JPH0897392A - Ccd solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
Ccd solid-state imaging device and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ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 CCD solid-state image pickup device and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】以下、従来のＣＣＤ固体撮像装置につい
て説明する。2. Description of the Related Art A conventional CCD solid-state image pickup device will be described below.
【０００３】図５は、従来のＣＣＤ固体撮像装置の断面
構造を示している。図５において、１１はｎ型半導体基
板、１２はｎ型半導体基板１１の表面部に形成された第
１のｐ型ウェル領域、１３はｎ型拡散層、１４はノイズ
低減用ｐ型拡散層、１５は第２のｐ型ウェル領域、１６
はｎ型ウェル領域、１７は分離用ｐ型拡散層、１８はゲ
ート酸化膜、１９はゲート電極、２０は遮光膜、２１は
アルミ遮光部、２２は保護膜であって、第１のｐ型ウェ
ル領域１２およびｎ型拡散層１３によって、光電変換を
行い信号電荷を生成するフォトダイオード部が構成さ
れ、第２のｐ型ウェル領域１５およびｎ型ウェル領域１
６によって、信号電荷を転送する電荷転送部が構成され
ている。FIG. 5 shows a sectional structure of a conventional CCD solid-state image pickup device. In FIG. 5, 11 is an n-type semiconductor substrate, 12 is a first p-type well region formed on the surface of the n-type semiconductor substrate 11, 13 is an n-type diffusion layer, 14 is a noise reducing p-type diffusion layer, 15 is a second p-type well region, 16
Is an n-type well region, 17 is a p-type diffusion layer for separation, 18 is a gate oxide film, 19 is a gate electrode, 20 is a light-shielding film, 21 is an aluminum light-shielding portion, and 22 is a protective film. The well region 12 and the n-type diffusion layer 13 constitute a photodiode section that performs photoelectric conversion to generate a signal charge, and the second p-type well region 15 and the n-type well region 1 are formed.
6 constitutes a charge transfer section for transferring the signal charge.
【０００４】以下、前記のように構成されたＣＣＤ固体
撮像装置の動作を説明する。ノイズ低減用ｐ型拡散層１
４の上方から光が入射すると、ノイズ低減用ｐ型拡散層
１４、ｎ型拡散層１３および第１のｐ型ウェル領域１２
において光電変換がおこなわれ、電子・ホール対が発生
する。発生した電子は、前記フォトダイオード部のｎ型
拡散層１３に集まり、信号電荷として蓄積される。次
に、ゲート電極１９にパルス信号が印加されると、信号
電荷は、前記電荷転送部のｎ型ウェル領域１６に読み出
された後、外部取り出し段まで転送され、外部に取り出
される。これにより、各ＣＣＤ固体撮像素子に入射した
光の強度を判定することができる。The operation of the CCD solid-state image pickup device constructed as described above will be described below. Noise reduction p-type diffusion layer 1
When light enters from above 4, the noise reduction p-type diffusion layer 14, the n-type diffusion layer 13, and the first p-type well region 12 are formed.
At, photoelectric conversion is performed, and electron-hole pairs are generated. The generated electrons gather in the n-type diffusion layer 13 of the photodiode section and are accumulated as signal charges. Next, when a pulse signal is applied to the gate electrode 19, the signal charges are read out to the n-type well region 16 of the charge transfer section, transferred to the external extraction stage, and taken out to the outside. This makes it possible to determine the intensity of light incident on each CCD solid-state image sensor.
【０００５】ここで、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４は、
ＣＣＤ固体撮像装置製造の際に基板表面付近に形成され
た欠陥によるノイズを低減するためのものであり、ｎ型
拡散層１３の上にｐ型拡散層を形成することによって、
ｎ型拡散層１３の上部が空乏化することを防いでいる。
ノイズ低減用ｐ型拡散層１４は、ゲート電極１９をマス
クとしてイオン注入を行うことにより形成される。Here, the noise reducing p-type diffusion layer 14 is
This is for reducing noise due to defects formed in the vicinity of the surface of the substrate when the CCD solid-state imaging device is manufactured. By forming the p-type diffusion layer on the n-type diffusion layer 13,
The upper part of the n-type diffusion layer 13 is prevented from being depleted.
The noise reducing p-type diffusion layer 14 is formed by performing ion implantation using the gate electrode 19 as a mask.
【０００６】ノイズ低減用ｐ型拡散層１４の形成におい
て留意すべき点は２つある。There are two points to be noted in forming the p-type diffusion layer 14 for noise reduction.
【０００７】１つは、不純物濃度をあまり高くしてはい
けないということである。ノイズ低減用ｐ型拡散層１４
の不純物濃度が高いときには、ホール濃度も高くなり、
このため、ホールと光電変換により発生した電子とが再
結合する確率が増大するので、信号電荷の消滅が起こり
やすくなる。これによって、ＣＣＤ固体撮像装置の光感
度が低下する。One is that the impurity concentration should not be too high. P-type diffusion layer 14 for noise reduction
When the impurity concentration of is high, the hole concentration is also high,
For this reason, the probability of recombination of holes and electrons generated by photoelectric conversion increases, so that the disappearance of signal charges easily occurs. This reduces the photosensitivity of the CCD solid-state image pickup device.
【０００８】特に短波長領域においては、吸収係数が大
きいので、ほとんどすべての光子が、ｎ型拡散層１３ま
で達することなくノイズ低減用ｐ型拡散層１４内におい
て光電変換される。したがって、ノイズ低減用ｐ型拡散
層１４の不純物濃度が高いと、大部分の信号電荷が消滅
してしまうことになり、短波長領域における光感度が著
しく低下する。Especially in the short wavelength region, since the absorption coefficient is large, almost all photons are photoelectrically converted in the noise reducing p-type diffusion layer 14 without reaching the n-type diffusion layer 13. Therefore, if the impurity concentration of the noise reducing p-type diffusion layer 14 is high, most of the signal charge will be lost, and the photosensitivity in the short wavelength region will be significantly reduced.
【０００９】もう１つは、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４
は基板表面に形成される欠陥の分布位置よりも十分深く
形成されていなければならないということである。も
し、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４が十分深く形成されて
いなければ、欠陥の存在する領域は空乏化し、ノイズが
低減できない。The other is a p-type diffusion layer 14 for noise reduction.
Means that it must be formed sufficiently deeper than the distribution position of defects formed on the substrate surface. If the noise reducing p-type diffusion layer 14 is not formed sufficiently deep, the region where the defect exists is depleted and the noise cannot be reduced.
【００１０】以上説明したように、ノイズ低減用ｐ型拡
散層１４が低濃度でかつ深い構造を有していることが、
高感度かつ低ノイズのＣＣＤ固体撮像装置を実現するた
めの条件となる。As explained above, the noise reducing p-type diffusion layer 14 has a low concentration and a deep structure.
This is a condition for realizing a CCD solid-state imaging device with high sensitivity and low noise.
【００１１】イオン注入法では、ドーズ量と注入エネル
ギーによって、形成する不純物拡散層の不純物濃度と深
さとを調整することができる。したがって、低濃度でか
つ深い構造を有する不純物拡散層を形成するためには、
低ドーズかつ高注入エネルギーのイオン注入を行えばよ
い。In the ion implantation method, the impurity concentration and depth of the impurity diffusion layer to be formed can be adjusted by the dose amount and the implantation energy. Therefore, in order to form an impurity diffusion layer having a low concentration and a deep structure,
Ion implantation with low dose and high implantation energy may be performed.
【００１２】従来の技術においては、ドーズ量６×１０
13／ｃｍ2 程度、注入エネルギー５０ｋｅＶ程度の条件
でボロンを注入することにより、低濃度でかつ深い構造
を有するノイズ低減用ｐ型拡散層１４を形成するという
方法がとられている。In the prior art, the dose amount is 6 × 10.
A method of forming a noise reducing p-type diffusion layer 14 having a low concentration and a deep structure by implanting boron under the conditions of about 13 / cm 2 and an implantation energy of about 50 keV is adopted.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】ノイズ低減用ｐ型拡散
層１４が欠陥の分布位置に対して十分深く形成されてい
る場合、光感度の面から考えると、その不純物濃度はで
きるだけ低いほうがよいということになる。When the noise reducing p-type diffusion layer 14 is formed sufficiently deep with respect to the defect distribution position, the impurity concentration should be as low as possible from the viewpoint of photosensitivity. It will be.
【００１４】しかしながら、前記従来技術において、ノ
イズ低減用ｐ型拡散層１４の不純物濃度を下げるために
前記条件よりもドーズ量を減らしてボロンを注入する
と、スミアの増大という新たな問題が発生する。However, in the above-mentioned prior art, if boron is implanted with a lower dose than the above conditions in order to reduce the impurity concentration of the p-type diffusion layer 14 for noise reduction, a new problem of smearing occurs.
【００１５】図６は、前記条件よりもドーズ量を減らし
てボロンを注入したときの、ノイズ低減用ｐ型拡散層１
４における基板深さ方向の内部特性を示しており、図５
のＤ−Ｅ線における状態を示している。図６において、
ａはゲート酸化膜１９とノイズ低減用ｐ型拡散層１４と
の境界、ｂはノイズ低減用ｐ型拡散層１４とｎ型拡散層
１３との境界である。以下、ａの位置を受光面と呼ぶ。FIG. 6 shows a noise-reducing p-type diffusion layer 1 when boron is injected with a dose amount smaller than the above conditions.
4 shows the internal characteristics in the substrate depth direction in FIG.
The state on the D-E line of is shown. In FIG.
a is a boundary between the gate oxide film 19 and the noise reducing p-type diffusion layer 14, and b is a boundary between the noise reducing p-type diffusion layer 14 and the n-type diffusion layer 13. Hereinafter, the position of a will be referred to as the light receiving surface.
【００１６】この場合、基板深さ方向の不純物濃度分布
は、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４内において正のピーク
をもつ。したがって、ホール濃度分布もノイズ低減用ｐ
型拡散層１４内において正のピークをもつ。この結果、
ホールの拡散電位差により、受光時の電位分布は負のピ
ークをもつことになる。すなわち、受光面近傍におい
て、受光時の電位分布は負の勾配をもつ。In this case, the impurity concentration distribution in the substrate depth direction has a positive peak in the noise reducing p-type diffusion layer 14. Therefore, the hole concentration distribution is also p for noise reduction.
It has a positive peak in the mold diffusion layer 14. As a result,
Due to the difference in diffusion potential of the holes, the potential distribution at the time of receiving light has a negative peak. That is, in the vicinity of the light receiving surface, the potential distribution at the time of receiving light has a negative gradient.
【００１７】この電位分布により、受光面近傍において
光電変換により発生した電子は、基板深さ方向に移動し
にくくなり、受光面近傍に留ってしまう。受光面近傍に
留った電子は、やがて拡散によって受光面近傍を横方向
に移動し、電荷転送部のｎ型ウェル領域１６まで到達す
る。この電子は、いわゆるスミア現象の原因となるもの
であり、スミアの増大が起こる。Due to this potential distribution, electrons generated by photoelectric conversion in the vicinity of the light receiving surface are less likely to move in the depth direction of the substrate and remain near the light receiving surface. The electrons remaining near the light receiving surface laterally move near the light receiving surface due to diffusion and reach the n-type well region 16 of the charge transfer portion. These electrons cause the so-called smear phenomenon, and smear increases.
【００１８】以上説明したように、従来の技術では、ノ
イズ低減用ｐ型拡散層１４をさらに低濃度化しようとす
ると、スミアの増大という問題を招いてしまう。このた
め、さらなる光感度の向上が実現できないことになる。As described above, according to the conventional technique, if the concentration of the noise reducing p-type diffusion layer 14 is further reduced, the smear increases. Therefore, further improvement in photosensitivity cannot be realized.
【００１９】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
もので、従来どおりノイズを低減させたまま、スミアの
増大をひきおこすことなく光感度のさらなる向上を実現
できるＣＣＤ固体撮像装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and a CCD solid-state image pickup device and its manufacturing method capable of realizing further improvement of photosensitivity without causing increase of smear while reducing noise as in the conventional case. The purpose is to provide.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、ＣＣＤ固体撮像装置のノイズ低減用ｐ型
拡散層を、不純物濃度が相対的に高い受光面側の領域と
不純物濃度が相対的に低いフォトダイオード部側の領域
とから構成することにより、ノイズ低減用ｐ型拡散層内
における不純物濃度分布が正のピークをもたないように
し、受光面近傍において受光時の電位分布が負の勾配を
もたないようにするものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a noise reduction p-type diffusion layer of a CCD solid-state image pickup device with a light receiving surface side region having a relatively high impurity concentration and an impurity concentration. And a region on the side of the photodiode portion where P is relatively low, so that the impurity concentration distribution in the p-type diffusion layer for noise reduction does not have a positive peak, and the potential distribution at the time of light reception near the light receiving surface. Ensures that there is no negative slope.
【００２１】具体的に請求項１の発明が講じた手段は、
ｎ型不純物拡散層を有し光電変換により信号電荷を生成
するフォトダイオード部と、信号電荷を転送する電荷転
送部と、前記フォトダイオード部のｎ型不純物拡散層の
上に形成されノイズを低減するためのノイズ低減用ｐ型
不純物拡散層とを備えたＣＣＤ固体撮像装置を前提と
し、前記ノイズ低減用ｐ型不純物拡散層は、受光面側に
形成された不純物濃度が相対的に高い高濃度領域とフォ
トダイオード部側に形成された不純物濃度が相対的に低
い低濃度領域とからなる構成とするものである。Specifically, the means taken by the invention of claim 1 is as follows.
A photodiode section having an n-type impurity diffusion layer for generating signal charges by photoelectric conversion, a charge transfer section for transferring the signal charges, and a noise formed on the n-type impurity diffusion layer of the photodiode section to reduce noise. Assuming a CCD solid-state image pickup device including a noise reducing p-type impurity diffusion layer, the noise reducing p-type impurity diffusion layer has a high concentration region formed on the light-receiving surface side and having a relatively high impurity concentration. And a low concentration region having a relatively low impurity concentration formed on the photodiode portion side.
【００２２】請求項２の発明は、請求項１の発明に係る
固体撮像装置の製造方法であって、具体的には、ｎ型不
純物拡散層を有し光電変換により信号電荷を生成するフ
ォトダイオード部と、信号電荷を転送する電荷転送部
と、前記フォトダイオード部のｎ型不純物拡散層の上に
形成されノイズを低減するためのノイズ低減用ｐ型不純
物拡散層とを備えたＣＣＤ固体撮像装置の製造方法を対
象とし、前記フォトダイオード部のｎ型不純物拡散層
に、ドーズ量が相対的に低く注入エネルギーが相対的に
高い第１のイオン注入と、ドーズ量が相対的に高く注入
エネルギーが相対的に低い第２のイオン注入とを行うこ
とにより、前記フォトダイオード部のｎ型不純物拡散層
の上に、受光面側に位置する不純物濃度が相対的に高い
高濃度領域とフォトダイオード部側に位置する不純物濃
度が相対的に低い低濃度領域とからなるノイズ低減用ｐ
型拡散層を形成する工程を備えている構成とするもので
ある。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solid-state image pickup device according to the first aspect of the present invention. Specifically, a photodiode having an n-type impurity diffusion layer and generating a signal charge by photoelectric conversion is provided. Solid-state image pickup device including a charge transfer part for transferring signal charges, and a noise reducing p-type impurity diffusion layer formed on the n-type impurity diffusion layer of the photodiode part for reducing noise. And a first ion implantation with a relatively low dose amount and a relatively high implantation energy, and an implantation energy with a relatively high dose amount into the n-type impurity diffusion layer of the photodiode section. By performing the relatively low second ion implantation, a high-concentration region with a relatively high impurity concentration located on the light-receiving surface side is formed on the n-type impurity diffusion layer of the photodiode portion, and the photodiode region. Noise reduction p impurity concentration located at the diode portion is composed of a relatively lower low concentration region
The configuration includes a step of forming a mold diffusion layer.
【００２３】請求項３の発明は、請求項２の発明の構成
に、前記第１のイオン注入は、ドーズ量が４×１０12／
ｃｍ2 〜２×１０13／ｃｍ2 、注入エネルギーが８０ｋ
ｅＶ〜１４０ｋｅＶの条件でボロンを用いて行い、前記
第２のイオン注入は、ドーズ量が３×１０13／ｃｍ2 〜
１０14／ｃｍ2 、注入エネルギーが３０ｋｅＶ〜５０ｋ
ｅＶの条件でボロンを用いて行う構成を付加するもので
ある。According to a third aspect of the present invention, in addition to the structure of the second aspect, the first ion implantation has a dose amount of 4 × 10 12 /
cm 2 to 2 × 10 13 / cm 2 , implantation energy is 80 k
The second ion implantation is performed under the condition of eV to 140 keV using boron, and the dose amount of the second ion implantation is 3 × 10 13 / cm 2 to
10 14 / cm 2 , implantation energy 30 keV to 50 k
A configuration is added in which boron is used under the condition of eV.
【００２４】[0024]
【作用】請求項１の構成により、ノイズ低減用ｐ型拡散
層は、受光面側に位置する不純物濃度が相対的に高い高
濃度領域とフォトダイオード部側に位置する不純物濃度
が相対的に低い低濃度領域とから構成されるので、ノイ
ズ低減用ｐ型拡散層内の不純物濃度分布は正のピークを
もつことはない。According to the structure of the present invention, in the noise reducing p-type diffusion layer, the high-concentration region having a relatively high impurity concentration located on the light-receiving surface side and the relatively low impurity concentration located on the photodiode portion side. Since it is composed of a low concentration region, the impurity concentration distribution in the noise reducing p-type diffusion layer does not have a positive peak.
【００２５】このため、光感度を向上するためにノイズ
低減用ｐ型拡散層の不純物濃度をさらに低くしても、受
光時の電位分布は負のピークをもつことはない。すなわ
ち、受光面近傍において、受光時の電位分布はかならず
正の勾配をもつ。このことにより、スミアの増大が抑制
される。Therefore, even if the impurity concentration of the noise reducing p-type diffusion layer is further lowered in order to improve the photosensitivity, the potential distribution at the time of receiving light does not have a negative peak. That is, in the vicinity of the light receiving surface, the potential distribution at the time of receiving light always has a positive gradient. This suppresses the increase in smear.
【００２６】また、欠陥位置に対しては十分に深いノイ
ズ低減用ｐ型拡散層が形成されるので、従来どおりノイ
ズを低減することができる。Further, since the p-type diffusion layer for noise reduction which is deep enough is formed at the defect position, noise can be reduced as in the conventional case.
【００２７】請求項２の構成により、フォトダイオード
部のｎ型不純物拡散層に、ドーズ量が相対的に低く注入
エネルギーが相対的に高い第１のイオン注入と、ドーズ
量が相対的に高く注入エネルギーが相対的に低い第２の
イオン注入とを行うので、受光面側に位置する不純物濃
度が相対的に高い高濃度領域とフォトダイオード部側に
位置する不純物濃度が相対的に低い低濃度領域とからな
るノイズ低減用ｐ型拡散層が形成される。According to the structure of the second aspect, the first ion implantation with the relatively low dose amount and the relatively high implantation energy and the implantation with the relatively high dose amount are implanted into the n-type impurity diffusion layer of the photodiode portion. Since the second ion implantation with relatively low energy is performed, a high concentration region with a relatively high impurity concentration located on the light receiving surface side and a low concentration region with a relatively low impurity concentration located on the photodiode portion side. A p-type diffusion layer for noise reduction is formed.
【００２８】請求項３の構成により、ドーズ量が４×１
０12／ｃｍ2 〜２×１０13／ｃｍ2、注入エネルギーが
８０ｋｅＶ〜１４０ｋｅＶの条件でボロンを用いて第１
のイオン注入を行い、ドーズ量が３×１０13／ｃｍ2 〜
１０14／ｃｍ2 、注入エネルギーが３０ｋｅＶ〜５０ｋ
ｅＶの条件でボロンを用いて第２のイオン注入を行うの
で、受光面側に位置する不純物濃度が相対的に高い高濃
度領域とフォトダイオード部側に位置する不純物濃度が
相対的に低い低濃度領域とからなるノイズ低減用ｐ型拡
散層が確実に形成される。According to the structure of claim 3, the dose amount is 4 × 1.
0 12 / cm 2 to 2 × 10 13 / cm 2 and the implantation energy is 80 keV to 140 keV.
Ion implantation is performed, and the dose amount is 3 × 10 13 / cm 2 ~
10 14 / cm 2 , implantation energy 30 keV to 50 k
Since the second ion implantation is performed using boron under the condition of eV, a high concentration region having a relatively high impurity concentration located on the light receiving surface side and a low concentration having a relatively low impurity concentration located on the photodiode portion side. The p-type diffusion layer for noise reduction consisting of the region is reliably formed.
【００２９】[0029]
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３０】図１は、本発明の一実施例に係るＣＣＤ固
体撮像装置の断面構造を示している。図１において、１
１はｎ型半導体基板、１２はｎ型半導体基板１１の表面
部に形成された第１のｐ型ウェル領域、１３はｎ型拡散
層、１４はノイズ低減用ｐ型拡散層、１５は第２のｐ型
ウェル領域、１６はｎ型ウェル領域、１７は分離用ｐ型
拡散層、１８はゲート酸化膜、１９はゲート電極、２０
は遮光膜、２１はアルミ遮光部、２２は保護膜であっ
て、第１のｐ型ウェル領域１２およびｎ型拡散層１３に
よって、光電変換を行い信号電荷を生成するフォトダイ
オード部が構成され、第２のｐ型ウェル領域１５および
ｎ型ウェル領域１６によって、信号電荷を転送する電荷
転送部が構成されている。FIG. 1 shows a sectional structure of a CCD solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1
1 is an n-type semiconductor substrate, 12 is a first p-type well region formed on the surface of the n-type semiconductor substrate 11, 13 is an n-type diffusion layer, 14 is a noise reducing p-type diffusion layer, and 15 is a second P-type well region, 16 n-type well region, 17 p-type diffusion layer for isolation, 18 gate oxide film, 19 gate electrode, 20
Is a light-shielding film, 21 is an aluminum light-shielding portion, and 22 is a protective film. The first p-type well region 12 and the n-type diffusion layer 13 constitute a photodiode portion for performing photoelectric conversion to generate a signal charge, The second p-type well region 15 and the n-type well region 16 form a charge transfer unit that transfers signal charges.
【００３１】ノイズ低減用ｐ型拡散層１４は、ＣＣＤ固
体撮像装置の製造時に基板表面付近に形成される欠陥に
よるノイズを低減するためのものであって、本実施例の
特徴として、受光面側に位置する不純物濃度が相対的に
高い高濃度領域１４ａとｎ型拡散層１３側に位置する不
純物濃度が相対的に低い低濃度領域１４ｂとからなる。The noise reducing p-type diffusion layer 14 is for reducing noise due to defects formed near the surface of the substrate during the manufacture of the CCD solid-state image pickup device. A high-concentration region 14a having a relatively high impurity concentration and a low-concentration region 14b having a relatively low impurity concentration located on the n-type diffusion layer 13 side.
【００３２】図２は、図１のＡ−Ｂ−Ｃ線における不純
物濃度分布を示している。図２において、３０はノイズ
低減用ｐ型拡散層１４の高濃度領域１４ａに、３１はノ
イズ低減用ｐ型拡散層１４の低濃度領域１４ｂに、３２
はｎ型拡散層１３に、３３は第１のｐ型ウェル領域１２
に、それぞれ対応している。FIG. 2 shows the impurity concentration distribution along the line ABC in FIG. In FIG. 2, 30 is a high concentration region 14 a of the noise reducing p-type diffusion layer 14, 31 is a low concentration region 14 b of the noise reducing p-type diffusion layer 14, and 32.
Is the n-type diffusion layer 13 and 33 is the first p-type well region 12
, Respectively.
【００３３】また、図３は、図１のＡ−Ｂ線における、
不純物濃度、ホール濃度および受光時の電位の分布を示
している。図２および図３において、ａはゲート酸化膜
１９とノイズ低減用ｐ型拡散層１４との境界すなわち受
光面を示し、ｂはノイズ低減用ｐ型拡散層１４とｎ型拡
散層１３との境界を示している。Further, FIG. 3 shows a line A-B in FIG.
The distributions of the impurity concentration, the hole concentration, and the potential when receiving light are shown. 2 and 3, a indicates a boundary between the gate oxide film 19 and the noise reducing p-type diffusion layer 14, that is, a light-receiving surface, and b indicates a boundary between the noise reducing p-type diffusion layer 14 and the n-type diffusion layer 13. Is shown.
【００３４】本実施例において、ノイズ低減用ｐ型拡散
層１４における基板深さ方向の不純物濃度は、図２およ
び図３に示すように、受光面付近で最も高く、内部に向
かうにしたがって次第に低くなる。受光面側に高濃度領
域１４ａを形成したことにより、不純物濃度はノイズ低
減用ｐ型拡散層１４内において正のピークをもつことは
なく、あくまでも受光面直近で最大となる。In this embodiment, the impurity concentration of the noise reducing p-type diffusion layer 14 in the depth direction of the substrate is highest near the light receiving surface and gradually lowers toward the inside, as shown in FIGS. Become. By forming the high-concentration region 14a on the light receiving surface side, the impurity concentration does not have a positive peak in the noise reducing p-type diffusion layer 14 and is maximized in the immediate vicinity of the light receiving surface.
【００３５】このため、ホール濃度分布も受光面直近で
最大となり、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４内において正
のピークをもたない。この結果、受光時の電位分布は、
ホールの拡散電位差のために、受光面直近で最小となり
受光面近傍において常に正の勾配をもつ。For this reason, the hole concentration distribution also becomes maximum near the light receiving surface, and has no positive peak in the noise reducing p-type diffusion layer 14. As a result, the potential distribution when receiving light is
Due to the diffusion potential difference of the holes, it becomes minimum near the light receiving surface and always has a positive gradient in the vicinity of the light receiving surface.
【００３６】したがって、受光面近傍で光電変換により
発生した電子は、フォトダイオード部へ容易に移動する
ことができ、受光面近傍にとどまる確率は大幅に減少す
る。すなわち、スミア現象を抑制することができる。Therefore, the electrons generated by photoelectric conversion near the light receiving surface can easily move to the photodiode portion, and the probability of staying near the light receiving surface is greatly reduced. That is, the smear phenomenon can be suppressed.
【００３７】光感度を向上させるためにノイズ低減用ｐ
型拡散層１４の不純物濃度をさらに下げる場合でも、高
濃度領域１４ａと低濃度領域１４ｂとの、それぞれの濃
度と深さとを調整して、図２および図３に示すような、
正のピークを持たない不純物濃度分布を保っておけば、
スミアの増大をひきおこすことはない。また、欠陥の分
布位置に対してノイズ低減用ｐ型拡散層１４を充分深く
形成できるので、従来どおりノイズも低減できる。In order to improve the photosensitivity, noise reduction p
Even when the impurity concentration of the type diffusion layer 14 is further lowered, as shown in FIGS. 2 and 3, the respective concentrations and depths of the high concentration region 14a and the low concentration region 14b are adjusted.
If you keep the impurity concentration distribution without positive peak,
It does not cause an increase in smear. Further, since the noise reducing p-type diffusion layer 14 can be formed sufficiently deep with respect to the defect distribution position, noise can be reduced as in the conventional case.
【００３８】したがって、本実施例により、スミアの増
大をひきおこすことなく、また従来どおりノイズも低減
したまま、ＣＣＤ固体撮像装置の光感度をさらに向上さ
せることが可能になる。Therefore, according to the present embodiment, it is possible to further improve the photosensitivity of the CCD solid-state image pickup device without causing an increase in smear and while reducing noise as in the conventional case.
【００３９】以下、前記構造の固体撮像装置の製造方法
におけるノイズ低減用ｐ型拡散層１４の形成工程につい
て説明する。The steps of forming the noise reducing p-type diffusion layer 14 in the method of manufacturing the solid-state image pickup device having the above structure will be described below.
【００４０】図４（ａ）は、ノイズ低減用ｐ型拡散層１
４を形成するためボロン注入を行う直前のＣＣＤ固体撮
像装置の断面構造を示している。ｎ型半導体基板１１の
上に、第１のｐ型ウェル領域１２、ｎ型拡散層１３、第
２のｐ型ウェル領域１５、ｎ型ウェル領域１６、分離用
ｐ型拡散層１７、ゲート酸化膜１８およびゲート電極１
９が、すでに形成されている。FIG. 4A shows a p-type diffusion layer 1 for noise reduction.
4 shows a cross-sectional structure of the CCD solid-state imaging device immediately before performing boron implantation to form No. 4. On the n-type semiconductor substrate 11, the first p-type well region 12, the n-type diffusion layer 13, the second p-type well region 15, the n-type well region 16, the isolation p-type diffusion layer 17, and the gate oxide film. 18 and gate electrode 1
9 has already been formed.
【００４１】ノイズ低減用ｐ型拡散層１４の形成工程と
しては、ゲート電極１９をマスクとしてボロンを用いた
イオン注入を２回行った後、９００℃〜１１００℃の熱
処理を行うことにより、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４を
形成する。図４（ｂ）は、この工程直後のＣＣＤ固体撮
像装置の断面構造を示している。受光面側に高濃度領域
１４ａが、フォトダイオード部側に低濃度領域１４ｂが
形成される。In the step of forming the p-type diffusion layer 14 for noise reduction, ion implantation using boron is performed twice using the gate electrode 19 as a mask, and then heat treatment at 900 ° C. to 1100 ° C. is performed to reduce noise. The p-type diffusion layer 14 is formed. FIG. 4B shows a sectional structure of the CCD solid-state imaging device immediately after this step. A high concentration region 14a is formed on the light receiving surface side, and a low concentration region 14b is formed on the photodiode portion side.
【００４２】２回のイオン注入は、ドーズ量：４×１０
12／ｃｍ2 〜２×１０13／ｃｍ2 、注入エネルギー：８
０ｋｅＶ〜１４０ｋｅＶの条件による第１のイオン注入
と、ドーズ量：３×１０13／ｃｍ2 〜１０14／ｃｍ2 、
注入エネルギー：３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶの条件による
第２のイオン注入とからなる。なお、このイオン注入の
条件範囲は、ゲート酸化膜１８の膜厚が３０ｎｍ〜１０
０ｎｍの範囲内で、ノイズ低減用ｐ型拡散層１４の高濃
度領域１４ａが基板表面から内部側へ０．１μｍ〜０．
３μｍ程度の深さまで到達し、ノイズ低減用ｐ型拡散層
１４の低濃度領域１４ｂが基板表面から内部側へ０．４
μｍ〜０．７μｍ程度の深さまで到達するように、シミ
ュレーションおよび実験により最適化したものである。Dose amount: 4 × 10 2 times of ion implantation
12 / cm 2 to 2 × 10 13 / cm 2 , implantation energy: 8
First ion implantation under the conditions of 0 keV to 140 keV, and a dose amount: 3 × 10 13 / cm 2 to 10 14 / cm 2 ,
Implantation energy: Second ion implantation under the condition of 30 keV to 50 keV. The condition range of this ion implantation is that the thickness of the gate oxide film 18 is 30 nm to 10 nm.
Within the range of 0 nm, the high-concentration region 14a of the noise reduction p-type diffusion layer 14 extends from the substrate surface to the inside from 0.1 μm to 0.
The depth of about 3 μm is reached, and the low-concentration region 14b of the noise reducing p-type diffusion layer 14 is 0.4 from the substrate surface to the inside.
It is optimized by simulation and experiment so as to reach a depth of about μm to 0.7 μm.
【００４３】ノイズ低減用ｐ型拡散層１４を形成した
後、遮光膜２０、アルミ遮光部２１および保護膜２２を
形成し、ＣＣＤ固体撮像装置を完成する。図４（ｃ）
は、完成したＣＣＤ固体撮像装置の断面構造を示してい
る。After the p-type diffusion layer 14 for noise reduction is formed, the light shielding film 20, the aluminum light shielding portion 21 and the protective film 22 are formed to complete the CCD solid state image pickup device. Figure 4 (c)
Shows a sectional structure of the completed CCD solid-state imaging device.
【００４４】[0044]
【発明の効果】請求項１の発明に係るＣＣＤ固体撮像装
置によると、装置製造時にできる欠陥によるノイズを低
減するためのノイズ低減用ｐ型拡散層を、受光面側に位
置する不純物濃度の相対的に高い高濃度領域とフォトダ
イオード部側に位置する不純物濃度の相対的に低い低濃
度領域とから構成したため、受光面直近の不純物濃度が
必ず最大になり、受光時の電位分布は受光面近傍におい
て常に正の勾配をもつため、光電変換により発生した電
子がフォトダイオードｎ型拡散層へ移動しやすくなり、
拡散によりスミア成分となる確率は小さくなる。According to the CCD solid-state image pickup device of the first aspect of the present invention, the noise reducing p-type diffusion layer for reducing noise due to defects produced during device manufacturing is provided with a relative impurity concentration on the light receiving surface side. Since it is composed of a high concentration region with a relatively high concentration and a low concentration region with a relatively low impurity concentration located on the photodiode side, the impurity concentration in the immediate vicinity of the light receiving surface is always the maximum, and the potential distribution during light reception is near the light receiving surface. Since there is always a positive gradient at, the electrons generated by photoelectric conversion easily move to the photodiode n-type diffusion layer,
Due to diffusion, the probability of becoming a smear component becomes small.
【００４５】したがって、光感度を向上させるためノイ
ズ低減用ｐ型拡散層の不純物濃度をさらに下げても、ス
ミアの増大をひきおこさない。つまり、ノイズ、スミア
を従来技術の水準に維持しつつ、光感度を向上させるこ
とができる。特に、短波長領域での光感度を飛躍的に向
上させることができる。Therefore, even if the impurity concentration of the noise reducing p-type diffusion layer is further lowered to improve the photosensitivity, the smear does not increase. That is, the photosensitivity can be improved while maintaining the noise and smear at the level of the conventional technique. In particular, the photosensitivity in the short wavelength region can be dramatically improved.
【００４６】実際には、従来技術のノイズレベル、スミ
アレベルを維持しつつ、青色で２０％程度、緑色で１０
％程度、光感度を向上させることができた。この結果、
青色光の感度を緑色光の感度と同程度にすることが可能
となり、高感度、広帯域分光特性を有するＣＣＤ固体撮
像装置が提供できようになった。Actually, while maintaining the noise level and smear level of the prior art, about 20% for blue and 10 for green.
%, The photosensitivity could be improved. As a result,
It has become possible to make the sensitivity of blue light to be about the same as the sensitivity of green light, and it has become possible to provide a CCD solid-state imaging device having high sensitivity and broadband spectral characteristics.
【００４７】請求項２の発明に係るＣＣＤ固体撮像装置
の製造方法によると、ドーズ量が相対的に低く注入エネ
ルギーが相対的に高い第１のイオン注入と、ドーズ量が
相対的に高く注入エネルギーが相対的に低い第２のイオ
ン注入とを行うことにより、受光面側に位置する不純物
濃度が相対的に高い高濃度領域とフォトダイオード部側
に位置する不純物濃度が相対的に低い低濃度領域とから
なるノイズ低減用ｐ型拡散層を形成できるので、請求項
１の発明に係るＣＣＤ固体撮像装置を簡易かつ確実に製
造することができる。According to the method of manufacturing a CCD solid-state imaging device of the second aspect of the present invention, the first ion implantation having a relatively low dose amount and a relatively high implantation energy and the implantation energy having a relatively high dose amount. By performing the second ion implantation having a relatively low impurity concentration, a high-concentration region having a relatively high impurity concentration located on the light-receiving surface side and a low-concentration region having a relatively low impurity concentration located on the photodiode portion side. Since the p-type diffusion layer for noise reduction consisting of is formed, the CCD solid-state imaging device according to the invention of claim 1 can be manufactured easily and reliably.
【００４８】請求項３の発明に係るＣＣＤ固体撮像装置
の製造方法によると、ドーズ量：４×１０12／ｃｍ2 〜
２×１０13／ｃｍ2 、注入エネルギー：８０ｋｅＶ〜１
４０ｋｅＶの条件でボロンを用いて第１のイオン注入を
行い、ドーズ量：３×１０13／ｃｍ2 〜１０14／ｃ
ｍ2 、注入エネルギー：３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶの条件
でボロンを用いて第２のイオン注入を行うことにより、
受光面側に位置する不純物濃度が相対的に高い高濃度領
域とフォトダイオード部側に位置する不純物濃度が相対
的に低い低濃度領域とからなるノイズ低減用ｐ型拡散層
を確実に形成できるので、請求項１の発明に係るＣＣＤ
固体撮像装置を簡易かつより確実に製造することができ
る。According to the manufacturing method of the CCD solid-state image pickup device of the third aspect, the dose amount is from 4 × 10 12 / cm 2 to
2 × 10 13 / cm 2 , implantation energy: 80 keV to 1
The first ion implantation is performed using boron under the condition of 40 keV, and the dose amount is 3 × 10 13 / cm 2 to 10 14 / c.
m 2 and implantation energy: by performing second ion implantation using boron under the conditions of 30 keV to 50 keV,
Since it is possible to reliably form the noise reducing p-type diffusion layer composed of a high-concentration region having a relatively high impurity concentration located on the light-receiving surface side and a low-concentration region having a relatively low impurity concentration located on the photodiode portion side. , CCD according to the invention of claim 1
The solid-state imaging device can be manufactured easily and more reliably.
【図１】本発明の一実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の
断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a CCD solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【図２】前記一実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置におけ
る、ノイズ低減用ｐ型拡散層、ｎ型拡散層および第１の
ｐ型ウェル領域の半導体基板深さ方向の不純物濃度分布
を示す図であって、図１のＡ−Ｂ−Ｃ線における状態を
示している。FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration distribution in a depth direction of a semiconductor substrate in a noise reducing p-type diffusion layer, an n-type diffusion layer, and a first p-type well region in the CCD solid-state imaging device according to the embodiment. Therefore, the state along the line ABC in FIG. 1 is shown.
【図３】前記一実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置におけ
る、ノイズ低減用ｐ型拡散層の基板深さ方向の不純物濃
度、ホール濃度および受光時の電位の分布を示す図であ
って、図１のＡ−Ｂ線における状態を示している。FIG. 3 is a diagram showing a distribution of an impurity concentration, a hole concentration, and a light receiving potential in a substrate depth direction of a p-type diffusion layer for noise reduction in the CCD solid-state imaging device according to the one embodiment. The state on the line AB is shown.
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例に係るＣ
ＣＤ固体撮像装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。4A to 4C are C according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing each step of the manufacturing method of the CD solid-state imaging device.
【図５】従来のＣＣＤ固体撮像装置の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a conventional CCD solid-state imaging device.
【図６】前記従来のＣＣＤ固体撮像装置における、ノイ
ズ低減用ｐ型拡散層の基板深さ方向の不純物濃度、ホー
ル濃度および受光時の電位の分布を示す図であって、図
５のＤ−Ｅ線における状態を示している。6 is a diagram showing the impurity concentration, hole concentration, and potential distribution at the time of receiving light in the substrate depth direction of the p-type diffusion layer for noise reduction in the conventional CCD solid-state imaging device, and FIG. The state at the E line is shown.
１１ ｎ型半導体基板 １２ 第１のｐ型ウェル領域 １３ ｎ型拡散層 １４ ノイズ低減用ｐ型拡散層 １４ａ 高濃度領域 １４ｂ 低濃度領域 １５ 第２のｐ型ウェル領域 １６ ｎ型ウェル領域 １７ 分離用ｐ型拡散層 １８ ゲート酸化膜 １９ ゲート電極 ２０ 遮光膜 ２１ アルミ遮光部 ２２ 保護膜 ３０ ノイズ低減用ｐ型拡散層１４の高濃度領域１４ａ
の基板深さ方向の不純物濃度分布 ３１ ノイズ低減用ｐ型拡散層１４の低濃度領域１４ｂ
の基板深さ方向の不純物濃度分布 ３２ ｎ型拡散層１３の基板深さ方向の不純物濃度分布 ３３ 第１のｐ型ウェル領域１２の基板深さ方向の不純
物濃度分布11 n-type semiconductor substrate 12 first p-type well region 13 n-type diffusion layer 14 noise reduction p-type diffusion layer 14a high concentration region 14b low concentration region 15 second p-type well region 16 n-type well region 17 for separation p-type diffusion layer 18 gate oxide film 19 gate electrode 20 light-shielding film 21 aluminum light-shielding portion 22 protective film 30 high-concentration region 14a of p-type diffusion layer 14 for noise reduction
Concentration distribution in the depth direction of the substrate 31 Low-concentration region 14b of the noise reducing p-type diffusion layer 14
Concentration distribution in the substrate depth direction of the substrate 32 32 Impurity concentration distribution in the substrate depth direction of the n-type diffusion layer 13 33 Concentration distribution of the impurity concentration in the first p-type well region 12 in the substrate depth direction
Claims (3)
信号電荷を生成するフォトダイオード部と、信号電荷を
転送する電荷転送部と、前記フォトダイオード部のｎ型
不純物拡散層の上に形成されノイズを低減するためのノ
イズ低減用ｐ型不純物拡散層とを備えたＣＣＤ固体撮像
装置において、 前記ノイズ低減用ｐ型不純物拡散層は、受光面側に形成
された不純物濃度が相対的に高い高濃度領域とフォトダ
イオード部側に形成された不純物濃度が相対的に低い低
濃度領域とからなることを特徴とするＣＣＤ固体撮像装
置。1. A photodiode section having an n-type impurity diffusion layer for generating signal charges by photoelectric conversion, a charge transfer section for transferring signal charges, and a photodiode section formed on the n-type impurity diffusion layer of the photodiode section. In the CCD solid-state imaging device including a noise reducing p-type impurity diffusion layer for reducing noise, the noise reducing p-type impurity diffusion layer has a relatively high impurity concentration formed on the light-receiving surface side. A CCD solid-state image pickup device comprising a high-concentration region and a low-concentration region having a relatively low impurity concentration formed on the photodiode portion side.
信号電荷を生成するフォトダイオード部と、信号電荷を
転送する電荷転送部と、前記フォトダイオード部のｎ型
不純物拡散層の上に形成されノイズを低減するためのノ
イズ低減用ｐ型不純物拡散層とを備えたＣＣＤ固体撮像
装置の製造方法であって、 前記ノイズ低減用ｐ型不純物拡散層の形成工程は、 前記フォトダイオード部のｎ型不純物拡散層に、ドーズ
量が相対的に低く注入エネルギーが相対的に高い第１の
イオン注入と、ドーズ量が相対的に高く注入エネルギー
が相対的に低い第２のイオン注入とを行うことにより、 前記フォトダイオード部のｎ型不純物拡散層の上に、受
光面側に位置する不純物濃度が相対的に高い高濃度領域
とフォトダイオード部側に位置する不純物濃度が相対的
に低い低濃度領域とからなるノイズ低減用ｐ型拡散層を
形成する工程であることを特徴とするＣＣＤ固体撮像装
置の製造方法。2. A photodiode section having an n-type impurity diffusion layer for generating signal charges by photoelectric conversion, a charge transfer section for transferring the signal charges, and a photodiode section formed on the n-type impurity diffusion layer of the photodiode section. And a p-type impurity diffusion layer for noise reduction for reducing noise, a method of manufacturing a CCD solid-state imaging device, wherein the step of forming the p-type impurity diffusion layer for noise reduction includes: Type ion implantation with a relatively low dose amount and a relatively high implantation energy and second ion implantation with a relatively high dose amount and a relatively low implantation energy are performed on the type impurity diffusion layer. Thus, on the n-type impurity diffusion layer of the photodiode part, the high concentration region having a relatively high impurity concentration located on the light-receiving surface side and the impurity concentration located on the photodiode part side are mixed. A method of manufacturing a CCD solid-state image pickup device, which comprises a step of forming a p-type diffusion layer for noise reduction, which is composed of a low-concentration region which is relatively low.
×１０12／ｃｍ2 〜２×１０13／ｃｍ2 、注入エネルギ
ーが８０ｋｅＶ〜１４０ｋｅＶの条件でボロンを用いて
行い、前記第２のイオン注入は、ドーズ量が３×１０13
／ｃｍ2 〜１０14／ｃｍ2 、注入エネルギーが３０ｋｅ
Ｖ〜５０ｋｅＶの条件でボロンを用いて行うことを特徴
とする請求項２に記載のＣＣＤ固体撮像装置の製造方
法。3. A dose amount of the first ion implantation is 4
Boron is used under the conditions of × 10 12 / cm 2 to 2 × 10 13 / cm 2 and implantation energy of 80 keV to 140 keV, and the second ion implantation is performed at a dose of 3 × 10 13
/ Cm 2 to 10 14 / cm 2 , implantation energy is 30 ke
The method for manufacturing a CCD solid-state imaging device according to claim 2, wherein boron is used under a condition of V to 50 keV.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6226120A JPH0897392A (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Ccd solid-state imaging device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6226120A JPH0897392A (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Ccd solid-state imaging device and its manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897392A true JPH0897392A (en) | 1996-04-12 |
Family
ID=16840158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6226120A Pending JPH0897392A (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Ccd solid-state imaging device and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0897392A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007208052A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Fujifilm Corp | Solid-state image pickup device |
| WO2010064369A1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
-
1994
- 1994-09-21 JP JP6226120A patent/JPH0897392A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007208052A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Fujifilm Corp | Solid-state image pickup device |
| WO2010064369A1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010206 |