larger than the area near the substrate surface, and a highly concentrated diffusion layer of the same conductivity type as the first diffusion layer is formed in a part of the lower part of the second diffusion layer. A solid-state imaging device comprising a diffusion layer of No. 4.
【請求項2】一導電型の半導体基板に逆導電型のウエル
層を形成する工程と、前記ウエル層にフォトダイオード
となる第1の拡散層を不純物を選択的に熱拡散させて形
成する工程と、前記第1の拡散層と隣接するように第1
の分離部を形成する工程と、前記分離部に隣接してCC
Dチャンネル部となる第2の拡散層を形成する工程と、
前記第2の拡散層を前記ウエル層と分離する第2の分離
部を形成する工程と、前記第1の拡散層内の所定領域に
不純物イオンを選択的に注入し、さらに活性化のための
熱処理をする工程とを備えた固体撮像装置の製造方法。
2. A step of forming a well layer of an opposite conductivity type on a semiconductor substrate of one conductivity type, and a step of forming a first diffusion layer to become a photodiode in the well layer by selectively thermally diffusing impurities. and a first diffusion layer adjacent to the first diffusion layer.
a step of forming a separation section, and a step of forming a CC adjacent to the separation section.
a step of forming a second diffusion layer that will become a D channel portion;
forming a second isolation part that separates the second diffusion layer from the well layer; selectively implanting impurity ions into a predetermined region within the first diffusion layer; and further steps for activation. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising a step of heat treatment.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09186310A (en) * 1995-12-27 1997-07-15 Nec Corp Solid-state image sensing device
US5859462A (en) * 1997-04-11 1999-01-12 Eastman Kodak Company Photogenerated carrier collection of a solid state image sensor array

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