JPH08255888A - Solid state image sensor and fabrication thereof - Google Patents
Solid state image sensor and fabrication thereofInfo
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- JPH08255888A JPH08255888A JP7057092A JP5709295A JPH08255888A JP H08255888 A JPH08255888 A JP H08255888A JP 7057092 A JP7057092 A JP 7057092A JP 5709295 A JP5709295 A JP 5709295A JP H08255888 A JPH08255888 A JP H08255888A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像装置および
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 image pickup device and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の固体撮像装置としてビデオカメラ
に使用されているＣＣＤ固体撮像素子の中のフォトダイ
オード部（光を光電変換により電荷として蓄える部分）
および垂直ＣＣＤ部を主として、その構成および製造方
法を図５を参照しながら説明する。2. Description of the Related Art A photodiode portion (a portion for storing light as an electric charge by photoelectric conversion) in a CCD solid-state image pickup element used in a video camera as a conventional solid-state image pickup device.
The vertical CCD section and the structure and manufacturing method thereof will be described with reference to FIG.
【０００３】図５は上記従来の固体撮像装置の製造方法
を示す工程順断面図である。ただし、図５では垂直ＣＣ
Ｄ部の読み出し電極兼転送電極であるポリシリコン電極
を形成する工程までを示す。一般的には、ポリシリコン
電極形成以降に層間絶縁膜および遮光膜を形成する工程
がある。最初に図５（ａ）に示すように、ｎ型シリコン
基板１を使用し、第１のｐ型ウエル２を形成する。その
後、第１のｐ型ウエル２内に第２のｐ型ウエル３を形成
する。つぎに、図５（ｂ）に示すように、フォトダイオ
ード部のｎ型領域であるフォトダイオードｎ層５を形成
し、第２のｐ型ウエル３内に電荷転送用の垂直ＣＣＤ部
のｎ+ 層４を形成する。その後、図５（ｃ）に示すよう
に、フォトダイオードｎ層５と垂直ＣＣＤｎ+ 層４との
間に読み出し電圧制御用のチャンネルドープｐ- 層１
０′と、垂直ＣＣＤｎ+ 層４と隣接するフォトダイオー
ドｎ層を分離するためのｐ+ 分離層９′とを形成するの
が一般的である。つぎに、図５（ｄ）に示すように、ゲ
ート酸化膜１１′を形成後、ポリシリコン電極１２′を
ドライエッチング法で形成して、フォトダイオード部の
電荷を垂直ＣＣＤｎ+ 層４に読み出す構造にする。その
後、暗電流対策のためにフォトダイオードｎ層５上に埋
め込みフォトダイオードｐ+ 層１３を形成するのが一般
的となっている。5A to 5D are sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the conventional solid-state imaging device. However, in FIG. 5, the vertical CC
The process up to the step of forming a polysilicon electrode which is a read electrode and a transfer electrode in the D section is shown. Generally, there is a step of forming an interlayer insulating film and a light shielding film after forming the polysilicon electrode. First, as shown in FIG. 5A, the first p-type well 2 is formed using the n-type silicon substrate 1. After that, the second p-type well 3 is formed in the first p-type well 2. Next, as shown in FIG. 5B, a photodiode n layer 5 which is an n-type region of the photodiode portion is formed, and n + of a vertical CCD portion for charge transfer is formed in the second p-type well 3. Form layer 4. Then, as shown in FIG. 5C, a channel-doped p − layer 1 for controlling a read voltage is provided between the photodiode n layer 5 and the vertical CCD n + layer 4.
0'and a p + isolation layer 9'for separating the vertical CCD n + layer 4 from the adjacent photodiode n layer are generally formed. Next, as shown in FIG. 5D, after the gate oxide film 11 'is formed, the polysilicon electrode 12' is formed by the dry etching method to read out the charges in the photodiode portion to the vertical CCD n + layer 4. To After that, a buried photodiode p + layer 13 is generally formed on the photodiode n layer 5 as a measure against dark current.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の固体撮像装
置では、画素部の微細化に際し、フォトダイオード部の
面積の縮小が行なわれるため、ＣＣＤ特性の感度や飽和
特性の劣化が生じる。また、感度特性向上のためにフォ
トダイオード部のｎ層５を深い領域まで形成した場合、
読み出し電極（ポリシリコン電極１２′）による電荷の
読み出しが非常に困難になるという問題があった。In the conventional solid-state image pickup device described above, the area of the photodiode portion is reduced when the pixel portion is miniaturized, so that the sensitivity or saturation characteristic of the CCD characteristic is deteriorated. Further, in the case where the n layer 5 of the photodiode portion is formed to a deep region to improve the sensitivity characteristic,
There has been a problem that it becomes very difficult to read out charges by the read-out electrode (polysilicon electrode 12 ').
【０００５】この発明の目的は、微細化を行った際に感
度特性および飽和特性の向上を図ることができるととも
に、フォトダイオード部からの電荷の読み出しを容易に
行うことができる固体撮像装置およびその製造方法を提
供することである。An object of the present invention is to improve the sensitivity characteristic and the saturation characteristic when miniaturization is performed, and to easily read out the charge from the photodiode section, and the solid-state image pickup device. It is to provide a manufacturing method.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体撮像
装置は、一導電型のフォトダイオード部および一導電型
の垂直転送部をアレイ状に配列した固体撮像装置であっ
て、フォトダイオード部と電気的に接続された一導電型
の埋め込み電荷蓄積層を前記フォトダイオード部の直下
から前記垂直転送部の下方に渡って形成し、前記垂直転
送部の前記フォトダイオード部と反対側に前記垂直転送
部と前記埋め込み電荷蓄積層とが露出するトレンチを設
け、前記トレンチの前記垂直転送部と前記埋め込み電荷
蓄積層とが露出した部分にチャンネル領域を形成し、前
記トレンチ内および前記垂直転送部上に絶縁膜を介して
読み出し・転送電極を形成したことを特徴とする。A solid-state image pickup device according to claim 1 is a solid-state image pickup device in which one conductivity type photodiode sections and one conductivity type vertical transfer sections are arranged in an array. A buried-type charge storage layer of one conductivity type electrically connected to the vertical transfer section is formed from directly below the photodiode section to below the vertical transfer section, and the vertical transfer section is provided on the side opposite to the photodiode section. A trench exposing the transfer part and the embedded charge storage layer is provided, and a channel region is formed in a portion of the trench where the vertical transfer part and the embedded charge storage layer are exposed, and in the trench and on the vertical transfer part. It is characterized in that a read / transfer electrode is formed through an insulating film.
【０００７】請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１
記載の固体撮像装置において、読み出し・転送電極を、
トレンチ内に埋め込んだ読み出し電極と、垂直転送部上
部の転送電極とに分離したことを特徴とする。請求項３
記載の固体撮像装置は、請求項１または２記載の固体撮
像装置において、一導電型の埋め込み電荷蓄積層は、一
導電型のフォトダイオード部より不純物濃度を大きくし
たことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided the solid-state image pickup device according to the first aspect.
In the solid-state imaging device described, the read / transfer electrodes are
It is characterized in that a read electrode embedded in the trench and a transfer electrode above the vertical transfer portion are separated. Claim 3
The solid-state imaging device described above is the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the one-conductivity type embedded charge storage layer has an impurity concentration higher than that of the one-conductivity type photodiode portion.
【０００８】請求項４記載の固体撮像装置の製造方法
は、一導電型のフォトダイオード部および一導電型の垂
直転送部をアレイ状に配列した固体撮像装置の製造方法
であって、垂直転送部とフォトダイオード部をアレイ状
に形成した後、前記フォトダイオード部の直下から前記
垂直転送部の下方に渡って一導電型の埋め込み電荷蓄積
層を５００ｋｅＶ以上の高エネルギーイオン注入を用い
て形成し、その後前記垂直転送部の前記フォトダイオー
ド部と反対側に前記垂直転送部と前記埋め込み電荷蓄積
層とが露出するようにトレンチを形成し、その後前記ト
レンチの前記垂直転送部と前記埋め込み電荷蓄積層とが
露出した部分にチャンネル領域を形成し、その後前記ト
レンチ内および前記垂直転送部上に絶縁膜を介してポリ
シリコンからなる読み出し・転送電極を形成することを
特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solid-state image pickup device, which is a method of manufacturing a solid-state image pickup device in which photodiodes of one conductivity type and vertical transfer parts of one conductivity type are arranged in an array. After forming the photodiode part in an array form, a one-conductivity-type embedded charge storage layer is formed from directly below the photodiode part to below the vertical transfer part by using high energy ion implantation of 500 keV or more, Then, a trench is formed on the side of the vertical transfer unit opposite to the photodiode unit so that the vertical transfer unit and the embedded charge storage layer are exposed, and then the vertical transfer unit of the trench and the embedded charge storage layer are formed. A channel region is formed in the exposed portion, and then a reading region made of polysilicon is formed in the trench and on the vertical transfer portion via an insulating film. And forming a put-transfer electrodes.
【０００９】請求項５記載の固体撮像装置の製造方法
は、一導電型のフォトダイオード部および一導電型の垂
直転送部をアレイ状に配列した固体撮像装置の製造方法
であって、フォトダイオード部の直下および前記垂直転
送部の下方となる領域に一導電型の埋め込み電荷蓄積層
を５００ｋｅＶ以上の高エネルギーイオン注入を用いて
形成し、その後前記垂直転送部および前記フォトダイオ
ード部をアレイ状に形成し、その後前記垂直転送部の前
記フォトダイオード部と反対側に前記垂直転送部と前記
埋め込み電荷蓄積層とが露出するようにトレンチを形成
し、その後前記トレンチの前記垂直転送部と前記埋め込
み電荷蓄積層とが露出した部分にチャンネル領域を形成
し、その後前記トレンチ内および前記垂直転送部上に絶
縁膜を介してポリシリコンからなる読み出し・転送電極
を形成することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solid-state image pickup device, in which one conductivity type photodiode section and one conductivity type vertical transfer section are arranged in an array. Directly below and below the vertical transfer portion, an embedded charge storage layer of one conductivity type is formed by high energy ion implantation of 500 keV or more, and then the vertical transfer portion and the photodiode portion are formed in an array. Then, a trench is formed on the side of the vertical transfer unit opposite to the photodiode unit so that the vertical transfer unit and the embedded charge storage layer are exposed, and then the vertical transfer unit and the embedded charge storage of the trench are formed. A channel region is formed in the exposed portion of the layer, and then a polysilicon layer is formed in the trench and on the vertical transfer portion through an insulating film. And forming a read and transfer electrode made of Con.
【００１０】請求項６記載の固体撮像装置の製造方法
は、請求項４または５記載の固体撮像装置の製造方法に
おいて、読み出し・転送電極を形成する代わりに、トレ
ンチ内にポリシリコンを埋め込んで読み出し電極を形成
し、その後垂直転送部上にポリシリコンからなる転送電
極を形成することを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solid-state image pickup device according to the fourth or fifth aspect, wherein instead of forming a read / transfer electrode, polysilicon is embedded in a trench to perform a read operation. An electrode is formed, and then a transfer electrode made of polysilicon is formed on the vertical transfer portion.
【００１１】[0011]
【作用】この発明の構成によれば、一導電型のフォトダ
イオード部と電気的に接続された一導電型の埋め込み電
荷蓄積層をフォトダイオード部の直下から垂直転送部の
下方に渡って形成したことにより、フォトダイオードの
電荷蓄積領域の面積が大きくなるため微細化したフォト
ダイオードで飽和特性を改善することが可能となる。さ
らに、垂直転送部のフォトダイオード部と反対側に設け
たトレンチの垂直転送部と埋め込み電荷蓄積層とが露出
した部分にチャンネル領域を形成し、トレンチ内および
垂直転送部上に読み出し・転送電極を形成したことによ
り、一導電型のフォトダイオード部の直下の深い位置に
形成された埋め込み電荷蓄積層から垂直転送部へ容易に
読み出すことができ、また、埋め込み電荷蓄積層が深い
位置にあるため感度特性の向上を図ることができる。ま
た、垂直転送部の下方に埋め込み電荷蓄積層を形成して
いるため、垂直転送部直下のスミア電荷が発生する領域
が小さく、かつその領域直下に埋め込み電荷蓄積層が形
成されているため、スミア発生が生じてもフォトダイオ
ードにスミア電荷が流れることが可能となるため、スミ
ア特性の向上を図ることが可能となる。According to the structure of the present invention, the one-conductivity-type embedded charge storage layer electrically connected to the one-conductivity-type photodiode section is formed from immediately below the photodiode section to below the vertical transfer section. As a result, the area of the charge storage region of the photodiode becomes large, so that it becomes possible to improve the saturation characteristics of the miniaturized photodiode. Further, a channel region is formed in a portion of the trench provided on the opposite side of the photodiode portion of the vertical transfer portion from which the vertical transfer portion and the embedded charge storage layer are exposed, and a read / transfer electrode is formed in the trench and on the vertical transfer portion. Due to the formation, it is possible to easily read from the embedded charge storage layer formed at a deep position directly under the one conductivity type photodiode section to the vertical transfer section. It is possible to improve the characteristics. In addition, since the embedded charge storage layer is formed below the vertical transfer portion, the area where smear charge is generated directly below the vertical transfer portion is small, and the embedded charge storage layer is formed immediately below that area. Since smear charges can flow to the photodiode even if they occur, the smear characteristic can be improved.
【００１２】さらに、読み出し・転送電極を、トレンチ
内に埋め込んだ読み出し電極と、垂直転送部上部の転送
電極とに分離したことにより、深い埋め込み電荷蓄積層
からの読み出し転送する制御性が向上するとともに、基
板上部の段差が小さくなり、平坦化を図ることができ
る。さらに、一導電型の埋め込み電荷蓄積層は、一導電
型のフォトダイオード部より不純物濃度を大きくしたこ
とにより、深い埋め込み電荷蓄積層から電荷を読み出す
ときの残像特性を改善することができる。Further, by separating the read / transfer electrode into the read electrode buried in the trench and the transfer electrode above the vertical transfer portion, the controllability of read transfer from the deep embedded charge storage layer is improved. As a result, the level difference on the upper part of the substrate becomes smaller, and the flatness can be achieved. Further, the one-conductivity-type embedded charge storage layer has an impurity concentration higher than that of the one-conductivity-type photodiode portion, so that it is possible to improve the afterimage characteristic when the charge is read from the deep buried-charge storage layer.
【００１３】[0013]
【実施例】まず、この発明の第１の実施例について説明
する。図１はこの発明の第１の実施例の固体撮像装置の
構成を示す断面図であり、図２はその製造方法を示す工
程順断面図である。ただし、図１，図２ではポリシリコ
ン電極形成以降に形成する層間絶縁膜および遮光膜等は
示されていない。First, the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state image pickup device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view in order of steps showing the manufacturing method thereof. However, FIGS. 1 and 2 do not show an interlayer insulating film, a light-shielding film, or the like formed after the polysilicon electrode is formed.
【００１４】この固体撮像装置は、図１に示すように、
埋め込みフォトダイオードｎ層（埋め込み電荷蓄積層）
６を、フォトダイオードｎ層（一導電型のフォトダイオ
ード部）５の直下から垂直ＣＣＤｎ+ 層（垂直転送部）
４の下方に渡って形成し、垂直ＣＣＤｎ+ 層４のフォト
ダイオードｎ層５と反対側に、側壁に垂直ＣＣＤｎ+層
４と第２のｐ型ウエル３と埋め込みフォトダイオードｎ
層６とが露出するトレンチ１８（図２参照）を設け、ト
レンチ１８の側壁にチャンネルドープｐ- 層（チャンネ
ル領域）１０を形成し、トレンチ１８内および垂直ＣＣ
Ｄｎ+ 層４上にゲート酸化膜（絶縁膜）１１を介してポ
リシリコン電極（読み出し・転送電極）１２を形成した
ことを特徴とする。This solid-state image pickup device, as shown in FIG.
Embedded photodiode n layer (embedded charge storage layer)
Reference numeral 6 denotes a vertical CCD n + layer (vertical transfer portion) from immediately below the photodiode n layer (one conductivity type photodiode portion) 5.
4, the vertical CCD n + layer 4, the second p-type well 3 and the buried photodiode n are formed on the side wall of the vertical CCD n + layer 4 on the side opposite to the photodiode n layer 5.
A trench 18 (see FIG. 2) exposing the layer 6 is provided, and a channel-doped p − layer (channel region) 10 is formed on a sidewall of the trench 18, and the trench 18 and the vertical CC are formed.
A polysilicon electrode (readout / transfer electrode) 12 is formed on the Dn + layer 4 with a gate oxide film (insulating film) 11 interposed therebetween.
【００１５】この実施例の固体撮像装置の製造方法を図
２を参照しながら説明する。まず、図２（ａ）に示すよ
うに、ｎ型シリコン基板１を使用し、熱拡散法を用いて
第１のｐ型ウエル２、第２のｐ型ウエル３を形成する。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、第２のｐ型ウエル３
内に垂直ＣＣＤｎ+ 層４を形成し、第２のｐ型ウエル３
の横にフォトダイオードｎ層５を形成する。A method of manufacturing the solid-state image pickup device of this embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, the n-type silicon substrate 1 is used, and the first p-type well 2 and the second p-type well 3 are formed by the thermal diffusion method.
Next, as shown in FIG. 2B, the second p-type well 3
A vertical CCD n + layer 4 is formed in the second p-type well 3
A photodiode n layer 5 is formed next to the.
【００１６】つぎに、図２（ｃ）に示すように、第２の
ｐ型ウエル３の直下の領域と、フォトダイオードｎ層５
の直下の領域とを含む領域に、５００ｋｅＶ以上の高エ
ネルギーリンイオン注入を用いて埋め込みフォトダイオ
ードｎ層６を形成する。この埋め込みフォトダイオード
ｎ層６の形成においては、拡散終了時にフォトダイオー
ドｎ層５と不純物原子が混じり合い、一つのｎ層になる
ことが必要であり、埋め込みフォトダイオードｎ層６形
成のリンの加速エネルギーを調整しなくてはいけない。
また、埋め込みフォトダイオードｎ層６の不純物濃度は
フォトダイオードｎ層５の不純物濃度より大きくする必
要がある。また、埋め込みフォトダイオードｎ層６は、
垂直ＣＣＤｎ+ 層４と第２のｐ型ウエル３を介して電気
的に分離していなくてはいけない。なお図２（ｃ）で
は、埋め込みフォトダイオードｎ層６を第２のｐ型ウエ
ル３と同一領域まで形成しているが、垂直ＣＣＤｎ+ 層
４の直下まで形成してあれば良い。その後、酸化膜７を
形成する。Next, as shown in FIG. 2C, the region immediately below the second p-type well 3 and the photodiode n layer 5 are formed.
Implanted photodiode n layer 6 is formed in a region including a region immediately below the region by using high energy phosphorus ion implantation of 500 keV or more. In the formation of the buried photodiode n layer 6, it is necessary that the photodiode n layer 5 and the impurity atoms are mixed with each other at the end of diffusion to form one n layer. You have to adjust your energy.
Further, the impurity concentration of the embedded photodiode n layer 6 needs to be higher than the impurity concentration of the photodiode n layer 5. In addition, the embedded photodiode n layer 6 is
It must be electrically isolated via the vertical CCD n + layer 4 and the second p-type well 3. Although the buried photodiode n layer 6 is formed in the same region as the second p-type well 3 in FIG. 2C, it may be formed just below the vertical CCD n + layer 4. After that, the oxide film 7 is formed.
【００１７】つぎに、図２（ｄ）に示すように、酸化膜
７の上にレジストマスク８を形成し、このレジストマス
ク８を利用して垂直ＣＣＤｎ+ 層４の隣接するフォトダ
イオード部側の一端に、深さが埋め込みフォトダイオー
ドｎ層６が現れる程度のトレンチ１８を形成する。その
後、トレンチ１８内に読み出し側と反対方向の領域に画
素分離用として、ボロンを傾斜角注入法を用いて矢印Ａ
方向から１０13ｃｍ-2程度注入し、ｐ+ 分離層９を形成
する。Next, as shown in FIG. 2 (d), a resist mask 8 is formed on the oxide film 7, and the resist mask 8 is used to expose the adjacent photodiode portion of the vertical CCD n + layer 4. At one end, a trench 18 having a depth such that the buried photodiode n layer 6 appears is formed. After that, boron is used in the region opposite to the readout side in the trench 18 for pixel separation by using the tilt angle implantation method to form an arrow A.
Then, about 10 13 cm -2 is injected from the direction to form the p + separation layer 9.
【００１８】さらに、図２（ｅ）に示すように、埋め込
みフォトダイオードｎ層６から垂直ＣＣＤｎ+ 層４に電
荷を読み出すために、トレンチ１８側壁には、読み出し
電圧制御用としてボロンを傾斜注入法を用いて矢印Ｂ方
向から１０11ｃｍ-2程度注入し、チャンネルドープｐ-
層１０を形成する。その後、図２（ｆ）に示すように、
トレンチ１８形成前に形成した酸化膜７をウエットで除
去し、再度ゲート酸化膜１１を形成した後、減圧ＣＶＤ
法を用いてポリシリコンをトレンチ１８内に堆積し、ド
ライエッチング法を用いてポリシリコン電極１２を形成
する。その後、図２（ｇ）に示すように、ポリシリコン
電極１２をマスクとして、埋め込みフォトダイオードｐ
+ 層１３をボロン注入により形成する。Further, as shown in FIG. 2E, in order to read out the charges from the buried photodiode n layer 6 to the vertical CCD n + layer 4, the side wall of the trench 18 is formed by a gradient implantation method of boron for controlling the read voltage. injected about 10 11 cm -2 from the direction of arrow B by using a channel doped p -
Form layer 10. After that, as shown in FIG.
The oxide film 7 formed before the formation of the trench 18 is removed by wet and the gate oxide film 11 is formed again, and then the low pressure CVD is performed.
Method is used to deposit polysilicon in the trench 18, and the dry etching method is used to form the polysilicon electrode 12. After that, as shown in FIG. 2G, the buried photodiode p is formed using the polysilicon electrode 12 as a mask.
The + layer 13 is formed by boron implantation.
【００１９】以上のようにこの実施例の固体撮像装置
は、埋め込みフォトダイオードｎ層６を通常のフォトダ
イオードｎ層５の直下から垂直ＣＣＤｎ+ 層４の下方に
渡って形成したことにより、フォトダイオードの電荷蓄
積領域の面積が大きくなるため微細化したフォトダイオ
ードで飽和特性を改善することが可能となる。さらに、
垂直ＣＣＤｎ+ 層４の一端に設けたトレンチ１８の側壁
にチャンネルドープｐ-層１０を形成し、トレンチ１８
内および垂直ＣＣＤｎ+ 層４上に読み出し・転送電極の
ポリシリコン電極１２を形成したことにより、深い位置
に形成された埋め込みフォトダイオードｎ層６から垂直
ＣＣＤｎ+ 層４へ電荷を容易に読み出すことができ、ま
た、埋め込みフォトダイオードｎ層６が深い位置にある
ため感度特性の向上を図ることができる。また、垂直Ｃ
ＣＤｎ+ 層４の直下に埋め込みフォトダイオードｎ層６
を形成しているため、垂直ＣＣＤｎ+ 層４直下のスミア
電荷が発生する第２のｐ型ウエル３の領域が小さく、か
つｐ型ウエル３直下に埋め込みフォトダイオードｎ層６
が形成されているため、スミア発生が生じてもフォトダ
イオードにスミア電荷が流れることが可能となるため、
スミア特性の向上を図ることが可能となる。As described above, in the solid-state image pickup device of this embodiment, the embedded photodiode n layer 6 is formed from immediately below the normal photodiode n layer 5 to below the vertical CCD n + layer 4, thereby providing the photodiode. Since the area of the charge storage region becomes large, it is possible to improve the saturation characteristics with a miniaturized photodiode. further,
The channel dope p − layer 10 is formed on the side wall of the trench 18 provided at one end of the vertical CCD n + layer 4, and the trench 18 is formed.
By forming the inner and the polysilicon electrode 12 of the read and transfer electrodes on the vertical CCDn + layer 4, to be read easily charge from the photodiode n layer 6 buried is formed at a deep position in the vertical CCDn + layer 4 Moreover, since the embedded photodiode n layer 6 is located at a deep position, the sensitivity characteristic can be improved. Also, the vertical C
Immediately below the CDn + layer 4, a buried photodiode n layer 6 is formed.
The area of the second p-type well 3 under the vertical CCD n + layer 4 where smear charges are generated is small, and the buried photodiode n-layer 6 is formed immediately below the p-type well 3.
Since smear is formed, smear charge can flow to the photodiode even if smear occurs,
It is possible to improve the smear characteristics.
【００２０】また、埋め込みフォトダイオードｎ層６
は、フォトダイオードｎ層５より不純物濃度を大きくし
たことにより、深い埋め込みフォトダイオードｎ層６か
ら電荷を読み出すときの残像特性を改善することができ
る。つぎに、この発明の第２の実施例について説明す
る。図３はこの発明の第２の実施例の固体撮像装置の構
成を示す断面図であり、図４はその製造方法を示す工程
順断面図である。ただし、図１，図２同様、図３，図４
ではポリシリコン電極形成以降に形成する層間絶縁膜お
よび遮光膜等は示されていない。In addition, the buried photodiode n layer 6
With the impurity concentration higher than that of the photodiode n layer 5, it is possible to improve the afterimage characteristic when the charge is read from the deep buried photodiode n layer 6. Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view in order of steps showing the manufacturing method thereof. However, as in FIGS. 1 and 2, FIGS.
Does not show an interlayer insulating film, a light-shielding film, etc. formed after the polysilicon electrode is formed.
【００２１】この固体撮像装置は、図３に示すように、
図１に示す読み出し・転送電極であるポリシリコン電極
１２を、トレンチ１８内に埋め込んだ読み出し専用の埋
め込みポリシリコン電極（読み出し電極）１５と、垂直
ＣＣＤｎ+ 層４上部の垂直ＣＣＤ部の転送用ポリシリコ
ン電極（転送電極）１７とに分離したことが、第１の実
施例と異なる主要な点である。This solid-state image pickup device, as shown in FIG.
A read-only embedded polysilicon electrode (readout electrode) 15 in which a polysilicon electrode 12 which is a read / transfer electrode shown in FIG. 1 is buried in a trench 18 and a transfer polysilicon of a vertical CCD portion above the vertical CCD n + layer 4. Separation into a silicon electrode (transfer electrode) 17 is a main point different from the first embodiment.
【００２２】この実施例の固体撮像装置の製造方法を図
４を参照しながら説明する。図４（ａ），（ｂ）の工程
は図２（ａ）〜（ｃ）の工程に準じるため、詳細な説明
は上記図２（ａ）〜（ｃ）の説明に準じる。ただし図４
（ｂ）では、図２（ｃ）の酸化膜７の上に窒化膜１４を
堆積している。その後、図４（ｃ）に示すように、酸化
膜７の上にレジストマスク８を形成し、このレジストマ
スク８を利用して垂直ＣＣＤｎ+ 層４の隣接するフォト
ダイオード部側の一端に、深さが埋め込みフォトダイオ
ードｎ層６が現れる程度のトレンチ１８を形成する。そ
の後、トレンチ１８内に読み出し側と反対方向の領域に
画素分離用として、ボロンを傾斜角注入法を用いて矢印
Ａ方向から１０13ｃｍ-2程度注入し、ｐ+ 分離層９を形
成する。A method of manufacturing the solid-state image pickup device of this embodiment will be described with reference to FIG. Since the steps of FIGS. 4A and 4B are based on the steps of FIGS. 2A to 2C, the detailed description is based on the description of FIGS. 2A to 2C. However, Figure 4
In FIG. 2B, the nitride film 14 is deposited on the oxide film 7 of FIG. After that, as shown in FIG. 4C, a resist mask 8 is formed on the oxide film 7, and the resist mask 8 is used to form a depth at one end of the vertical CCD n + layer 4 on the adjacent photodiode portion side. A trench 18 is formed to the extent that the embedded photodiode n layer 6 appears. Thereafter, boron is implanted into the region of the trench 18 in the direction opposite to the readout side in the direction opposite to the readout side by about 10 13 cm −2 from the direction of arrow A using the tilt angle implantation method to form the p + isolation layer 9.
【００２３】さらに、図４（ｄ）に示すように、埋め込
みフォトダイオードｎ層６から垂直ＣＣＤｎ+ 層４に電
荷を読み出すために、トレンチ１８側壁には、読み出し
電圧制御用としてボロンを傾斜注入法を用いて矢印Ｂ方
向から１０11ｃｍ-2程度注入し、チャンネルドープｐ-
層１０を形成する。その後、図４（ｅ）に示すように、
トレンチ１８形成時に使用したレジストマスク８を除去
した後、トレンチ１８内にのみゲート酸化膜１１ａを形
成する。つぎに、トレンチ１８内にポリシリコンを堆積
し、エッチバック法を利用してトレンチ１８内にのみポ
リシリコンを形成する。その後、ポリシリコンの表面を
酸化させてポリシリコン酸化膜１６を形成することによ
り、トレンチ１８内に読み出し専用の埋め込みポリシリ
コン電極１５を形成する。Further, as shown in FIG. 4D, in order to read out the charges from the buried photodiode n layer 6 to the vertical CCD n + layer 4, the side wall of the trench 18 is subjected to the gradient implantation method of boron for controlling the read voltage. injected about 10 11 cm -2 from the direction of arrow B by using a channel doped p -
Form layer 10. Then, as shown in FIG.
After removing the resist mask 8 used when forming the trench 18, the gate oxide film 11 a is formed only in the trench 18. Next, polysilicon is deposited in the trench 18 and polysilicon is formed only in the trench 18 by using the etch back method. Thereafter, the surface of the polysilicon is oxidized to form a polysilicon oxide film 16, thereby forming a read-only buried polysilicon electrode 15 in the trench 18.
【００２４】つぎに、図４（ｆ）に示すように、窒化膜
１４および酸化膜７をウエットで除去した後、再度ゲー
ト酸化膜１１ｂを形成する。その上にポリシリコンを堆
積し、垂直ＣＣＤ部の転送用ポリシリコン電極１７をド
ライエッチング法を利用して形成する。その後、図４
（ｇ）に示すように、垂直ＣＣＤ転送用ポリシリコン電
極１７をマスクとして、埋め込みフォトダイオードｐ+
層１３をボロン注入により形成する。Next, as shown in FIG. 4F, after the nitride film 14 and the oxide film 7 are removed by wet, the gate oxide film 11b is formed again. Polysilicon is deposited thereon, and the transfer polysilicon electrode 17 of the vertical CCD portion is formed by using the dry etching method. After that, FIG.
As shown in (g), the embedded photodiode p + is formed by using the vertical CCD transfer polysilicon electrode 17 as a mask.
Layer 13 is formed by boron implantation.
【００２５】この実施例によれば、第１の実施例の効果
に加え、読み出し・転送電極を、トレンチ１８内に埋め
込んだ読み出し専用の埋め込みポリシリコン電極１５
と、垂直ＣＣＤｎ+ 層４上部の垂直ＣＣＤ部の転送用ポ
リシリコン電極１７とに分離したことにより、トレンチ
１８内のゲート酸化膜１１と垂直ＣＣＤ転送用ポリシリ
コン電極１７を別々に形成でき、深い埋め込みフォトダ
イオードｎ層６からの読み出し転送する制御性が向上す
るとともに、基板上部の段差が小さくなり、平坦化を図
ることができる。According to this embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, a read-only buried polysilicon electrode 15 having a read / transfer electrode buried in a trench 18 is formed.
And the transfer polysilicon electrode 17 of the vertical CCD portion above the vertical CCD n + layer 4 are separated, the gate oxide film 11 in the trench 18 and the vertical CCD transfer polysilicon electrode 17 can be separately formed, and the The controllability of reading and transferring from the embedded photodiode n layer 6 is improved, and the step difference on the upper portion of the substrate is reduced, so that planarization can be achieved.
【００２６】なお、上記第１，第２の実施例において
は、埋め込みフォトダイオードｎ層６を形成するに際
し、垂直ＣＣＤｎ+ 層４とフォトダイオードｎ層５を形
成した後、高エネルギーイオン注入法を利用している
が、垂直ＣＣＤｎ+ 層４とフォトダイオードｎ層５を形
成する前に、埋め込みフォトダイオードｎ層６を高エネ
ルギーイオン注入法を利用して形成しても、同様の構造
を得ることが可能である。In the first and second embodiments, when the buried photodiode n layer 6 is formed, the vertical CCD n + layer 4 and the photodiode n layer 5 are formed, and then the high energy ion implantation method is used. A similar structure can be obtained even if the buried photodiode n layer 6 is formed by using the high energy ion implantation method before the vertical CCD n + layer 4 and the photodiode n layer 5 are formed. Is possible.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上のようにこの発明の固体撮像装置
は、一導電型のフォトダイオード部と電気的に接続され
た一導電型の埋め込み電荷蓄積層をフォトダイオード部
の直下から垂直転送部の下方に渡って形成したことによ
り、フォトダイオードの電荷蓄積領域の面積が大きくな
るため微細化したフォトダイオードで飽和特性を改善す
ることが可能となる。さらに、垂直転送部のフォトダイ
オード部と反対側に設けたトレンチの垂直転送部と埋め
込み電荷蓄積層とが露出した部分にチャンネル領域を形
成し、トレンチ内および垂直転送部上に読み出し・転送
電極を形成したことにより、一導電型のフォトダイオー
ド部の直下の深い位置に形成された埋め込み電荷蓄積層
から垂直転送部へ容易に読み出すことができ、また、埋
め込み電荷蓄積層が深い位置にあるため感度特性の向上
を図ることができる。また、垂直転送部の下方に埋め込
み電荷蓄積層を形成しているため、垂直転送部直下のス
ミア電荷が発生する領域が小さく、かつその領域直下に
埋め込み電荷蓄積層が形成されているため、スミア発生
が生じてもフォトダイオードにスミア電荷が流れること
が可能となるため、スミア特性の向上を図ることが可能
となる。As described above, according to the solid-state image pickup device of the present invention, the one-conductivity type embedded charge storage layer electrically connected to the one-conductivity type photodiode section is provided from directly below the photodiode section to the vertical transfer section. Since it is formed over the lower portion, the area of the charge storage region of the photodiode becomes large, so that it becomes possible to improve the saturation characteristic in the miniaturized photodiode. Further, a channel region is formed in a portion of the trench provided on the opposite side of the photodiode portion of the vertical transfer portion from which the vertical transfer portion and the embedded charge storage layer are exposed, and a read / transfer electrode is formed in the trench and on the vertical transfer portion. Due to the formation, it is possible to easily read from the embedded charge storage layer formed at a deep position directly under the one conductivity type photodiode section to the vertical transfer section. It is possible to improve the characteristics. In addition, since the embedded charge storage layer is formed below the vertical transfer portion, the area where smear charges are generated directly below the vertical transfer portion is small, and the embedded charge storage layer is formed immediately below that area. Since smear charges can flow to the photodiode even if they occur, the smear characteristic can be improved.
【００２８】さらに、読み出し・転送電極を、トレンチ
内に埋め込んだ読み出し電極と、垂直転送部上部の転送
電極とに分離したことにより、深い埋め込み電荷蓄積層
からの読み出し転送する制御性が向上するとともに、基
板上部の段差が小さくなり、平坦化を図ることができ
る。さらに、一導電型の埋め込み電荷蓄積層は、一導電
型のフォトダイオード部より不純物濃度を大きくしたこ
とにより、深い埋め込み電荷蓄積層から電荷を読み出す
ときの残像特性を改善することができる。Further, since the read / transfer electrode is separated into the read electrode buried in the trench and the transfer electrode above the vertical transfer portion, the controllability of read transfer from the deep embedded charge storage layer is improved. As a result, the level difference on the upper part of the substrate becomes smaller, and the flatness can be achieved. Further, the one-conductivity-type embedded charge storage layer has an impurity concentration higher than that of the one-conductivity-type photodiode portion, so that it is possible to improve the afterimage characteristic when the charge is read from the deep buried-charge storage layer.
【図１】この発明の第１の実施例の固体撮像装置の構成
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a solid-state image pickup device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造
方法を示す工程順断面図である。2A to 2D are sectional views in order of the steps, showing the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】この発明の第２の実施例の固体撮像装置の構成
を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a solid-state image pickup device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】この発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造
方法を示す工程順断面図である。FIG. 4 is a sectional view in order of the steps, showing a method for manufacturing a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】従来例の固体撮像装置の製造方法を示す工程順
断面図である。5A to 5C are cross-sectional views in order of the processes, illustrating a method for manufacturing a solid-state imaging device of a conventional example.
１ ｎ型シリコン基板 ２ 第１のｐ型ウエル ３ 第２のｐ型ウエル ４ 垂直ＣＣＤｎ+ 層 ５ フォトダイオードｎ層 ６ 埋め込みフォトダイオードｎ層 ７ 酸化膜 ８ レジストマスク ９ ｐ+ 分離層 １０ チャンネルドープｐ- 層 １１ ゲート酸化膜 １１ａ ゲート酸化膜 １１ｂ ゲート酸化膜 １２ ポリシリコン電極 １３ 埋め込みフォトダイオードｐ+ 層 １４ 窒化膜 １５ 読み出し専用埋め込みポリシリコン電極 １６ ポリシリコン酸化膜 １７ 垂直ＣＣＤ転送用ポリシリコン電極 １８ トレンチ1 n-type silicon substrate 2 first p-type well 3 second p-type well 4 vertical CCD n + layer 5 photodiode n layer 6 buried photodiode n layer 7 oxide film 8 resist mask 9 p + isolation layer 10 channel dope p - the layer 11 a gate oxide film 11a gate oxide film 11b gate oxide film 12 of polysilicon electrodes 13 buried photodiode p + layer 14 nitride film 15 read-only embedded polysilicon electrode 16 polysilicon oxide film 17 vertical CCD transfer polysilicon electrode 18 trench
Claims (6)
導電型の垂直転送部をアレイ状に配列した固体撮像装置
であって、 前記フォトダイオード部と電気的に接続された一導電型
の埋め込み電荷蓄積層を前記フォトダイオード部の直下
から前記垂直転送部の下方に渡って形成し、前記垂直転
送部の前記フォトダイオード部と反対側に前記垂直転送
部と前記埋め込み電荷蓄積層とが露出するトレンチを設
け、前記トレンチの前記垂直転送部と前記埋め込み電荷
蓄積層とが露出した部分にチャンネル領域を形成し、前
記トレンチ内および前記垂直転送部上に絶縁膜を介して
読み出し・転送電極を形成したことを特徴とする固体撮
像装置。1. A solid-state imaging device in which one-conductivity-type photodiode sections and one-conductivity-type vertical transfer sections are arranged in an array, and one-conductivity-type embedded charges electrically connected to the photodiode section. A trench in which a storage layer is formed from directly below the photodiode part to below the vertical transfer part, and the vertical transfer part and the embedded charge storage layer are exposed on a side of the vertical transfer part opposite to the photodiode part. A channel region is formed in a portion of the trench where the vertical transfer portion and the embedded charge storage layer are exposed, and a read / transfer electrode is formed in the trench and on the vertical transfer portion via an insulating film. A solid-state imaging device characterized by the above.
め込んだ読み出し電極と、垂直転送部上部の転送電極と
に分離したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the read / transfer electrode is separated into a read electrode buried in the trench and a transfer electrode above the vertical transfer portion.
電型のフォトダイオード部より不純物濃度を大きくした
ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装
置。3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the one-conductivity type embedded charge storage layer has an impurity concentration higher than that of the one-conductivity type photodiode portion.
導電型の垂直転送部をアレイ状に配列した固体撮像装置
の製造方法であって、 垂直転送部とフォトダイオード部をアレイ状に形成した
後、前記フォトダイオード部の直下から前記垂直転送部
の下方に渡って一導電型の埋め込み電荷蓄積層を５００
ｋｅＶ以上の高エネルギーイオン注入を用いて形成し、
その後前記垂直転送部の前記フォトダイオード部と反対
側に前記垂直転送部と前記埋め込み電荷蓄積層とが露出
するようにトレンチを形成し、その後前記トレンチの前
記垂直転送部と前記埋め込み電荷蓄積層とが露出した部
分にチャンネル領域を形成し、その後前記トレンチ内お
よび前記垂直転送部上に絶縁膜を介してポリシリコンか
らなる読み出し・転送電極を形成することを特徴とする
固体撮像装置の製造方法。4. A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein one conductivity type photodiode section and one conductivity type vertical transfer section are arranged in an array, after the vertical transfer section and the photodiode section are formed in an array shape. , A one-conductivity-type embedded charge storage layer is formed from directly below the photodiode section to below the vertical transfer section.
formed using high energy ion implantation of keV or more,
Then, a trench is formed on the side of the vertical transfer unit opposite to the photodiode unit so that the vertical transfer unit and the embedded charge storage layer are exposed, and then the vertical transfer unit of the trench and the embedded charge storage layer are formed. A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising forming a channel region in an exposed portion of the substrate, and then forming a read / transfer electrode made of polysilicon in the trench and on the vertical transfer portion via an insulating film.
導電型の垂直転送部をアレイ状に配列した固体撮像装置
の製造方法であって、 前記フォトダイオード部の直下および前記垂直転送部の
下方となる領域に一導電型の埋め込み電荷蓄積層を５０
０ｋｅＶ以上の高エネルギーイオン注入を用いて形成
し、その後前記垂直転送部および前記フォトダイオード
部をアレイ状に形成し、その後前記垂直転送部の前記フ
ォトダイオード部と反対側に前記垂直転送部と前記埋め
込み電荷蓄積層とが露出するようにトレンチを形成し、
その後前記トレンチの前記垂直転送部と前記埋め込み電
荷蓄積層とが露出した部分にチャンネル領域を形成し、
その後前記トレンチ内および前記垂直転送部上に絶縁膜
を介してポリシリコンからなる読み出し・転送電極を形
成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。5. A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein one-conductivity-type photodiode sections and one-conductivity-type vertical transfer sections are arranged in an array, and the method directly below the photodiode sections and below the vertical transfer sections. A conductive layer of embedded charge storage layer 50
It is formed by using high-energy ion implantation of 0 keV or more, then the vertical transfer unit and the photodiode unit are formed in an array, and then the vertical transfer unit and the photodiode are formed on the side opposite to the photodiode unit of the vertical transfer unit. A trench is formed to expose the embedded charge storage layer,
After that, a channel region is formed in a portion of the trench where the vertical transfer portion and the embedded charge storage layer are exposed,
Then, a method of manufacturing a solid-state imaging device, characterized in that a read / transfer electrode made of polysilicon is formed in the trench and on the vertical transfer portion via an insulating film.
に、前記トレンチ内にポリシリコンを埋め込んで読み出
し電極を形成し、その後前記垂直転送部上にポリシリコ
ンからなる転送電極を形成することを特徴とする請求項
４または５記載の固体撮像装置の製造方法。6. Instead of forming a read / transfer electrode, polysilicon is buried in the trench to form a read electrode, and then a transfer electrode made of polysilicon is formed on the vertical transfer portion. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4 or 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7057092A JPH08255888A (en) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | Solid state image sensor and fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7057092A JPH08255888A (en) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | Solid state image sensor and fabrication thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255888A true JPH08255888A (en) | 1996-10-01 |
Family
ID=13045869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7057092A Pending JPH08255888A (en) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | Solid state image sensor and fabrication thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08255888A (en) |
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-
1995
- 1995-03-16 JP JP7057092A patent/JPH08255888A/en active Pending
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