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JP2007059447A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents

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JP2007059447A
JP2007059447A JP2005239714A JP2005239714A JP2007059447A JP 2007059447 A JP2007059447 A JP 2007059447A JP 2005239714 A JP2005239714 A JP 2005239714A JP 2005239714 A JP2005239714 A JP 2005239714A JP 2007059447 A JP2007059447 A JP 2007059447A
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solid
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孝俊 加納
Sogo Ota
宗吾 太田
Ryohei Miyagawa
良平 宮川
Mikiya Uchida
幹也 内田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus capable of driving at high speed and acquiring a good image with brightness unevenness inhibited even with fine pixels, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: A sidewall injection layer 40 which is an impurity ion injection region with a conductivity type reverse to a case where a PD9, an FD13, source-drain regions or the like of respective transistors are formed, a channel-stop layer 41 and a well 42 are formed inside a semiconductor substrate 2. The sidewall injection layer 40 is formed by injecting impurity ions inside from a surface of a groove 60 made in forming an element isolation part 44. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのMOS型やCCD型のイメージセンサを搭載した機器で利用される固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state image pickup device used in a device equipped with a MOS type or CCD type image sensor such as a digital camera or a digital video camera.

図5は、固体撮像装置1が備える画素領域(受光領域)3と信号処理領域4の構成を示している。画素領域3には、フォトダイオードを含んだ画素セル5が行方向および列方向に配置されている。また、信号処理領域4には、画素セル5から垂直信号線7を介して読み出した信号の処理回路が設けられており、ノイズキャンセル回路6を備えている。信号処理領域4で処理された画像信号は、水平信号線8を介して外部に出力される。   FIG. 5 shows a configuration of a pixel area (light receiving area) 3 and a signal processing area 4 included in the solid-state imaging device 1. In the pixel region 3, pixel cells 5 including photodiodes are arranged in the row direction and the column direction. The signal processing area 4 is provided with a processing circuit for a signal read from the pixel cell 5 through the vertical signal line 7 and includes a noise canceling circuit 6. The image signal processed in the signal processing area 4 is output to the outside through the horizontal signal line 8.

図6には、図5に示す画素セル5およびノイズキャンセル回路6の具体的な回路図の一例を示している。また、図7には、画素領域3のレイアウトの一例を示している。簡単に説明すると、画素セル5は、PD9と、転送ゲート10、フローティングディフュージョン(FD)13、リセットゲート28を備えたリセットトランジスタ14、増幅ゲート27を備えた増幅トランジスタ15、および、コンデンサ12を備えている。ノイズキャンセル回路6は、NCSHトランジスタ19、NCCLトランジスタ21、コンデンサ20、コンデンサ22および、HSROUTトランジスタ23を備えている。   FIG. 6 shows an example of a specific circuit diagram of the pixel cell 5 and the noise cancellation circuit 6 shown in FIG. FIG. 7 shows an example of the layout of the pixel region 3. In brief, the pixel cell 5 includes a PD 9, a transfer gate 10, a floating diffusion (FD) 13, a reset transistor 14 having a reset gate 28, an amplification transistor 15 having an amplification gate 27, and a capacitor 12. ing. The noise cancellation circuit 6 includes an NCSH transistor 19, an NCCL transistor 21, a capacitor 20, a capacitor 22, and an HSROUT transistor 23.

この固体撮像装置は、図8のタイミングチャートで示すように駆動される。すなわち、画像データの読み出し操作前に、リセットトランジスタ14、NCSHトランジスタ19、NCCLトランジスタ21がON状態に制御される(タイミングa)。これにより、FD13の電位が変化し、リセットトランジスタ14をOFF状態にするとき(タイミングb)の電位は、理想的にはEreset となる。次にNCCLトランジスタ21もOFF状態にする(タイミングc)。この状態で転送ゲート10に電圧が印加されると(タイミングd〜e)、PD9で光電変換によって得られた光電子が、FD13に転送される。このときに、FD13の電位は、PD9に蓄積された電荷量に応じた大きさまで低下し、タイミングeでは、理想的にはEsignalになる。FD13の電位は、増幅ゲート27の電位となる。垂直信号線7には、電源電圧VDDを増幅トランジスタ15のゲート電圧の大きさに応じて変圧した大きさの電圧信号が現れる。   This solid-state imaging device is driven as shown in the timing chart of FIG. That is, before the image data reading operation, the reset transistor 14, the NCSH transistor 19, and the NCCL transistor 21 are controlled to be in an ON state (timing a). As a result, the potential of the FD 13 changes, and the potential when the reset transistor 14 is turned off (timing b) is ideally Ereset. Next, the NCCL transistor 21 is also turned off (timing c). When a voltage is applied to the transfer gate 10 in this state (timing de), photoelectrons obtained by photoelectric conversion at the PD 9 are transferred to the FD 13. At this time, the potential of the FD 13 drops to a magnitude corresponding to the amount of charge accumulated in the PD 9 and ideally becomes Esignal at the timing e. The potential of the FD 13 becomes the potential of the amplification gate 27. A voltage signal having a magnitude obtained by transforming the power supply voltage VDD in accordance with the magnitude of the gate voltage of the amplification transistor 15 appears on the vertical signal line 7.

ここで、コンデンサ12は、半導体基板2を介して接地されており、FD13、コンデンサ12、半導体基板2はRC回路を構成している。よって、転送ゲート10およびリセットトランジスタ14のゲート電圧が変動する影響を受けて、タイミングb,eでは、矢印で示すようにFD13の電位も低下し、FD13の電位が定常状態になるまでには、一定の時間(RC回路の時定数τ)が必要となる。   Here, the capacitor 12 is grounded via the semiconductor substrate 2, and the FD 13, the capacitor 12, and the semiconductor substrate 2 constitute an RC circuit. Therefore, under the influence of fluctuations in the gate voltages of the transfer gate 10 and the reset transistor 14, at the timings b and e, the potential of the FD 13 also decreases as indicated by the arrows until the potential of the FD 13 reaches a steady state. A certain time (RC circuit time constant τ) is required.

ノイズキャンセル回路6は、Ereset とEsignalの差分ΔVを求めて出力する。タイミングbでリセットトランジスタをOFF状態にした後、タイミングcでもFD13の電位が定常状態のEreset にならなければ、理想的な状態よりも差分ΔVが小さくなる。よって、出力される画像は、リセットトランジスタ14のゲート電圧を切り替えたことによる影響を受けなかった場合よりも暗くなることになる。   The noise cancellation circuit 6 calculates and outputs a difference ΔV between Ereset and Esignal. After the reset transistor is turned off at the timing b, the difference ΔV is smaller than the ideal state if the potential of the FD 13 does not become the steady state Ereset even at the timing c. Therefore, the output image becomes darker than the case where it is not affected by switching the gate voltage of the reset transistor 14.

また、タイミングeにおいて、Esignal が低くなれば、理想的な状態よりも差分ΔVが大きくなる。よって、出力される画像は、転送ゲート10への印加電圧を切り替えたことによる影響を受けなかった場合よりも明るくなってしまう。   Further, if Esignal becomes low at timing e, the difference ΔV becomes larger than the ideal state. Therefore, the output image becomes brighter than the case where it is not affected by switching the voltage applied to the transfer gate 10.

ここで、時定数τは、コンデンサ12の容量および半導体基板2の抵抗の大きさに比例する。半導体基板2は、画素領域3の外側で接地しているので、コンデンサ12の容量および半導体基板2の抵抗率が均一である場合には、画素領域内の各位置における抵抗値は、画素領域3の外側までの距離に比例する。従って、画像が暗くなる場合には、画素領域3の中心に向かうほど暗くなり、また、画像が明るくなる場合には、画素領域3の中心に向かうほど明るくなる。このような場合、画像に同心円状の輝度ムラ(シェーディング)が生じる(特許文献1参照)。   Here, the time constant τ is proportional to the capacitance of the capacitor 12 and the resistance of the semiconductor substrate 2. Since the semiconductor substrate 2 is grounded outside the pixel region 3, when the capacitance of the capacitor 12 and the resistivity of the semiconductor substrate 2 are uniform, the resistance value at each position in the pixel region is the pixel region 3. It is proportional to the distance to the outside. Accordingly, when the image becomes darker, the image becomes darker toward the center of the pixel region 3, and when the image becomes brighter, the image becomes brighter toward the center of the pixel region 3. In such a case, concentric luminance unevenness (shading) occurs in the image (see Patent Document 1).

シェーディングを抑制するためには、時定数を短くすればよく、そのためには基板抵抗を下げることが有効である。図9は、図7に示したレイアウトにおけるA−B−C線断面図を示している。p型の半導体基板2の内部において、STI(Shallow trench isolation)の素子分離部33の下方には、p型不純物を注入して形成したウェル36およびチャネルストップ層35が設けられている。このように不純物埋め込み層(ウェル36およびチャネルストップ層35)を設けておけば、半導体基板2の抵抗を低減できることになる。なお、PD9およびFD13が形成される領域に不純物埋め込み層を設けると、一画素が蓄積できる最大電荷量である飽和電荷量など、固体撮像装置の基本特性に悪影響を及ぼすために、これらの領域には不純物埋め込み層は形成できない。
特開2004−320592号公報
In order to suppress shading, it is sufficient to shorten the time constant. For that purpose, it is effective to lower the substrate resistance. 9 shows a cross-sectional view taken along the line ABC in the layout shown in FIG. Inside the p-type semiconductor substrate 2, a well 36 and a channel stop layer 35 formed by implanting p-type impurities are provided below an element isolation portion 33 of STI (Shallow trench isolation). If the impurity buried layer (well 36 and channel stop layer 35) is thus provided, the resistance of the semiconductor substrate 2 can be reduced. Note that if an impurity buried layer is provided in the region where the PD 9 and the FD 13 are formed, the basic characteristics of the solid-state imaging device such as the saturation charge amount that can be accumulated by one pixel are adversely affected. Cannot form an impurity buried layer.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-320592

ところで、最近では、動画撮影機能を向上させるために、より高速駆動可能な固体撮像装置への要請が高まっている。ところが、駆動周波数を高くして、図8に示す各タイミング間の間隔が短くなれば、時定数τをより小さくしなければ上述の輝度ムラが顕著になって画質が悪化してしまうことになる。   Recently, in order to improve the moving image shooting function, there is an increasing demand for a solid-state imaging device that can be driven at a higher speed. However, if the drive frequency is increased and the interval between the timings shown in FIG. 8 is shortened, unless the time constant τ is made smaller, the above-described luminance unevenness becomes remarkable and the image quality deteriorates. .

時定数τを小さくするためには、半導体基板2の抵抗をより低減するべきであるが、画素の微細化に伴って不純物埋め込み層を形成できる領域が限定されてしまうために、上記方法による抵抗の低減にも限度があった。より具体的には、ウェル36やチャネルストップ層35を形成する際のレジストパターンは、不純物イオンがレジストを突き抜けて半導体基板2に到達してしまわないように、一般的には1.2μm以上の厚みが必要であるとされている。ところが、エッチングで開口を形成するときに、レジストの厚みが厚くなるほど、レジスト表面と底面(半導体基板2の表面)とでの開口の大きさの差が顕著になり、画素が微細になるほど、所望の開口を形成することが困難になる。したがって、画素が微細になると、不純物埋め込み層を形成できない領域が生じることになる。   In order to reduce the time constant τ, the resistance of the semiconductor substrate 2 should be further reduced. However, since the region in which the impurity buried layer can be formed is limited as the pixels are miniaturized, the resistance according to the above method is reduced. There was also a limit to the reduction of. More specifically, the resist pattern for forming the well 36 and the channel stop layer 35 is generally 1.2 μm or more so that impurity ions do not penetrate the resist and reach the semiconductor substrate 2. Thickness is said to be necessary. However, when the opening is formed by etching, the difference in the size of the opening between the resist surface and the bottom surface (the surface of the semiconductor substrate 2) becomes more noticeable as the resist thickness increases. It becomes difficult to form the opening. Therefore, when the pixel is miniaturized, a region where the impurity buried layer cannot be formed is generated.

それ故に、本発明は、高速駆動が可能で、かつ、画素が微細である場合にも輝度ムラが抑制された良好な画像を取得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を目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can be driven at high speed and can acquire a good image with reduced luminance unevenness even when the pixel is fine, and a method for manufacturing the same. .

本発明の第1の局面に係る固体撮像装置は、半導体基板の画像領域に、フォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置であって、半導体基板の表面に第1導電型不純物イオンを注入して形成した、フォトダイオードを含む活性領域と、隣り合う活性領域の間に形成された溝を埋める、絶縁性材料の素子分離部と、溝内に、第2導電型の不純物イオンを注入して形成した側壁注入層と、隣り合う活性領域の間の領域における、溝よりも下方に第2導電型の不純物イオンを選択的に注入して形成した1層以上の埋め込み層とを備える。   A solid-state image pickup device according to a first aspect of the present invention is a solid-state image pickup device in which pixels provided with photodiodes are arranged in a row direction and a column direction in an image region of a semiconductor substrate, on the surface of the semiconductor substrate. An active region including a photodiode formed by implanting first conductivity type impurity ions, an element isolation portion made of an insulating material filling a groove formed between adjacent active regions, and a second in the groove One or more layers formed by selectively implanting the second conductivity type impurity ions below the trench in the sidewall implantation layer formed by implanting the conductivity type impurity ions and the region between the adjacent active regions And a buried layer.

埋め込み層は、行方向に隣り合う活性領域間の領域と、列方向に隣り合う活性領域間の領域とのうち、間隔が広い方の下方に形成されていてもよい。   The buried layer may be formed below the wider one of the region between the active regions adjacent in the row direction and the region between the active regions adjacent in the column direction.

また、埋め込み層は、隣り合う活性領域間の間隔が0.80μm以上である領域に形成されていることが望ましい。   The buried layer is preferably formed in a region where the interval between adjacent active regions is 0.80 μm or more.

本発明の第2の局面に係る固体撮像装置は、半導体基板の画像領域に、フォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置であって、半導体基板の表面に第1導電型の不純物イオンを注入して形成した、フォトダイオードを含む活性領域と、隣り合う活性領域の間に、LOCOS法で形成した素子分離部と、素子分離部の下方に、第2導電型の不純物イオンを注入して形成した一層以上の不純物埋め込み層とを備え、行方向に隣り合う活性領域間の領域と、列方向に隣り合う活性領域間の領域とのうち、間隔が狭い方における埋め込み層の層数は、間隔が広い方における埋め込み層の層数よりも少ないことを特徴とする。   A solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which pixels provided with photodiodes are arranged in a row direction and a column direction in an image region of a semiconductor substrate, on a surface of the semiconductor substrate. Between the active region including the photodiode formed by implanting impurity ions of the first conductivity type and an adjacent active region, an element isolation portion formed by a LOCOS method and a second conductive layer below the element isolation portion. One or more impurity buried layers formed by implanting impurity ions of the type, and having a narrower distance between a region between active regions adjacent in the row direction and a region between active regions adjacent in the column direction The number of buried layers in is smaller than the number of buried layers in the wider interval.

本発明の第1の局面に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の画像領域に、第1導電型の不純物イオンを注入して形成したフォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板の表面のうち、フォトダイオードを含む活性領域を形成する領域以外の領域に溝を形成する工程と、溝内に第2導電型の不純物イオンを注入する工程と、溝内を絶縁性材料で埋めて素子分離部を形成する工程と、隣り合う活性領域の間の領域における溝よりも下方に、第2導電型の不純物イオンを選択的に注入して、1層以上の埋め込み層を形成する工程とを備える。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, pixels including photodiodes formed by implanting impurity ions of the first conductivity type in an image region of a semiconductor substrate are arranged in a row direction and a column direction. A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a step of forming a groove in a region of a surface of a semiconductor substrate other than a region where an active region including a photodiode is formed; and a second conductivity type in the groove The step of implanting impurity ions, the step of filling the trench with an insulating material to form an element isolation portion, and selecting the second conductivity type impurity ions below the trench in the region between adjacent active regions And forming a buried layer of one or more layers.

本発明の第2の局面に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の画像領域に、第1導電型の不純物イオンを注入して形成したフォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板の表面のうち、フォトダイオードを含む活性領域を形成する領域以外の領域にLOCOS法によって素子分離部を形成する工程と、隣り合う活性領域間となる領域の、素子分離部よりも下方に、第2導電型の不純物イオンを注入して、一層以上の埋め込み層を形成する工程とを備え、行方向に隣り合う活性領域間の領域と、列方向に隣り合う活性領域間の領域とのうち、間隔が狭い方における不純物埋め込み層の層数は、間隔が広い方における不純物埋め込み層の層数よりも少ないことを特徴とする。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention, pixels including photodiodes formed by implanting impurity ions of the first conductivity type in an image region of a semiconductor substrate are arranged in a row direction and a column direction. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a step of forming an element isolation portion by a LOCOS method in a region other than a region for forming an active region including a photodiode on a surface of a semiconductor substrate; A region between the active regions adjacent to each other in the row direction, by implanting impurity ions of the second conductivity type below the element isolation portion in a region between the regions and forming one or more buried layers And the number of impurity buried layers in the narrower one of the regions between the active regions adjacent in the column direction is smaller than the number of impurity buried layers in the wider one That.

本発明の第1の局面に係る固体撮像装置によれば、STIの素子分離領域を形成する際に、溝内に不純物イオンを注入して側壁注入層を形成している。よって、画素の微細化に伴って不純物埋め込み層を形成できる領域が限定された場合にも、半導体基板の抵抗を低減することができる。半導体基板の抵抗を低減することができれば、画素内のゲート電圧切り替えの影響でFDの電位が理想的な電位から変化した場合に、定常状態に移行するまでの時間(時定数τ)を短縮することができる。時定数τが小さくなれば、固体撮像装置を高速駆動させた場合にも画像の輝度ムラが抑制されるので、良好な画像を得ることができる。   According to the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, when forming the STI element isolation region, impurity ions are implanted into the trench to form the sidewall injection layer. Therefore, the resistance of the semiconductor substrate can be reduced even when the region where the impurity buried layer can be formed is limited with the miniaturization of the pixel. If the resistance of the semiconductor substrate can be reduced, the time (time constant τ) required to shift to a steady state when the potential of the FD changes from the ideal potential due to the influence of the gate voltage switching in the pixel is shortened. be able to. If the time constant τ is small, luminance unevenness of the image is suppressed even when the solid-state imaging device is driven at high speed, so that a good image can be obtained.

また、本発明の第2の局面に係る固体撮像装置によれば、素子分離部がLOCOS法で形成されているときに、行方向に隣り合う活性領域の間の領域と、列方向に隣り合う活性領域の間の領域とのうち、間隔が狭い方における不純物埋め込み層の層数が、間隔が広い方における前記不純物埋め込み層の層数よりも少なくなっている。このように、不純物埋め込み層の総数を一部で少なくした場合でも、全く形成しない場合と比較すれば半導体基板の抵抗を低減することができる。   Further, according to the solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention, when the element isolation portion is formed by the LOCOS method, it is adjacent to the region between the active regions adjacent in the row direction and in the column direction. Of the regions between the active regions, the number of impurity buried layers in the narrower space is smaller than the number of impurity buried layers in the wider space. Thus, even when the total number of impurity buried layers is partially reduced, the resistance of the semiconductor substrate can be reduced as compared with the case where it is not formed at all.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の一部断面図であって、図7のA−B−C線断面に相当する線における断面図である。この固体撮像装置は、従来の固体撮像装置が備えていなかった側壁注入層40を備えている。側壁注入層40は、素子分離部44の形成時にできた溝60の表面から内部に、PD9、FD13およびトランジスタのソース−ドレイン領域などの活性領域を形成する場合とは逆の導電型の不純物を注入することによって形成されている。そして、この側壁注入層40により、半導体基板2の抵抗がより小さくなっている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a pixel region of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along a line corresponding to a cross section taken along line ABC in FIG. This solid-state imaging device includes a side wall injection layer 40 that is not provided in a conventional solid-state imaging device. The side wall injection layer 40 contains impurities having a conductivity type opposite to that in the case where active regions such as the PD9, the FD13 and the source / drain regions of the transistor are formed from the surface of the groove 60 formed when the element isolation portion 44 is formed. It is formed by injecting. The sidewall injection layer 40 makes the resistance of the semiconductor substrate 2 smaller.

図1に示す固体撮像装置の製造方法を図2(a)〜(f)を用いて説明する。まず、図2(a)に示すように、シリコンの半導体基板2の表面を酸化して、シリコン酸化膜30を形成し、その上にシリコン窒化膜31を形成する。そして、シリコン窒化膜31の上に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン32を形成する。このレジストパターンは、PD9やFD13および、画素が備えるその他トランジスタのソース−ドレイン領域など以外の領域に開口を有するパターンである。   A method for manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2A, the surface of the silicon semiconductor substrate 2 is oxidized to form a silicon oxide film 30, and a silicon nitride film 31 is formed thereon. Then, a resist pattern 32 is formed on the silicon nitride film 31 using a photolithography technique. This resist pattern is a pattern having openings in regions other than PD9 and FD13 and the source-drain regions of other transistors included in the pixel.

次に、ドライエッチングを行って、レジストパターン32の開口から露出した部分のシリコン窒化膜31、シリコン酸化膜30および半導体基板2の一部を除去する。そして、レジストパターン32を除去する。これにより、半導体基板2の表面のうち、活性領域となる領域以外の領域に、溝(シャロートレンチ)60が形成される(図2(b))。ここで、溝60は、平面網目状に形成されることになる。   Next, dry etching is performed to remove portions of the silicon nitride film 31, the silicon oxide film 30, and the semiconductor substrate 2 exposed from the opening of the resist pattern 32. Then, the resist pattern 32 is removed. As a result, a groove (shallow trench) 60 is formed in a region other than the region to be the active region on the surface of the semiconductor substrate 2 (FIG. 2B). Here, the groove 60 is formed in a planar mesh shape.

次に、シリコン窒化膜31をマスクとして、半導体基板2の露出部分にB+イオン等のp型不純物イオンを注入量1×1013cm-2以上で注入して、半導体基板2の溝60内に、厚さ100nm以上の側壁注入層40を形成する(図2(c))。このときに、半導体基板2に垂直な軸(z軸)から約25度傾けた向きから不純物注入を行えば、溝60内に効率良くB+イオンを注入することができる。また、いずれの壁面にも均一にB+イオンを注入するためには、半導体基板2を、z軸周りで例えば90度づつ回転させるようにして、それぞれの位置で、全注入量を4分割した量のB+イオンを注入していくようにするとよい。以下では、この方法を回転注入法と呼ぶ。側壁注入層40のピーク濃度は、1×1018cm-3以上であることが好ましい。 Next, using the silicon nitride film 31 as a mask, p-type impurity ions such as B + ions are implanted into the exposed portion of the semiconductor substrate 2 with an implantation amount of 1 × 10 13 cm −2 or more, and in the groove 60 of the semiconductor substrate 2. Then, a sidewall injection layer 40 having a thickness of 100 nm or more is formed (FIG. 2C). At this time, B + ions can be efficiently implanted into the trench 60 by implanting impurities from a direction inclined about 25 degrees from the axis (z-axis) perpendicular to the semiconductor substrate 2. Further, in order to uniformly inject B + ions into any wall surface, the semiconductor substrate 2 is rotated around the z axis by 90 degrees, for example, and the total implantation amount is divided into four at each position. An amount of B + ions should be implanted. Hereinafter, this method is referred to as a rotational injection method. The peak concentration of the sidewall injection layer 40 is preferably 1 × 10 18 cm −3 or more.

次に、CVD法などでシリコン酸化膜43を堆積させて、溝60に二酸化ケイ素を埋め込む(図2(d))。その後、シリコン酸化膜43のうち、シリコン窒化膜31上に形成されている部分を除去して平坦化することによって、素子分離部44を形成する。この後、シリコン窒化膜31も除去する(図2(e))。なお、素子分離部44は、絶縁性の材料であれば、上記以外の材料であってもよい。   Next, a silicon oxide film 43 is deposited by CVD or the like, and silicon dioxide is embedded in the trench 60 (FIG. 2D). Thereafter, a portion of the silicon oxide film 43 formed on the silicon nitride film 31 is removed and planarized to form the element isolation portion 44. Thereafter, the silicon nitride film 31 is also removed (FIG. 2E). The element isolation portion 44 may be made of a material other than the above as long as it is an insulating material.

次に、PD9、FD13および第1の素子分離領域IR1をレジストパターン45で覆う。ここで、PD9およびFD13を囲む四角形状の領域に列方向で挟まれた領域を第1の素子分離領域IR1といい、行方向に挟まれた領域を第2の素子分離領域IR2という。第1の素子分離領域IR1の幅は、0.45μm程度と狭く、第2の素子分離領域IR2の幅は0.80μm以上であるとする。この場合には、第1の素子分離領域IR1には、所望の開口を有するレジストパターンを形成出来ないので、第2の素子分離領域IR2にのみ開口を有するレジストパターン45を用いる。そして、加速電圧300keV、注入量1×1013cm-2の条件で、回転注入法等を用いてB+イオンなどのp型不純物イオンを注入し、第2の素子分離領域IR2にウェル42を形成する。続いて、加速電圧160keV、注入量6×1012cm-2の条件で、回転注入法等を用いてB+イオンを注入し、ウェル42の上方にチャネルストッパ層41を形成する(図2(f))。その後、レジストパターン45を除去する。ウェル42およびチャネルストッパ層41のピーク濃度は、いずれも1×1017cm-3以上であることが好ましい。 Next, the PD 9, the FD 13, and the first element isolation region IR 1 are covered with a resist pattern 45. Here, a region sandwiched in a column direction by a rectangular region surrounding PD9 and FD13 is referred to as a first element isolation region IR1, and a region sandwiched in a row direction is referred to as a second element isolation region IR2. It is assumed that the width of the first element isolation region IR1 is as narrow as about 0.45 μm and the width of the second element isolation region IR2 is 0.80 μm or more. In this case, since a resist pattern having a desired opening cannot be formed in the first element isolation region IR1, the resist pattern 45 having an opening only in the second element isolation region IR2 is used. Then, under the conditions of an acceleration voltage of 300 keV and an implantation amount of 1 × 10 13 cm −2 , p-type impurity ions such as B + ions are implanted using a rotational implantation method or the like, and a well 42 is formed in the second element isolation region IR2. Form. Subsequently, B + ions are implanted using a rotational implantation method or the like under the conditions of an acceleration voltage of 160 keV and an implantation amount of 6 × 10 12 cm −2 to form a channel stopper layer 41 above the well 42 (FIG. 2 ( f)). Thereafter, the resist pattern 45 is removed. The peak concentrations of the well 42 and the channel stopper layer 41 are both preferably 1 × 10 17 cm −3 or more.

その後、リン等のn型不純物イオンを注入して、PD9、FD13、リセットトランジスタ14や増幅トランジスタ15のソース−ドレイン領域などを形成し、さらに、ゲート絶縁膜やゲート電極、配線等を形成する。   Thereafter, n-type impurity ions such as phosphorus are implanted to form PD9, FD13, source / drain regions of the reset transistor 14 and the amplification transistor 15, and further, a gate insulating film, a gate electrode, a wiring, and the like are formed.

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、STIの素子分離部44を形成する際に、溝60内に不純物イオンを注入して側壁注入層40を形成している。よって、画素の微細化に伴って、不純物イオン埋め込み層(ウェル42およびチャネルストップ層41)を形成することができる領域が限定された場合にも、半導体基板2の抵抗を低減することができる。半導体基板2の抵抗を低減することができれば、リセットゲートや転送ゲートへの印加電圧の切り替えによってFD13の電位が変化した場合に、定常状態に移行するまでの時間(時定数τ)を短くすることができる。時定数τが小さくなれば、固体撮像装置を高速駆動させた場合にも画像の輝度ムラが抑制されるので、良好な画像を得ることができる。   According to the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment, when forming the STI element isolation portion 44, impurity ions are implanted into the trench 60 to form the sidewall injection layer 40. Therefore, the resistance of the semiconductor substrate 2 can be reduced even when the region where the impurity ion buried layer (well 42 and channel stop layer 41) can be formed is limited as the pixel is miniaturized. If the resistance of the semiconductor substrate 2 can be reduced, when the potential of the FD 13 is changed by switching the voltage applied to the reset gate and the transfer gate, the time (time constant τ) until the transition to the steady state is shortened. Can do. If the time constant τ is small, luminance unevenness of the image is suppressed even when the solid-state imaging device is driven at high speed, so that a good image can be obtained.

(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の一部断面図であって、図7のA−B−C線断面に相当する線における断面図である。この固体撮像装置は、素子分離部51がLOCOSで形成されている。そして、第1の素子分離領域IR1の下方には、チャネルストッパ層52のみを形成し、また第2の素子分離領域IR2の下方には、チャネルストッパ層52とウェル53とを形成している。つまり、PD9とFD12とを囲んでなる活性領域が行方向に隣り合う間の領域と、列方向に隣り合う間の間とのうち、間隔が狭い方における不純物埋め込み層の層数が、間隔が広い方における不純物埋め込み層の層数よりも少なくなっている。このように、不純物埋め込み層の層数を一部で少なくした場合でも、全く形成しない場合と比較すれば半導体基板2の抵抗を低減することができる。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the pixel region of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along a line corresponding to the cross section taken along the line ABC in FIG. In this solid-state imaging device, the element separation unit 51 is formed of LOCOS. Only the channel stopper layer 52 is formed below the first element isolation region IR1, and the channel stopper layer 52 and the well 53 are formed below the second element isolation region IR2. That is, the number of impurity buried layers in the narrower one of the region between the adjacent regions in the row direction and the region adjacent in the column direction that surrounds the PD 9 and the FD 12 is the distance between It is smaller than the number of impurity buried layers in the wider one. Thus, even when the number of impurity buried layers is partially reduced, the resistance of the semiconductor substrate 2 can be reduced as compared with a case where the number of impurity buried layers is not formed at all.

以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。まず、図4に示すように、半導体基板2の表面を酸化してシリコン酸化膜30を形成し、その上にシリコン窒化膜31を形成する。そして、素子分離部51を形成する領域に開口を有するレジストパターン55を形成し、ドライエッチングによって、レジストパターン55から露出したシリコン窒化膜31を除去し(図4(a))、その後、レジストパターン55も除去する。次に、半導体基板2を熱酸化して、シリコン酸化膜30で素子分離部51を形成し、その後、シリコン窒化膜31を除去する(図4(b))。   Below, the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment is explained. First, as shown in FIG. 4, the surface of the semiconductor substrate 2 is oxidized to form a silicon oxide film 30, and a silicon nitride film 31 is formed thereon. Then, a resist pattern 55 having an opening is formed in a region where the element isolation portion 51 is to be formed, and the silicon nitride film 31 exposed from the resist pattern 55 is removed by dry etching (FIG. 4A). Thereafter, the resist pattern 55 is also removed. Next, the semiconductor substrate 2 is thermally oxidized to form the element isolation portion 51 with the silicon oxide film 30, and then the silicon nitride film 31 is removed (FIG. 4B).

次に、PD9、FD13を形成する領域および第1の素子分離領域IR1をレジストパターン56で覆う。続いて、加速電圧300keV、注入量1×1013cm-2の条件で、B+イオンを注入し、ウェル53を形成する(図4(c))。その後、レジストパターン56を除去する。 Next, the region for forming PD 9 and FD 13 and the first element isolation region IR 1 are covered with a resist pattern 56. Subsequently, B + ions are implanted under the conditions of an acceleration voltage of 300 keV and an implantation amount of 1 × 10 13 cm −2 to form a well 53 (FIG. 4C). Thereafter, the resist pattern 56 is removed.

次にPD9およびFD13を形成する領域をレジストパターン57で覆う。続いて、加速電圧160keV、注入量6×1012cm-2の条件でB+イオンを注入し、チャネルストッパ層52を形成する(図4(d))。その後、レジストパターン57を除去する。そして、リン等のn型不純物イオンを注入して、PD9、FD13、トランジスタのソース−ドレイン領域などの活性層を形成し、さらに、ゲート絶縁膜やゲート電極、配線等を形成する。 Next, a region for forming PD 9 and FD 13 is covered with a resist pattern 57. Subsequently, B + ions are implanted under the conditions of an acceleration voltage of 160 keV and an implantation amount of 6 × 10 12 cm −2 to form a channel stopper layer 52 (FIG. 4D). Thereafter, the resist pattern 57 is removed. Then, n-type impurity ions such as phosphorus are implanted to form active layers such as PD9, FD13, and source-drain regions of the transistor, and further, a gate insulating film, a gate electrode, a wiring, and the like are formed.

本発明に係る固体撮像装置は、携帯電話向けデジタルカメラやデジタルスチルカメラなど、MOS型やCCD型のイメージセンサを備えた撮影機器等として利用可能である。   The solid-state imaging device according to the present invention can be used as an imaging device including a MOS type or CCD type image sensor such as a digital camera for a mobile phone or a digital still camera.

本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の断面図Sectional drawing of the solid-state imaging device concerning the 1st Embodiment of this invention 図1の固体撮像装置の製造工程図Manufacturing process diagram of the solid-state imaging device of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の断面図Sectional drawing of the solid-state imaging device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3の固体撮像装置の製造工程図Manufacturing process diagram of the solid-state imaging device of FIG. 固体撮像装置の構成を示した図Diagram showing the configuration of the solid-state imaging device 画素セルおよびノイズキャンセル回路の回路図Circuit diagram of pixel cell and noise cancellation circuit 各トランジスタの制御タイミングチャートControl timing chart of each transistor 画素領域のレイアウト図Pixel area layout 従来の固体撮像装置の断面図Sectional view of a conventional solid-state imaging device

符号の説明Explanation of symbols

2 半導体基板
3 画素領域
4 信号処理領域
5 画素セル
6 ノイズキャンセル回路
7 垂直信号線
8 水平信号線
9 PD
10 転送ゲート
12 コンデンサ
13 FD
14 リセットトランジスタ
15 増幅トランジスタ
16 RSCELL信号線
17 TRANS信号線
18 VDD信号線
19 NCSHトランジスタ
20 コンデンサ
21 NCCLトランジスタ
22 コンデンサ
23 HSROUTトランジスタ
27 増幅ゲート
28 リセットゲート
30 シリコン酸化膜
31 シリコン窒化膜
32 レジストパターン
33 素子分離部
34 レジストパターン
35 チャネルストップ層
36 ウェル
51 素子分離部
52 チャネルストッパ層
53 ウェル
55 レジストパターン
56 レジストパターン
57 レジストパターン
60 溝
2 Semiconductor substrate 3 Pixel area 4 Signal processing area 5 Pixel cell 6 Noise cancel circuit 7 Vertical signal line 8 Horizontal signal line 9 PD
10 Transfer gate 12 Capacitor 13 FD
14 reset transistor 15 amplification transistor 16 RSCELL signal line 17 TRANS signal line 18 VDD signal line 19 NCSH transistor 20 capacitor 21 NCCL transistor 22 capacitor 23 HSROUT transistor 27 amplification gate 28 reset gate 30 silicon oxide film 31 silicon nitride film 32 resist pattern 33 element Separating part 34 Resist pattern 35 Channel stop layer 36 Well 51 Element separating part 52 Channel stopper layer 53 Well 55 Resist pattern 56 Resist pattern 57 Resist pattern 60 Groove

Claims (6)

半導体基板の画像領域に、フォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置であって、
前記半導体基板の表面に第1導電型不純物イオンを注入して形成した、前記フォトダイオードを含む活性領域と、
隣り合う前記活性領域の間に形成された溝を埋める、絶縁性材料の素子分離部と、
前記溝内に、第2導電型の不純物イオンを注入して形成した側壁注入層と、
隣り合う前記活性領域の間の領域における、前記溝よりも下方に第2導電型の不純物イオンを選択的に注入して形成した1層以上の埋め込み層とを備えた、固体撮像装置。
A solid-state imaging device in which pixels having photodiodes are arranged in a row direction and a column direction in an image region of a semiconductor substrate,
An active region including the photodiode, formed by implanting first conductivity type impurity ions on the surface of the semiconductor substrate;
An element isolation portion of an insulating material filling a groove formed between the adjacent active regions;
A sidewall implantation layer formed by implanting impurity ions of the second conductivity type into the groove;
A solid-state imaging device comprising: one or more buried layers formed by selectively implanting impurity ions of the second conductivity type below the trench in a region between adjacent active regions.
前記埋め込み層は、行方向に隣り合う前記活性領域間の領域と、列方向に隣り合う前記活性領域間の領域とのうち、間隔が広い方の下方に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The buried layer is formed below a wider one of a region between the active regions adjacent in the row direction and a region between the active regions adjacent in the column direction. Item 2. The solid-state imaging device according to Item 1. 前記埋め込み層は、隣り合う前記活性領域間の間隔が0.80μm以上である領域に形成されることを特徴とする、請求項2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the buried layer is formed in a region in which an interval between adjacent active regions is 0.80 μm or more. 半導体基板の画像領域に、フォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置であって、
前記半導体基板の表面に第1導電型不純物イオンを注入して形成した、前記フォトダイオードを含む活性領域と、
隣り合う前記活性領域の間に、LOCOS法で形成した素子分離部と、
前記素子分離部の下方に、第2導電型の不純物イオンを注入して形成した一層以上の不純物埋め込み層とを備え、
行方向に隣り合う前記活性領域間の領域と、列方向に隣り合う前記活性領域間の領域とのうち、間隔が狭い方における前記埋め込み層の層数は、前記間隔が広い方における前記埋め込み層の層数よりも少ないことを特徴とする、固体撮像装置。
A solid-state imaging device in which pixels having photodiodes are arranged in a row direction and a column direction in an image region of a semiconductor substrate,
An active region including the photodiode, formed by implanting first conductivity type impurity ions on the surface of the semiconductor substrate;
An element isolation portion formed by a LOCOS method between the adjacent active regions,
And one or more impurity buried layers formed by implanting impurity ions of the second conductivity type below the element isolation part,
Of the regions between the active regions adjacent in the row direction and the regions between the active regions adjacent in the column direction, the number of the buried layers in the narrower interval is the embedded layer in the wider interval A solid-state imaging device, wherein the number of layers is less than the number of layers.
半導体基板の画像領域に、第1導電型の不純物イオンを注入して形成したフォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板の表面のうち、前記フォトダイオードを含む活性領域を形成する領域以外の領域に溝を形成する工程と、
前記溝内に第2導電型の不純物イオンを注入する工程と、
前記溝内を絶縁性材料で埋めて素子分離部を形成する工程と、
隣り合う前記活性領域の間の領域における前記溝よりも下方に、第2導電型の不純物イオンを選択的に注入して、1層以上の埋め込み層を形成する工程とを備えた、固体撮像装置の製造方法。
A method of manufacturing a solid-state imaging device in which pixels having photodiodes formed by implanting first conductivity type impurity ions are arranged in an image region of a semiconductor substrate in a row direction and a column direction,
Forming a groove in a region of the surface of the semiconductor substrate other than a region for forming an active region including the photodiode;
Implanting second conductivity type impurity ions into the trench;
Filling the groove with an insulating material to form an element isolation portion;
A step of selectively injecting impurity ions of the second conductivity type below the trench in a region between the adjacent active regions to form one or more buried layers. Manufacturing method.
半導体基板の画像領域に、第1導電型の不純物イオンを注入して形成したフォトダイオードを備えた画素が行方向および列方向に配置されてなる固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板の表面のうち、前記フォトダイオードを含む活性領域を形成する領域以外の領域にLOCOS法によって素子分離部を形成する工程と、
隣り合う前記活性領域間となる領域の、前記素子分離部よりも下方に、第2導電型の不純物イオンを注入して、一層以上の埋め込み層を形成する工程とを備え、
行方向に隣り合う前記活性領域間の領域と、列方向に隣り合う前記活性領域間の領域とのうち、間隔が狭い方における前記不純物埋め込み層の層数は、前記間隔が広い方における前記不純物埋め込み層の層数よりも少ないことを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。

A method of manufacturing a solid-state imaging device in which pixels having photodiodes formed by implanting first conductivity type impurity ions are arranged in an image region of a semiconductor substrate in a row direction and a column direction,
Forming a device isolation portion by a LOCOS method in a region other than a region for forming an active region including the photodiode, on a surface of a semiconductor substrate;
A step of implanting impurity ions of the second conductivity type below the element isolation part in a region between the adjacent active regions to form one or more buried layers,
Of the regions between the active regions adjacent to each other in the row direction and the regions between the active regions adjacent to each other in the column direction, the number of the impurity buried layers in the narrower space is the impurity in the wider space. A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the number is less than the number of buried layers.

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