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JP2006294799A - Solid state imaging element and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2006294799A
JP2006294799A JP2005112159A JP2005112159A JP2006294799A JP 2006294799 A JP2006294799 A JP 2006294799A JP 2005112159 A JP2005112159 A JP 2005112159A JP 2005112159 A JP2005112159 A JP 2005112159A JP 2006294799 A JP2006294799 A JP 2006294799A
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charge
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JP2005112159A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriaki Suzuki
鈴木  教章
Kazufumi Sugawara
一文 菅原
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging element, along with its manufacturing method, capable of assuring transfer charge capacity at an output gate for improved transfer efficiency of the charge, without complication even after addition of a process for forming an element. <P>SOLUTION: A photoelectric converter, a vertical charge transfer, a horizontal charge transfer, and an output which converts signal charges to electric signals for outputting are formed on a semiconductor substrate. In the horizontal charge transfer, a p-type semiconductor layer is formed in the semiconductor substrate, and an n-type semiconductor layer for transferring charges is formed in the shallow region of the p-type semiconductor layer. An impurity added region where a p-type impurity is added is formed at a part on the upper stream side in the direction of charge transfer within an output gate region which is arranged at the end on the output part side of the horizontal charge transfer part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に転送効率を向上させる技術に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique for improving transfer efficiency.

図8に従来の固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成を表す断面図を示した。この従来の固体撮像素子においては、水平電荷転送部1は水平転送レジスタ部2と出力ゲート部3とを含んで構成される。水平転送レジスタ部2は、複数の転送段4,4,…を含んで構成され、転送電圧(駆動信号)φH1及びφH2により信号電荷を水平方向(図中のX方向)に高速で転送することで、信号電荷が水平転送チャネル5内で転送される。 FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a horizontal transfer unit and an output unit of a conventional solid-state imaging device. In this conventional solid-state imaging device, the horizontal charge transfer unit 1 includes a horizontal transfer register unit 2 and an output gate unit 3. The horizontal transfer register unit 2 includes a plurality of transfer stages 4, 4,..., And transfers signal charges at high speed in the horizontal direction (X direction in the figure) by transfer voltages (drive signals) φH 1 and φH 2 . As a result, the signal charge is transferred in the horizontal transfer channel 5.

水平転送チャネル5内の各転送段4,4,…は、1組の電荷蓄積電極6a及び電荷転送電極6b、更に電荷転送電極6b下部のn層5aを含んで構成される。水平転送チャネル5の電荷転送方向下流側は、最終段の転送段4の先の出力ゲート部3を介して、出力部7のフローティングディフュージョン(FD)領域8に接続されている。 Each transfer stage 4, 4,... In the horizontal transfer channel 5 includes a set of charge storage electrodes 6a and charge transfer electrodes 6b, and an n layer 5a below the charge transfer electrodes 6b. The downstream side of the horizontal transfer channel 5 in the charge transfer direction is connected to the floating diffusion (FD) region 8 of the output unit 7 via the output gate unit 3 ahead of the final transfer stage 4.

出力ゲート部3は、出力ゲート電極9とその下方の水平転送チャネル5を含んで構成される。出力ゲート電極9には電圧VOGが印加され、信号電荷が水平転送チャネル5からFD領域8に転送される。信号電荷はFD領域8に転送されて、電荷−電圧変換される。変換された電圧信号は出力アンプ10で増幅され、出力される。   The output gate unit 3 includes an output gate electrode 9 and a horizontal transfer channel 5 below the output gate electrode 9. A voltage VOG is applied to the output gate electrode 9, and signal charges are transferred from the horizontal transfer channel 5 to the FD region 8. The signal charge is transferred to the FD region 8 and subjected to charge-voltage conversion. The converted voltage signal is amplified by the output amplifier 10 and output.

FD領域8に転送された信号電荷は、電荷−電圧変換後、リセットゲート部11を経てリセットドレイン領域12に放出される。放出の際には、リセットゲート電極13によりリセットゲート部11に一定の電圧φRGが印加される。   The signal charge transferred to the FD region 8 is discharged to the reset drain region 12 through the reset gate portion 11 after charge-voltage conversion. At the time of discharge, a constant voltage φRG is applied to the reset gate portion 11 by the reset gate electrode 13.

上記の水平電荷転送部1及び出力部7においては、例えばn型半導体基板17の表面部に例えばp型ウェル18、埋め込みチャネル型のn型水平転送チャネル5をこの順に形成した層構成としている。なお、水平転送チャネル5上には、図示しない絶縁膜を介して電荷蓄積電極6a及び電荷転送電極6bが形成され、電荷蓄積電極6a及び電荷転送電極6bは、転送段4毎にそれぞれ共通結線される。   The horizontal charge transfer unit 1 and the output unit 7 have a layer structure in which, for example, a p-type well 18 and a buried channel type n-type horizontal transfer channel 5 are formed in this order on the surface of an n-type semiconductor substrate 17, for example. A charge storage electrode 6a and a charge transfer electrode 6b are formed on the horizontal transfer channel 5 via an insulating film (not shown), and the charge storage electrode 6a and the charge transfer electrode 6b are connected in common for each transfer stage 4. The

出力部7は、FD領域8がn型に、リセットゲート部11がn型に、リセットドレイン領域12がn型に形成される。リセットゲート部11上には、図示しない絶縁膜を介してリセットゲート電極13が形成されている。 In the output unit 7, the FD region 8 is formed in an n + type, the reset gate unit 11 is formed in an n type, and the reset drain region 12 is formed in an n + type. A reset gate electrode 13 is formed on the reset gate portion 11 via an insulating film (not shown).

なお、本明細書及び図面においては、p型不純物が添加されて、実効不純物濃度が低下しているn型チャネル領域をn、n型不純物が添加されて、実効不純物濃度が増加しているn型チャネル領域をn、p型不純物が添加されて実効不純物濃度が増加しているp型領域をpと表記する。 In the present specification and drawings, the n-type channel region, in which the effective impurity concentration is decreased by adding p-type impurities, is added to n , and the effective impurity concentration is increased by adding n-type impurities. The n-type channel region is expressed as n + , and the p-type region in which the effective impurity concentration is increased by adding a p-type impurity is expressed as p + .

上記のような固体撮像素子に対して、各転送段の電荷転送効率をさらに向上させるための技術が特許文献1に記載されている。この技術では、例えばボロン等のp型不純物をイオン注入法により基板内に導入する際、マスクとなる電極層の側面部をテーパー状に形成し、電極側面部の膜厚の薄くなった部分をp型不純物が貫通しやすくしている。これにより、電極層側面部下方でp型不純物が注入が不足する領域に対して、十分な量のp型不純物を注入することができ、その領域で電位の窪みが発生することを抑制している。電位の窪みが発生すると、信号電荷が電位の窪みにトラップされ、また、電位の窪み近傍の転送電界が弱くなって、電荷の転送効率が低下することになる。特許文献1の技術では、電極層の側面部を加工することで、このような転送効率の低下を防いでいる。なお、この特許文献1の構成は、水平転送領域にポテンシャル段差を付けて電荷の転送効率を向上させるものである。
特開平9−289309号公報
Patent Document 1 describes a technique for further improving the charge transfer efficiency of each transfer stage with respect to the solid-state imaging device as described above. In this technique, for example, when a p-type impurity such as boron is introduced into a substrate by an ion implantation method, the side surface portion of the electrode layer serving as a mask is formed in a tapered shape, and the thin portion of the electrode side surface portion is formed. The p-type impurity is easy to penetrate. As a result, a sufficient amount of p-type impurity can be implanted into a region where the p-type impurity is insufficiently implanted below the side surface of the electrode layer, and generation of a potential depression in the region is suppressed. Yes. When the potential depression occurs, the signal charge is trapped in the potential depression, and the transfer electric field in the vicinity of the potential depression becomes weak, so that the charge transfer efficiency decreases. In the technique of Patent Document 1, such a decrease in transfer efficiency is prevented by processing the side surface portion of the electrode layer. The configuration of Patent Document 1 improves the charge transfer efficiency by adding a potential step to the horizontal transfer region.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-289309

ところで、素子の水平転送領域にポテンシャル段差を付ける方法には、上記特許文献1のように電極層をテーパエッチングしてイオン注入する方法や、通常のフォトリソ工程でパターニングしてイオン注入する方法がある。しかしながら、これらの方法では工程数が増え、処理時間が余分にかかり、部品の製造コストを増大させる要因となる不利があった。また、水平転送領域に接続される出力ゲート領域では、電荷転送効率が低下しやすくなる問題があった。   By the way, as a method of providing a potential step in the horizontal transfer region of the element, there are a method of performing ion etching by taper etching of an electrode layer as in the above-mentioned Patent Document 1, and a method of performing ion implantation by patterning in a normal photolithography process. . However, these methods have disadvantages that increase the number of steps, take extra processing time, and increase the manufacturing cost of parts. In addition, in the output gate region connected to the horizontal transfer region, there is a problem that the charge transfer efficiency tends to be lowered.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、素子形成のためのプロセスを追加して煩雑化させることなく、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ電荷の転送効率を向上することのできる固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and can improve the charge transfer efficiency while ensuring the transfer charge capacity of the output gate without adding complexity to the process for forming the element. An object of the present invention is to provide an imaging device and a manufacturing method thereof.

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子であって、前記水平電荷転送部は、前記半導体基板内にp型半導体層が形成され、該p型半導体層の浅い領域に電荷転送用のn型半導体層が形成されてなり、前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配設された出力ゲート領域において、p型不純物を添加した不純物添加領域が前記出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, a vertical charge transfer unit that transfers a signal charge generated by the photoelectric conversion unit in a vertical direction, and a transfer from the vertical charge transfer unit A solid-state imaging device formed on a semiconductor substrate includes a horizontal charge transfer unit that transfers a signal charge in a horizontal direction and an output unit that converts the signal charge transferred from the horizontal charge transfer unit into an electric signal and outputs the electric signal. The horizontal charge transfer unit includes a p-type semiconductor layer formed in the semiconductor substrate, and an n-type semiconductor layer for charge transfer formed in a shallow region of the p-type semiconductor layer. In the output gate region disposed at the end portion on the output portion side, an impurity doped region to which a p-type impurity is added is formed in a part of the output gate region on the upstream side in the charge transfer direction. A solid-state imaging device.

この固体撮像素子によれば、出力ゲート領域において、p型不純物を添加した不純物添加領域が、出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成されていることにより、出力ゲート領域内にポテンシャル段差が生じる。この段差によって、信号電荷を確実に出力ゲート領域から転送方向下流側に転送することができ、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ転送効率が向上する。   According to this solid-state imaging device, in the output gate region, the impurity-added region to which the p-type impurity is added is formed in part of the output gate region on the upstream side in the charge transfer direction. A potential step occurs. By this step, the signal charge can be reliably transferred from the output gate region to the downstream side in the transfer direction, and the transfer efficiency is improved while ensuring the transfer charge capacity of the output gate.

(2) 前記出力ゲート領域内における前記不純物添加領域の境界が、前記半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜していることを特徴とする(1)記載の固体撮像素子。 (2) The solid state according to (1), wherein a boundary of the impurity added region in the output gate region is inclined toward the upstream side in the charge transfer direction with respect to the depth direction of the semiconductor substrate. Image sensor.

この固体撮像素子によれば、不純物添加領域の境界が半導体基板の深さ方向に対して傾斜していることで、出力ゲート領域内のポテンシャル分布が電荷の転送方向に向かう傾斜を持つ。これにより、電位勾配によるドリフトによって信号電荷が一層円滑に転送されるようになる。   According to this solid-state imaging device, the potential distribution in the output gate region has an inclination toward the charge transfer direction because the boundary of the impurity-added region is inclined with respect to the depth direction of the semiconductor substrate. As a result, the signal charge is transferred more smoothly due to the drift due to the potential gradient.

(3) 前記不純物添加領域の境界が、前記出力ゲート領域に形成されていることを特徴とする(1)又は(2)記載の固体撮像素子。 (3) The solid-state imaging device according to (1) or (2), wherein a boundary of the impurity added region is formed in the output gate region.

この固体撮像素子によれば、不純物添加領域が出力ゲート領域に形成されることで、出力ゲート領域内のポテンシャル分布がバランスのよい電位勾配となり、信号電荷の転送がより円滑となる。   According to this solid-state imaging device, since the impurity-added region is formed in the output gate region, the potential distribution in the output gate region becomes a well-balanced potential gradient, and the signal charge transfer becomes smoother.

(4) 入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板内にp型半導体層を形成するステップと、前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域に開口を有し、該出力ゲート領域の電荷転送方向下流側に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向下流側に所定角度で傾斜した斜め方向からp型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、前記p型半導体層の浅い領域に電荷転送用のn型半導体層を形成するステップと、を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 (4) A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, a vertical charge transfer unit that transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit in a vertical direction, and a transfer from the vertical charge transfer unit Manufacture of a solid-state imaging device formed on a semiconductor substrate with a horizontal charge transfer unit that transfers the signal charge in the horizontal direction and an output unit that converts the signal charge transferred from the horizontal charge transfer unit into an electrical signal and outputs the electrical signal A step of forming a p-type semiconductor layer in the semiconductor substrate; and an output gate region disposed at an end of the horizontal charge transfer unit on the output unit side, wherein the output gate region Forming a resist pattern having an edge of the opening on the downstream side in the charge transfer direction, and an oblique direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate to the downstream side in the charge transfer direction using the resist as a mask Solid-state imaging comprising the steps of: ion-implanting p-type impurities to form an impurity doped region; and forming an n-type semiconductor layer for charge transfer in a shallow region of the p-type semiconductor layer. Device manufacturing method.

この固体撮像素子の製造方法によれば、p型半導体層を形成し、水平電荷転送部の出力ゲート領域が開口され、出力ゲートの電荷転送方向下流側に開口の縁部を有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、固体撮像素子の光電変換素子等の他の部位を形成するために用いるレジストを利用したものである。そして、このレジストをマスクとして、半導体基板垂直方向から電荷転送方向下流側に所定角度で傾斜した斜め方向からp型不純物をイオン注入すると、レジストの開口縁部では、p型不純物がレジストで吸収されて基板に殆ど到達しない部分から、レジストの端部を突き抜けて基板に衝突する部分、p型不純物がレジストの開口から直接基板へ衝突する部分までの範囲で、p型不純物の打ち込み深さが変化する。その結果、不純物添加領域の境界が、半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜して、出力ゲート領域内のポテンシャル分布が、電荷の転送方向に向かう傾斜を持つ。そして、上記p型半導体層の浅い領域にn型半導体層を形成する。これにより、電位勾配によるドリフトによって信号電荷が円滑に転送される構成にできる。   According to this method for manufacturing a solid-state imaging device, a p-type semiconductor layer is formed, an output gate region of a horizontal charge transfer portion is opened, and a resist pattern having an opening edge on the downstream side in the charge transfer direction of the output gate is formed To do. This resist pattern uses a resist used for forming other parts such as a photoelectric conversion element of a solid-state imaging device. Then, using this resist as a mask, when p-type impurities are ion-implanted from an oblique direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate to the downstream side of the charge transfer direction, the p-type impurities are absorbed by the resist at the opening edge of the resist. The depth of implantation of the p-type impurity varies from the part that hardly reaches the substrate to the part that penetrates the edge of the resist and collides with the substrate, and the part that the p-type impurity collides with the substrate directly from the resist opening. To do. As a result, the boundary of the impurity added region is inclined toward the upstream side in the charge transfer direction with respect to the depth direction of the semiconductor substrate, and the potential distribution in the output gate region has an inclination in the charge transfer direction. Then, an n-type semiconductor layer is formed in a shallow region of the p-type semiconductor layer. Accordingly, the signal charge can be smoothly transferred by the drift due to the potential gradient.

(5) 入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板内にp型半導体層を形成するステップと、前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域の少なくとも一部に開口を有し、該出力ゲート領域内に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向上流側に所定角度で傾斜した斜め方向からp型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、前記p型半導体層の浅い領域に電荷転送用のn型半導体層を形成するステップと、を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 (5) A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, a vertical charge transfer unit that transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit in the vertical direction, and a transfer from the vertical charge transfer unit Manufacture of a solid-state imaging device formed on a semiconductor substrate with a horizontal charge transfer unit that transfers the signal charge in the horizontal direction and an output unit that converts the signal charge transferred from the horizontal charge transfer unit into an electrical signal and outputs the electrical signal A method comprising: forming a p-type semiconductor layer in the semiconductor substrate; and an opening in at least a part of an output gate region disposed at an end of the horizontal charge transfer unit on the output unit side, Forming a resist pattern having an edge of the opening in the output gate region; and an oblique direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate to the upstream side in the charge transfer direction using the resist as a mask And a step of forming an impurity doped region by ion implantation of a p-type impurity, and a step of forming an n-type semiconductor layer for charge transfer in a shallow region of the p-type semiconductor layer. Device manufacturing method.

この固体撮像素子の製造方法によれば、p型半導体層を形成し、出力ゲート領域の少なくとも一部が開口し、この出力ゲート領域内に開口の縁部を有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、固体撮像素子の光電変換素子等の他の部位を形成するために用いるレジストを利用したものである。このレジストをマスクとして、半導体基板垂直方向から電荷転送方向上流側に所定角度で傾斜した斜め方向からp型不純物をイオン注入すると、レジストの開口縁部では、p型不純物がレジストで吸収されて基板に殆ど到達しない部分から、レジストの端部を突き抜けて基板に衝突する部分、p型不純物がレジストの開口から直接基板へ衝突する部分までの範囲で、p型不純物の打ち込み深さが変化する。その結果、不純物添加領域の境界が、半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜して、出力ゲート領域内のポテンシャル分布が、電荷の転送方向に向かう傾斜を持つ。そして、上記p型半導体層の浅い領域にn型半導体層を形成する。これにより、電位勾配によるドリフトによって信号電荷が円滑に転送される構成にできる。   According to this method for manufacturing a solid-state imaging device, a p-type semiconductor layer is formed, and at least a part of the output gate region is opened, and a resist pattern having an edge of the opening is formed in the output gate region. This resist pattern uses a resist used for forming other parts such as a photoelectric conversion element of a solid-state imaging device. When this resist is used as a mask and p-type impurities are ion-implanted from an oblique direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate to the upstream side in the charge transfer direction, the p-type impurities are absorbed by the resist at the opening edge of the resist. The depth of implantation of the p-type impurity changes in a range from a portion that hardly reaches the region to a portion that penetrates the edge of the resist and collides with the substrate, and a portion that the p-type impurity collides with the substrate directly from the opening of the resist. As a result, the boundary of the impurity added region is inclined toward the upstream side in the charge transfer direction with respect to the depth direction of the semiconductor substrate, and the potential distribution in the output gate region has an inclination in the charge transfer direction. Then, an n-type semiconductor layer is formed in a shallow region of the p-type semiconductor layer. Accordingly, the signal charge can be smoothly transferred by the drift due to the potential gradient.

本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、素子形成のためのプロセスを追加して煩雑化させることなく、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ電荷の転送効率を向上することができる。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to improve the charge transfer efficiency while ensuring the transfer charge capacity of the output gate without adding complexity to the process for forming the device. .

以下、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る固体撮像素子の平面模式図、図2は図1に示す固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成図で、(a)は拡大平面図、(b)は(a)に示すA−A線の断面模式図である。
図1に示す固体撮像素子100は、例えばCCDイメージセンサであって、撮像光学系が結像した光学像を電気信号に変換する光学素子である。この固体撮像素子100は、後述する光電変換素子、垂直電荷転送部25、水平電荷転送部31、出力部37とを含んで構成される。
Preferred embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a horizontal transfer unit and an output unit of the solid-state imaging device shown in FIG. 1, (a) is an enlarged plan view, and (b) is ( It is a cross-sectional schematic diagram of the AA line shown to a).
A solid-state imaging device 100 shown in FIG. 1 is a CCD image sensor, for example, and is an optical device that converts an optical image formed by an imaging optical system into an electrical signal. The solid-state imaging device 100 includes a photoelectric conversion element, a vertical charge transfer unit 25, a horizontal charge transfer unit 31, and an output unit 37, which will be described later.

固体撮像素子100には、n型のシリコン基板21の表面部に光電変換素子であるフォトダイオード23が多数形成され、受光により各フォトダイオード23で発生した信号電荷を列方向(図1中のY方向)に転送するための垂直電荷転送部25が、列方向に配設された複数のフォトダイオード23からなる複数のフォトダイオード列の間に形成される。   In the solid-state imaging device 100, a large number of photodiodes 23, which are photoelectric conversion elements, are formed on the surface portion of an n-type silicon substrate 21, and signal charges generated in the photodiodes 23 upon receiving light are transmitted in the column direction (Y in FIG. 1). Vertical charge transfer section 25 for transferring in the direction) is formed between a plurality of photodiode rows comprising a plurality of photodiodes 23 arranged in the column direction.

垂直電荷転送部25は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板21表面部に形成された複数本の垂直転送チャネル27と、垂直転送チャネル27の上層に形成された電荷転送電極(図示略)と、フォトダイオード23で発生した電荷を垂直転送チャネル27に読み出すための電荷読み出し領域29とを含む。   The vertical charge transfer unit 25 includes a plurality of vertical transfer channels 27 formed on the surface portion of the silicon substrate 21 corresponding to each of the plurality of photodiode columns, and a charge transfer electrode ( And a charge readout region 29 for reading out the charge generated in the photodiode 23 to the vertical transfer channel 27.

複数の垂直電荷転送部25が接続される水平電荷転送部31は、前述の図8に示す水平電荷転送部1と同様に、水平転送レジスタ部33と出力ゲート35とを含んで構成され、垂直電荷転送部25から送られてくる信号電荷を、水平方向(図中のX方向)に出力ゲート35に向けて高速に転送する。そして、電荷−電圧変換された後、水平電荷転送部31の電荷転送方向下流側端部に設けられた出力部37の出力アンプ39により電圧信号が増幅されて、これが出力信号として出力される。   A horizontal charge transfer unit 31 to which a plurality of vertical charge transfer units 25 are connected is configured to include a horizontal transfer register unit 33 and an output gate 35 as in the horizontal charge transfer unit 1 shown in FIG. The signal charge sent from the charge transfer unit 25 is transferred at high speed toward the output gate 35 in the horizontal direction (X direction in the figure). After the charge-voltage conversion, the voltage signal is amplified by the output amplifier 39 of the output unit 37 provided at the downstream end of the horizontal charge transfer unit 31 in the charge transfer direction, and this is output as an output signal.

次に、本実施形態に係る固体撮像素子100の水平電荷転送部31及び出力部37の構成について図2を用いて詳細に説明する。
図2(a)、(b)に示す第1の実施形態による固体撮像装置の水平電荷転送部31及び出力部37の構成は、図8に示したそれらに比べて、不純物添加領域Sを設けて電荷転送効率を向上させている点が異なるだけであり、他の構成は図8と同様である。
Next, the configuration of the horizontal charge transfer unit 31 and the output unit 37 of the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
The configurations of the horizontal charge transfer unit 31 and the output unit 37 of the solid-state imaging device according to the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B are provided with an impurity-added region S compared to those shown in FIG. The only difference is that the charge transfer efficiency is improved, and the other configuration is the same as that of FIG.

図2(a)に示すように、水平転送チャネル41は、水平転送レジスタ部33の最終段の転送段43及び出力ゲート35において、出力部37に向かって幅(Y方向の長さ)が徐々に狭くなる構造を有する。これは、フローティングディフージョン(FD)領域45の出力電圧が、FD領域45の静電容量に反比例するので、大きな出力電圧が得られるように、FD領域45の静電容量、即ち、平面視における面積を小さく設定しているためである。また、図示例では双方を略等しい長さで表しているが、実際には出力ゲート35に設けられる出力ゲート電極47は、転送段43,43,…の電荷蓄積電極48a、電荷転送電極48bよりも一般にX方向の幅を広く設定される。これによって電荷の転送量を稼ぐことができる。   As shown in FIG. 2A, the horizontal transfer channel 41 gradually increases in width (length in the Y direction) toward the output unit 37 in the final transfer stage 43 and the output gate 35 of the horizontal transfer register unit 33. Have a narrowing structure. This is because the output voltage of the floating diffusion (FD) region 45 is inversely proportional to the capacitance of the FD region 45, so that a large output voltage can be obtained, that is, in plan view. This is because the area is set small. In the illustrated example, both are represented by substantially equal lengths. Actually, however, the output gate electrode 47 provided in the output gate 35 is more than the charge storage electrodes 48a and charge transfer electrodes 48b of the transfer stages 43, 43,. In general, the width in the X direction is set wide. As a result, the charge transfer amount can be earned.

また、図2(b)に示すように、水平転送チャネル41が例えばn型半導体で形成されているとき、不純物添加領域Sは、水平転送チャネル41にp型不純物を添加することによって形成する。このため不純物添加領域Sは、n型半導体層である水平転送チャネル41と、その下方のpウェル層51との双方において、p型不純物濃度が増加した状態となる。そして、不純物添加領域Sの端部における境界は、出力ゲート35の領域内で適切な位置に設定される。従って、出力ゲート35の領域内における電荷転送方向上流側にp型不純物の濃度を増加させた不純物添加領域Sが形成されている。   As shown in FIG. 2B, when the horizontal transfer channel 41 is formed of, for example, an n-type semiconductor, the impurity-added region S is formed by adding a p-type impurity to the horizontal transfer channel 41. For this reason, the impurity doped region S is in a state where the p-type impurity concentration is increased in both the horizontal transfer channel 41 which is an n-type semiconductor layer and the p-well layer 51 therebelow. The boundary at the end of the impurity doped region S is set at an appropriate position within the region of the output gate 35. Therefore, an impurity added region S in which the concentration of the p-type impurity is increased is formed on the upstream side in the charge transfer direction in the region of the output gate 35.

そして、FD領域45に転送された信号電荷は、電荷−電圧変換後、リセットゲート部53を経て、リセットドレイン領域55に放出される。放出の際には、リセットゲート電極57によりリセットゲート部53に一定の電圧φRGが印加される。   The signal charges transferred to the FD region 45 are discharged to the reset drain region 55 through the reset gate portion 53 after charge-voltage conversion. At the time of discharge, a constant voltage φRG is applied to the reset gate portion 53 by the reset gate electrode 57.

次に、図3を用いて上記構成の水平転送チャネル41による電荷転送の様子を説明する。図3は水平転送チャネルの電荷転送動作の説明図であって、(a)は水平転送チャネルの要部拡大断面図、(b)は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、(c)は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をFD領域45に転送する様子を示すグラフである。   Next, the state of charge transfer by the horizontal transfer channel 41 configured as described above will be described with reference to FIG. 3A and 3B are explanatory views of the charge transfer operation of the horizontal transfer channel, where FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of the main part of the horizontal transfer channel, and FIG. 3B is a potential distribution diagram along the charge transfer direction of the horizontal transfer channel. FIG. 5C is a graph showing a state where charges are accumulated in the storage electrode, and FIG. 8C is a graph showing a state where charges accumulated in the charge storage electrode are transferred to the FD region 45 in the same potential distribution diagram.

図3(a)に示すように、不純物添加領域Sが出力ゲート35(出力ゲート電極47)の領域で電荷転送方向上流側に形成されることで、図3(b)に示すように、その不純物添加領域SのポテンシャルはΔp1だけ低くなる(グラフの波形は高くなる)。すると、出力ゲート35の位置のポテンシャル分布は、出力ゲート35の全幅Lのうち、不純物添加領域Sに含まれる幅Laに対してはポテンシャルが低くなり、常に電荷転送方向下流側のポテンシャルが深くなるポテンシャル段差が形成される。 As shown in FIG. 3A, the impurity-added region S is formed in the region of the output gate 35 (output gate electrode 47) on the upstream side in the charge transfer direction, and as shown in FIG. The potential of the impurity added region S is lowered by Δp 1 (the waveform of the graph is increased). Then, the potential distribution at the position of the output gate 35 has a lower potential with respect to the width La included in the impurity-added region S in the entire width L of the output gate 35, and the potential on the downstream side in the charge transfer direction is always deeper. A potential step is formed.

その結果、図3(c)に示すように、出力ゲート電極47に所定の電圧VOGを印加して、第1電荷蓄積電極48aの位置に蓄積された電荷QをFD領域45に転送する際に、電荷Qは円滑にFD領域45に流れ、これにより、信号電荷の転送残しを無くし、転送時間を短縮して、転送効率を向上させることができる。   As a result, as shown in FIG. 3C, when a predetermined voltage VOG is applied to the output gate electrode 47, the charge Q accumulated at the position of the first charge accumulation electrode 48a is transferred to the FD region 45. The charge Q smoothly flows to the FD region 45, thereby eliminating the transfer residue of the signal charge, shortening the transfer time, and improving the transfer efficiency.

次に、上述の水平電荷転送部31及び出力部37の一製造工程例を以下に説明する。
図4は本発明に係る固体撮像素子の水平電荷転送部と出力部の製造プロセスの説明図である。
以下、図4に基づいて製造プロセスを順次説明する。
まず、図4(a)に示すシリコン基板21の表面に、図4(b)に示すようにSiO2の酸化膜61を形成する。この酸化膜61の膜厚は例えば20nm程度に形成される。
Next, an example of a manufacturing process of the horizontal charge transfer unit 31 and the output unit 37 will be described below.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the horizontal charge transfer unit and the output unit of the solid-state imaging device according to the present invention.
Hereinafter, the manufacturing process will be sequentially described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 4B, an SiO 2 oxide film 61 is formed on the surface of the silicon substrate 21 shown in FIG. The oxide film 61 is formed to a thickness of about 20 nm, for example.

次いで、p型不純物、例えばボロンBをイオン注入して、酸化膜61の下部にpウェル層51を形成する(図4(c))。そして、レジスト63を出力ゲート電極の幅方向(X方向)の相当する位置を端部境界として、酸化膜61上にパターニングする(図4(d))。   Next, a p-type impurity, for example, boron B is ion-implanted to form a p-well layer 51 below the oxide film 61 (FIG. 4C). Then, the resist 63 is patterned on the oxide film 61 with the position corresponding to the width direction (X direction) of the output gate electrode as an end boundary (FIG. 4D).

さらに、このレジスト63をマスクとしてp型不純物、例えばボロンBを(加速エネルギ60〜100keV(好ましくは80keV)、ドーズ量1×1011〜1×1015cm−2(好ましくは1.6×1012cm−2)でイオン注入し、酸化膜61下方のpウェル層51に、p型不純物を高濃度に添加した不純物添加領域Sを形成する(図4(e))。 Further, using this resist 63 as a mask, a p-type impurity such as boron B (acceleration energy 60 to 100 keV (preferably 80 keV), dose amount 1 × 10 11 to 1 × 10 15 cm −2 (preferably 1.6 × 10). 12 cm −2 ), and an impurity-added region S in which a p-type impurity is added at a high concentration is formed in the p-well layer 51 below the oxide film 61 (FIG. 4E).

次に、パターニングされたレジスト63を除去し(図4(f))、再びレジスト(図示せず)をパターニングして、このレジストをマスクとしてn型不純物、例えばリンP又は砒素Asをイオン注入する(例えば、リンPの場合は加速エネルギ80〜120keV、ドーズ量1.0×1012〜3.0×1012cm−2、砒素Asの場合は加速エネルギ80〜120keV、ドーズ量1.0×1012〜3.0×1012cm−2)。これにより、水平転送チャネル41となるn型半導体層が形成される(図4(g))。その後、酸化膜61を除去し(図4(h))、SiO2、SiN,SiO2を積層したONO膜65を形成する(図4(i))。 Next, the patterned resist 63 is removed (FIG. 4F), the resist (not shown) is patterned again, and n-type impurities such as phosphorus P or arsenic As are ion-implanted using this resist as a mask. (For example, in the case of phosphorus P, the acceleration energy is 80 to 120 keV and the dose is 1.0 × 10 12 to 3.0 × 10 12 cm −2 , and in the case of arsenic As, the acceleration energy is 80 to 120 keV and the dose is 1.0 ×. 10 12 ~3.0 × 10 12 cm -2 ). As a result, an n-type semiconductor layer to be the horizontal transfer channel 41 is formed (FIG. 4G). Thereafter, the oxide film 61 is removed (FIG. 4H), and an ONO film 65 in which SiO 2 , SiN, and SiO 2 are laminated is formed (FIG. 4I).

ここで、上記のレジスト63は、従来より用いられているレジストと同様のものであるが、そのパターンを、出力ゲート35の付近で異なせている。即ち、従来は不純物添加領域Sを出力ゲート35の上流端まで形成していたが、本実施形態の不純物添加領域Sの境界を出力ゲート35の下まで延設している。また、不純物添加領域Sを画成するイオン注入は、他の部位のためのイオン注入や閾値電圧調整用のイオン注入のプロセスを利用する。従って、本発明では、このレジスト63を用いて不純物添加領域Sを形成することにより、通常のプロセスに加えてレジスト塗布、パターニング、イオン注入といった処理を改めて行う必要はない。   Here, the resist 63 is the same as a conventionally used resist, but the pattern is different in the vicinity of the output gate 35. That is, the impurity doped region S is conventionally formed up to the upstream end of the output gate 35, but the boundary of the impurity doped region S of the present embodiment is extended below the output gate 35. The ion implantation for defining the impurity-added region S uses an ion implantation process for other parts or an ion implantation process for adjusting a threshold voltage. Therefore, in the present invention, by forming the impurity-added region S using the resist 63, it is not necessary to perform processing such as resist coating, patterning, and ion implantation in addition to the normal process.

次に、このONO膜65上に、電荷蓄積電極48aをパターニングして形成した後(図4(j))、さらにレジスト67を、電荷蓄積電極48a同士間が開口する状態にパターニングし(図4(k))、このレジスト67及び電荷蓄積電極48aをマスクとして、p型不純物、例えばボロンBをイオン注入する(図3(l))。これにより、電荷蓄積電極48a同士間の水平転送チャネル41には、埋め込み型のn-領域69が形成される。 Next, after the charge storage electrode 48a is formed on the ONO film 65 by patterning (FIG. 4 (j)), the resist 67 is further patterned so that the charge storage electrodes 48a are opened (FIG. 4). (K)) Using this resist 67 and the charge storage electrode 48a as a mask, a p-type impurity such as boron B is ion-implanted (FIG. 3L). As a result, a buried n region 69 is formed in the horizontal transfer channel 41 between the charge storage electrodes 48a.

続いて、このn-領域69の上方に電荷転送電極48bを形成するとともに、最終段の電荷蓄積電極48aの出力部37側となる側に出力ゲート電極47を形成する。また、このときに、リセットゲート電極57をリセットゲート部53に相当する位置に形成する(図4(n))。 Subsequently, the charge transfer electrode 48b is formed above the n region 69, and the output gate electrode 47 is formed on the side of the final stage charge storage electrode 48a which is the output portion 37 side. At this time, the reset gate electrode 57 is formed at a position corresponding to the reset gate portion 53 (FIG. 4 (n)).

次に、電荷蓄積電極48a、電荷転送電極48b、出力ゲート電極47、リセットゲート電極57の上にレジスト71をパターニングして形成する(図4(o)。この状態でn型不純物、例えばリンP又は砒素Asをレジスト71をマスクとしてイオン注入し(例えば加速エネルギ80〜150keV、ドーズ量5.0×1014〜3.0×1015cm−2)、n層を形成する(図4(p))。このn層が、それぞれFD領域45とリセットドレイン領域55となる。最後に、レジスト71を除去すれば水平電荷転送部31及び出力部37が作製される(図4(q))。 Next, a resist 71 is formed by patterning on the charge storage electrode 48a, the charge transfer electrode 48b, the output gate electrode 47, and the reset gate electrode 57 (FIG. 4 (o)). Alternatively, arsenic As is ion-implanted using the resist 71 as a mask (for example, acceleration energy 80 to 150 keV, dose amount 5.0 × 10 14 to 3.0 × 10 15 cm −2 ), and an n + layer is formed (FIG. 4 ( p)) The n + layers become the FD region 45 and the reset drain region 55. Finally, if the resist 71 is removed, the horizontal charge transfer unit 31 and the output unit 37 are fabricated (FIG. 4 (q)). ).

以上説明した本発明に係る固体撮像素子100によれば、通常の素子形成のプロセスに追加することなく、不純物添加領域Sを形成し、電荷転送効率を向上させている。即ち、従来のプロセスで用いていたレジストに窓を設け、この窓からp型不純物を水平転送レジスタ部33にイオン注入することで不純物添加領域Sを形成し、これにより、出力ゲート電極47下方の水平転送チャネル41の幅方向途中からの電位ポテンシャルを変更する。つまり、出力ゲート電極47の位置のポテンシャル分布を、常に不純物添加領域Sを低く、それ以外の領域を高くしたポテンシャルの段差を形成する。このポテンシャル段差が信号電荷の転送を促すように機能する。   According to the solid-state imaging device 100 according to the present invention described above, the impurity-added region S is formed and the charge transfer efficiency is improved without adding to the normal element formation process. That is, a window is provided in the resist used in the conventional process, and p-type impurities are ion-implanted into the horizontal transfer register portion 33 from this window, thereby forming the impurity added region S. Thus, the region below the output gate electrode 47 is formed. The potential potential from the middle in the width direction of the horizontal transfer channel 41 is changed. That is, a potential step is formed in which the potential distribution at the position of the output gate electrode 47 is always lower in the impurity-added region S and higher in other regions. This potential step functions to facilitate the transfer of signal charges.

このように、出力ゲート35下方のポテンシャル分布で、電位の平坦な部分が減少し、電荷転送時における全体的な電位勾配が細かくなった結果、信号電荷は高速で転送され、転送残りも生じにくくなる。   As described above, in the potential distribution below the output gate 35, the flat portion of the potential is reduced, and the overall potential gradient at the time of charge transfer becomes fine. As a result, the signal charge is transferred at high speed, and the transfer residue is hardly generated. Become.

次に、本発明に係る固体撮像素子の第2実施形態を説明する。
本実施形態においては、前述の図4に示すプロセスに従って不純物添加領域Sを形成する際に、p型不純物、例えばボロンBをシリコン基板面に対して斜めに注入している。そして、パターニングされたレジストの縁部を利用して、不純物添加領域Sの境界部分にレジストの突き抜け具合に応じたポテンシャル勾配を設けている。
Next, a second embodiment of the solid-state image sensor according to the present invention will be described.
In the present embodiment, when forming the impurity-added region S according to the process shown in FIG. 4 described above, a p-type impurity, for example, boron B is implanted obliquely with respect to the silicon substrate surface. Then, a potential gradient corresponding to the degree of penetration of the resist is provided at the boundary portion of the impurity added region S by using the edge portion of the patterned resist.

図5は不純物添加領域Sを形成する際のイオン注入の様子を示す説明図で、図4(e)に対応した断面図である。第1実施形態のイオン注入とは、p型不純物を斜めに注入する点で異なっている。
本実施形態においては、ボロンB等のp型不純物をイオン注入する際に、シリコン基板21の基板垂直方向Lから所定の角度φ1で電荷転送方向下流側に傾斜した斜め方向から注入する。すると、レジスト63の縁部付近では、p型不純物の一部がパターニングされたレジスト63の縁部を突き抜けてpウェル層51内に到達する。その結果、p型不純物の注入された不純物添加領域Sが深さ方向に傾斜した分布を呈する。つまり、レジスト63の縁部近傍では、縁部から離れるに従ってp型不純物の濃度が増加し、不純物添加領域Sの深さが増加する。そして、p型不純物がレジスト63の縁部をかすめてpウェル層51に到達する領域からは不純物添加領域Sの深さは一定となる。
FIG. 5 is an explanatory view showing a state of ion implantation when forming the impurity doped region S, and is a cross-sectional view corresponding to FIG. This differs from the ion implantation of the first embodiment in that p-type impurities are implanted obliquely.
In this embodiment, when p-type impurities such as boron B are ion-implanted, they are implanted from an oblique direction inclined at a predetermined angle φ 1 toward the downstream side in the charge transfer direction from the substrate vertical direction LN of the silicon substrate 21. Then, in the vicinity of the edge of the resist 63, a part of the p-type impurity penetrates the edge of the patterned resist 63 and reaches the p well layer 51. As a result, the impurity added region S into which the p-type impurity is implanted exhibits a distribution inclined in the depth direction. That is, in the vicinity of the edge of the resist 63, the concentration of the p-type impurity increases as the distance from the edge increases, and the depth of the impurity-added region S increases. The depth of the impurity added region S is constant from the region where the p-type impurity reaches the p-well layer 51 by grazing the edge of the resist 63.

図6は図5に示す深さ方向に傾斜した不純物添加領域Sを有する場合のポテンシャル分布と、電荷転送の様子を示す説明図であり、(a)は水平転送チャネルの要部拡大断面図、(b)は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、(c)は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をFD領域45に転送する様子を示すグラフである。   6 is an explanatory diagram showing the potential distribution and the state of charge transfer in the case of having the impurity doped region S inclined in the depth direction shown in FIG. 5, and (a) is an enlarged cross-sectional view of the main part of the horizontal transfer channel. (B) is a potential distribution diagram along the charge transfer direction of the horizontal transfer channel and is a graph showing a state in which charges are accumulated in the charge storage electrode. (C) is a potential distribution diagram and FD represents the charges accumulated in the charge storage electrode. It is a graph which shows a mode that it transfers to the area | region 45. FIG.

図6(a)に示すように、不純物添加領域Sが出力ゲート35領域で深さ方向への傾斜を有して形成されることで、図6(b)に示すように、その不純物添加領域Sのポテンシャルは最大でΔp2低くなる。すると、出力ゲート35の位置におけるポテンシャル分布は、出力ゲート35の全幅Lのうち、不純物添加領域Sとの境界付近で連続的にポテンシャルが変化して、常に電荷転送方向下流側のポテンシャルが滑らかに深く変化する段差が形成される。 As shown in FIG. 6A, the impurity-added region S is formed in the output gate 35 region with an inclination in the depth direction, so that the impurity-added region is formed as shown in FIG. 6B. The potential of S is reduced by Δp 2 at the maximum. Then, the potential distribution at the position of the output gate 35 continuously changes in the vicinity of the boundary with the impurity added region S in the entire width L of the output gate 35, and the potential on the downstream side in the charge transfer direction is always smooth. Deeply changing steps are formed.

これにより、図6(c)に示すように、出力ゲート電極47に所定の電圧VOGを印加して、電荷蓄積電極48aの位置に蓄積された電荷QをFD領域45に転送する際に、電荷Qは円滑にFD領域45に流れ、これにより、信号電荷の転送残しを無くし、転送時間を短縮して、転送効率を向上させることができる。また、出力ゲート35位置のポテンシャル分布を滑らかに変化させることで、矩形状のポテンシャル分布とした場合と比較して、ナローチャネル効果によるポテンシャル分布形状の崩れにより、蓄積電荷が漏れて電荷が減少することを防止できる。これにより、本願発明では、電荷転送効率を向上することと、必要十分な電荷転送容量を維持することとの両立が可能となる。   As a result, as shown in FIG. 6C, when a predetermined voltage VOG is applied to the output gate electrode 47 to transfer the charge Q accumulated at the position of the charge accumulation electrode 48a to the FD region 45, Q flows smoothly into the FD region 45, thereby eliminating the remaining transfer of signal charges, shortening the transfer time, and improving the transfer efficiency. In addition, by smoothly changing the potential distribution at the position of the output gate 35, the accumulated charge leaks due to the collapse of the potential distribution shape due to the narrow channel effect, as compared with the rectangular potential distribution. Can be prevented. As a result, in the present invention, it is possible to improve both the charge transfer efficiency and maintain the necessary and sufficient charge transfer capacity.

ここで、イオン注入のプロセスに対する変形例について、図7を用いて説明する。図7は不純物添加領域Sを形成する際の、他のイオン注入の様子を示す説明図で、図4(e)に対応した断面図である。
この場合のイオン注入の方向は、前述の基板垂直方向Lからの傾きφ1から逆方向のφ2にしている。即ち、電荷転送方向上流側に傾斜して注入方向が設定されている。そして、レジスト63の端部を、所望の位置に不純物添加領域Sが形成されるようにパターニングすることで、図5に示す場合と同様に、深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜した不純物添加領域Sが形成される。
この場合には、不純物添加領域Sの深さ方向の傾斜開始位置がレジスト63の端部位置にほとんど一致するため、位置合わせ精度を一層向上させることができる。
Here, a modification of the ion implantation process will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an explanatory view showing another state of ion implantation when forming the impurity doped region S, and is a cross-sectional view corresponding to FIG.
The direction of ion implantation in this case is set to φ 2 in the opposite direction from the inclination φ 1 from the substrate vertical direction LN described above. That is, the injection direction is set so as to incline upstream in the charge transfer direction. Then, by patterning the end portion of the resist 63 so that the impurity-added region S is formed at a desired position, as in the case shown in FIG. 5, the charge transfer direction upstream with respect to the depth direction. As a result, an inclined impurity doped region S is formed.
In this case, since the tilt start position of the impurity-added region S in the depth direction almost coincides with the end position of the resist 63, the alignment accuracy can be further improved.

以上説明した各実施形態の固体撮像素子によれば、水平転送チャネルに不純物添加領域Sを形成するとともに、電荷転送の効率が最も低くなり得る出力ゲート35領域内に不純物添加領域Sの境界を位置させて形成することで、出力ゲート35内にポテンシャル分布の段差を設ける。この段差によって転送不良の発生を防止して電荷転送の高速駆動化が図られる。   According to the solid-state imaging device of each embodiment described above, the impurity-added region S is formed in the horizontal transfer channel, and the boundary of the impurity-added region S is located in the output gate 35 region where charge transfer efficiency can be minimized. As a result, a step in the potential distribution is provided in the output gate 35. This step prevents the occurrence of transfer failure and enables high-speed drive of charge transfer.

なお、上記の斜め方向のイオン注入は、出力ゲート35や水平転送レジスタ部33の部位に限らず、垂直転送チャネル27等の他の部位にも適用可能である。   Note that the above-described oblique ion implantation is applicable not only to the output gate 35 and the horizontal transfer register unit 33 but also to other parts such as the vertical transfer channel 27.

本発明に係る固体撮像素子の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the solid-state image sensor concerning the present invention. 図1に示す固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成図で、(a)は拡大平面図、(b)は(a)に示すA−A線の断面模式図である。2A and 2B are configuration diagrams of a horizontal transfer unit and an output unit of the solid-state imaging device illustrated in FIG. 1, in which FIG. 1A is an enlarged plan view, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along line AA illustrated in FIG. 水平転送チャネルの電荷転送動作の説明図であって、(a)は水平転送チャネルの要部拡大断面図、(b)は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、(c)は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をFD領域45に転送する様子を示すグラフである。It is explanatory drawing of the charge transfer operation | movement of a horizontal transfer channel, Comprising: (a) is a principal part expanded sectional view of a horizontal transfer channel, (b) is a potential distribution diagram along the charge transfer direction of a horizontal transfer channel. A graph showing a state where charges are accumulated, (c) is a graph showing a state where charges accumulated in the charge accumulation electrode are transferred to the FD region 45 in the same potential distribution diagram. 本発明に係る固体撮像素子の水平電荷転送部と出力部の製造プロセスの説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the horizontal charge transfer part and output part of the solid-state image sensor which concerns on this invention. 不純物添加領域を形成する際のイオン注入の様子を示す説明図で、図4(e)に対応した断面図である。It is explanatory drawing which shows the mode of the ion implantation at the time of forming an impurity addition area | region, and is sectional drawing corresponding to FIG.4 (e). 図5に示す深さ方向に傾斜した不純物添加領域Sを有する場合のポテンシャル分布と、電荷転送の様子を示す説明図であり、(a)は水平転送チャネルの要部拡大断面図、(b)は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、(c)は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をFD領域45に転送する様子を示すグラフである。6A and 6B are explanatory diagrams showing a potential distribution and a state of charge transfer in the case where the impurity added region S inclined in the depth direction shown in FIG. 5 is included, and FIG. Is a graph showing a state in which charges are accumulated in the charge storage electrode in the potential distribution diagram along the charge transfer direction of the horizontal transfer channel, and (c) is a graph showing the charge accumulated in the charge storage electrode in the potential distribution diagram in the FD region 45. It is a graph which shows a mode that it transfers. 不純物添加領域Sを形成する際の他のイオン注入の様子を示す説明図で、図4(e)に対応した断面図である。It is explanatory drawing which shows the mode of other ion implantation at the time of forming the impurity addition area | region S, and is sectional drawing corresponding to FIG.4 (e). 従来の固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the horizontal transfer part and output part of the conventional solid-state image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

21 シリコン基板
23 フォトダイオード
25 垂直電荷転送部
27 垂直転送チャネル
29 電荷読み出し領域
31 水平電荷転送部
33 水平転送レジスタ部
35 出力ゲート
37 出力部
39 出力アンプ
41 水平転送チャネル
43 転送段
45 フローティングディヒュージョン領域
47 出力ゲート電極
48a 電荷蓄積電極
48b 電荷転送電極
51 pウェル層
53 リセットゲート部
55 リセットドレイン領域
57 リセットゲート電極
61 SiO酸化膜
63 レジスト
65 ONO膜
67 レジスト
69 n領域
71 レジスト
100 固体撮像素子
S 不純物添加領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Silicon substrate 23 Photodiode 25 Vertical charge transfer part 27 Vertical transfer channel 29 Charge read-out area 31 Horizontal charge transfer part 33 Horizontal transfer register part 35 Output gate 37 Output part 39 Output amplifier 41 Horizontal transfer channel 43 Transfer stage 45 Floating diffusion area 47 output gate electrode 48a charge storage electrode 48b charge transfer electrode 51 p-well layer 53 reset gate portion 55 reset drain region 57 reset gate electrode 61 SiO 2 oxide film 63 resist 65 ONO film 67 resist 69 n - region 71 resist 100 solid-state imaging device S impurity added region

Claims (5)

入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子であって、
前記水平電荷転送部は、前記半導体基板内にp型半導体層が形成され、該p型半導体層の浅い領域に電荷転送用のn型半導体層が形成されてなり、
前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配設された出力ゲート領域において、p型不純物を添加した不純物添加領域が前記出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate signal charges, a vertical charge transfer unit that transfers signal charges generated by the photoelectric conversion unit in the vertical direction, and a signal charge that is transferred from the vertical charge transfer unit A solid-state imaging device formed on a semiconductor substrate, a horizontal charge transfer unit that horizontally transfers a signal charge, and an output unit that converts a signal charge transferred from the horizontal charge transfer unit into an electrical signal and outputs the electrical signal,
The horizontal charge transfer unit includes a p-type semiconductor layer formed in the semiconductor substrate, and an n-type semiconductor layer for charge transfer formed in a shallow region of the p-type semiconductor layer.
In the output gate region disposed at the end of the horizontal charge transfer unit on the output unit side, an impurity added region to which a p-type impurity is added is formed in a part of the output gate region on the upstream side in the charge transfer direction. A solid-state imaging device.
前記出力ゲート領域内における前記不純物添加領域の境界が、前記半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜していることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a boundary of the impurity added region in the output gate region is inclined toward an upstream side in a charge transfer direction with respect to a depth direction of the semiconductor substrate. 前記不純物添加領域の境界が、前記出力ゲート領域に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a boundary of the impurity added region is formed in the output gate region. 入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板内にp型半導体層を形成するステップと、
前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域に開口を有し、該出力ゲート領域の電荷転送方向下流側に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向下流側に所定角度で傾斜した斜め方向からp型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、
前記p型半導体層の浅い領域に電荷転送用のn型半導体層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate signal charges, a vertical charge transfer unit that transfers signal charges generated by the photoelectric conversion unit in the vertical direction, and a signal charge that is transferred from the vertical charge transfer unit A solid-state image sensor manufacturing method in which a horizontal charge transfer unit that horizontally transfers a signal charge and an output unit that converts a signal charge transferred from the horizontal charge transfer unit into an electrical signal and outputs the electric signal are formed on a semiconductor substrate. And
Forming a p-type semiconductor layer in the semiconductor substrate;
Forming a resist pattern having an opening in an output gate region disposed at an end of the horizontal charge transfer unit on the output unit side, and having an edge of the opening on the downstream side in the charge transfer direction of the output gate region; When,
Using the resist as a mask, forming a doped region by ion-implanting p-type impurities from an oblique direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate to the downstream side in the charge transfer direction;
Forming an n-type semiconductor layer for charge transfer in a shallow region of the p-type semiconductor layer;
The manufacturing method of the solid-state image sensor characterized by including.
入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板内にp型半導体層を形成するステップと、
前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域の少なくとも一部に開口を有し、該出力ゲート領域内に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向上流側に所定角度で傾斜した斜め方向からp型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、
前記p型半導体層の浅い領域に電荷転送用のn型半導体層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate signal charges, a vertical charge transfer unit that transfers signal charges generated by the photoelectric conversion unit in the vertical direction, and a signal charge that is transferred from the vertical charge transfer unit A solid-state image sensor manufacturing method in which a horizontal charge transfer unit that horizontally transfers a signal charge and an output unit that converts a signal charge transferred from the horizontal charge transfer unit into an electrical signal and outputs the electric signal are formed on a semiconductor substrate. And
Forming a p-type semiconductor layer in the semiconductor substrate;
Forming a resist pattern having an opening in at least a part of an output gate region disposed at an end of the horizontal charge transfer unit on the output unit side, and having an edge of the opening in the output gate region; ,
Using the resist as a mask, p-type impurities are ion-implanted from an oblique direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate to the upstream side of the charge transfer direction, thereby forming an impurity-added region;
Forming an n-type semiconductor layer for charge transfer in a shallow region of the p-type semiconductor layer;
The manufacturing method of the solid-state image sensor characterized by including.
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