JP2016001646A - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】フォトダイオードの飽和電荷量Qsの低下を防止可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、フォトダイオードと、画素分離領域と、高濃度部とを具備する。上記フォトダイオードは、主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される。上記画素分離領域は、上記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第1不純物と、ホウ素から成る第2不純物とを含み、上記複数のフォトダイオードの間に配置される。上記高濃度部は、上記画素分離領域に設けられ、上記第1不純物の濃度と、上記第2不純物の濃度とがいずれも相対的に高い。【選択図】図1A solid-state imaging device capable of preventing a decrease in the saturation charge amount Qs of a photodiode is provided. A solid-state imaging device includes a photodiode, a pixel isolation region, and a high concentration portion. The photodiodes are provided on a semiconductor substrate having a main surface and are arranged along the main surface. The pixel isolation region is provided on the semiconductor substrate, includes a non-carrier first impurity and a second impurity made of boron, and is disposed between the plurality of photodiodes. The high concentration portion is provided in the pixel isolation region, and both the concentration of the first impurity and the concentration of the second impurity are relatively high. [Selection] Figure 1
Description
本技術は、フォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域が設けられる固体撮像素子、及びその製造方法に関する。 The present technology relates to a solid-state imaging device provided with a pixel separation region for partitioning photodiodes, and a manufacturing method thereof.
一般的な固体撮像素子は、フォトダイオードが並べて形成された半導体基板を有する。固体撮像素子の半導体基板には、各画素ごとにフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域が設けられる。画素分離領域は、例えば、半導体基板へのホウ素(B)のイオン注入により形成される。 A general solid-state imaging device has a semiconductor substrate on which photodiodes are formed side by side. A pixel separation region for partitioning the photodiodes is provided for each pixel on the semiconductor substrate of the solid-state imaging device. The pixel isolation region is formed by, for example, boron (B) ion implantation into a semiconductor substrate.
画素分離領域へのホウ素のドーズ量が不足すると、画素分離領域による各フォトダイオードの分離が不十分となり、画素間の混色が発生する。一方、画素分離領域へのホウ素のドーズ量が過剰であると、フォトダイオードに欠陥が発生しやすくなる。つまり、画素分離領域へのホウ素のドーズ量が多すぎても少なすぎても、固体撮像素子の品質が低下してしまう。 When the dose of boron in the pixel isolation region is insufficient, the photodiodes are not sufficiently separated by the pixel isolation region, and color mixing between pixels occurs. On the other hand, if the dose of boron in the pixel isolation region is excessive, defects are likely to occur in the photodiode. That is, the quality of the solid-state imaging device is deteriorated if the dose of boron in the pixel isolation region is too large or too small.
画素分離領域へのホウ素のドーズ量が適切である場合であっても、画素分離領域のホウ素が、製造プロセスにおける熱履歴に応じて、フォトダイオードに拡散してしまう場合がある。このような場合に、画素分離領域におけるホウ素の濃度が低下するため、画素分離領域による各フォトダイオードの分離が不十分になりやすい。 Even when the dose of boron to the pixel isolation region is appropriate, boron in the pixel isolation region may diffuse into the photodiode depending on the thermal history in the manufacturing process. In such a case, since the boron concentration in the pixel isolation region is lowered, isolation of each photodiode by the pixel isolation region tends to be insufficient.
また、各フォトダイオードへのホウ素の拡散により、各フォトダイオードにおける光電変換領域が縮小する。これにより、フォトダイオードの飽和電荷量Qsが低下してしまう。近年、固体撮像素子の画素の微細化に伴い、各フォトダイオードの小型化が進んできている。小型のフォトダイオードでは、ホウ素の拡散による飽和電荷量Qsの低下がより顕著に現れる。 Further, the diffusion of boron into each photodiode reduces the photoelectric conversion region in each photodiode. As a result, the saturation charge amount Qs of the photodiode is reduced. In recent years, with the miniaturization of pixels of a solid-state imaging device, miniaturization of each photodiode has progressed. In a small photodiode, a decrease in the saturation charge amount Qs due to boron diffusion appears more remarkably.
特許文献1には、P型領域のホウ素がN型領域に拡散することを抑制可能な技術が開示されている。特許文献1に記載の技術では、P型領域とN型領域との間に炭化シリコン層が配置される。ホウ素は炭化シリコン層に拡散しにくいため、P型領域のホウ素は、炭化シリコン層によって、N型領域への拡散が妨げられる。 Patent Document 1 discloses a technique capable of suppressing diffusion of boron in the P-type region into the N-type region. In the technique described in Patent Document 1, a silicon carbide layer is disposed between a P-type region and an N-type region. Since boron is difficult to diffuse into the silicon carbide layer, diffusion of boron in the P-type region into the N-type region is prevented by the silicon carbide layer.
ホウ素のイオン注入により形成される画素分離領域には、イオン注入法の性質上、その深さ方向にホウ素の濃度分布が生じる。画素分離領域では、ホウ素の濃度が高い部分ほどホウ素がフォトダイオードに拡散しやすく、ホウ素の濃度が低い部分ほどホウ素がフォトダイオードに拡散しにくくなる。つまり、画素分離領域には、ホウ素がフォトダイオードに拡散しやすい高濃度部と、ホウ素がN型領域に拡散しにくい低濃度部とが生じる。 In the pixel isolation region formed by boron ion implantation, a boron concentration distribution occurs in the depth direction due to the nature of the ion implantation method. In the pixel isolation region, the higher the boron concentration, the easier the boron diffuses into the photodiode, and the lower the boron concentration, the harder the boron diffuses into the photodiode. That is, in the pixel isolation region, a high concentration portion where boron easily diffuses into the photodiode and a low concentration portion where boron hardly diffuses into the N-type region are generated.
その点、特許文献1に記載の技術では、炭化シリコン層によって、P型領域の低濃度部からN型領域へのホウ素の拡散を良好に抑制できても、P型領域の高濃度部からN型領域へのホウ素の拡散を充分に抑制できない場合があり得る。したがって、特許文献1に記載の技術を用いたとしても、やはり画素分離領域のホウ素のフォトダイオードへの拡散が生じるため、フォトダイオードの飽和電荷量Qsが低下してしまう。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 1, even if boron diffusion from the low concentration portion of the P-type region to the N-type region can be satisfactorily suppressed by the silicon carbide layer, There may be a case where the diffusion of boron into the mold region cannot be sufficiently suppressed. Therefore, even if the technique disclosed in Patent Document 1 is used, boron in the pixel isolation region is diffused into the photodiode, and the saturation charge amount Qs of the photodiode is reduced.
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、フォトダイオードの飽和電荷量Qsの低下を防止可能な固体撮像素子、及びその製造方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present technology is to provide a solid-state imaging device capable of preventing a decrease in the saturation charge amount Qs of a photodiode, and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る固体撮像素子は、フォトダイオードと、画素分離領域と、高濃度部とを具備する。
上記フォトダイオードは、主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される。
上記画素分離領域は、上記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第1不純物と、ホウ素から成る第2不純物とを含み、上記複数のフォトダイオードの間に配置される。
上記高濃度部は、上記画素分離領域に設けられ、上記第1不純物の濃度と、上記第2不純物の濃度とがいずれも相対的に高い。
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present technology includes a photodiode, a pixel separation region, and a high concentration portion.
The photodiodes are provided on a semiconductor substrate having a main surface and are arranged along the main surface.
The pixel isolation region is provided on the semiconductor substrate, includes a non-carrier first impurity and a second impurity made of boron, and is disposed between the plurality of photodiodes.
The high concentration portion is provided in the pixel isolation region, and both the concentration of the first impurity and the concentration of the second impurity are relatively high.
この構成では、画素分離領域におけるホウ素が多く含まれる高濃度部に、ホウ素の拡散を抑制する機能を有する非キャリア性の第1不純物が多く含まれる。画素分離領域内のホウ素は高濃度であるほど拡散しやすく、画素分離領域内の第1不純物は高濃度であるほどホウ素の拡散を良好に抑制する。 In this configuration, the high-concentration portion containing a large amount of boron in the pixel isolation region contains a large amount of first non-carrier impurities having a function of suppressing the diffusion of boron. The higher the concentration of boron in the pixel isolation region, the easier it is to diffuse, and the higher the concentration of the first impurity in the pixel isolation region, the better the diffusion of boron.
したがって、高濃度部では、高濃度のホウ素がフォトダイオードに拡散しようとするものの、高濃度の第1不純物がホウ素のフォトダイオードへの拡散を妨げるように作用する。このように、この構成では、画素分離領域にホウ素の濃度分布がある場合にも、第1不純物によってホウ素のフォトダイオードへの拡散が良好に抑制される。そのため、この固体撮像素子では、フォトダイオードの飽和電荷量Qsの低下を防止することができる。 Therefore, in the high concentration portion, although high concentration boron tends to diffuse into the photodiode, the high concentration first impurity acts to prevent diffusion of boron into the photodiode. As described above, in this configuration, even when there is a boron concentration distribution in the pixel isolation region, the diffusion of boron into the photodiode is favorably suppressed by the first impurity. Therefore, in this solid-state imaging device, it is possible to prevent the saturation charge amount Qs of the photodiode from decreasing.
上記第1不純物は炭素から成ってもよい。
この構成では、炭素から成る第1不純物がホウ素の拡散をより良好に抑制可能であるため、フォトダイオードの飽和電荷量Qsの低下をより効果的に防止可能である。
The first impurity may be made of carbon.
In this configuration, since the first impurity made of carbon can more effectively suppress boron diffusion, it is possible to more effectively prevent the saturation charge amount Qs of the photodiode from decreasing.
上記高濃度部は、上記主面からの深さが相互に異なる複数の高濃度部を有してもよい。
この構成では、画素分離領域がホウ素の濃度が高い複数の高濃度部を含む場合にも、当該複数の高濃度部における高濃度の第1不純物により、ホウ素のフォトダイオードへの拡散を良好に抑制することができる。
The high concentration portion may include a plurality of high concentration portions having different depths from the main surface.
In this configuration, even when the pixel isolation region includes a plurality of high-concentration portions having a high boron concentration, the diffusion of boron into the photodiode is favorably suppressed by the high-concentration first impurities in the plurality of high-concentration portions. can do.
上記半導体基板に設けられ、上記第1不純物と上記第2不純物とを含み、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域を更に具備してもよい。
この構成では、画素分離領域及び下層領域によって各フォトダイオードを区画可能であるとともに、画素分離領域及び下層領域からフォトダイオードへのホウ素の拡散を良好に抑制することができる。
The semiconductor substrate may further include a lower layer region that includes the first impurity and the second impurity and is opposed to the main surface with the plurality of photodiodes interposed therebetween.
In this configuration, each photodiode can be partitioned by the pixel isolation region and the lower layer region, and boron diffusion from the pixel isolation region and the lower layer region to the photodiode can be well suppressed.
上記高濃度部及び上記フォトダイオードにわたって上記主面に平行に延び、上記第1不純物の濃度が相対的に高い高濃度層を更に具備してもよい。
この構成では、半導体基板に対して画素分離領域のパターニングを行うことなく、画素分離領域に第1不純物をイオン注入することが可能となる。そのため、製造プロセスの簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
A high concentration layer extending in parallel with the main surface over the high concentration portion and the photodiode and having a relatively high concentration of the first impurity may be further provided.
In this configuration, the first impurity can be ion-implanted into the pixel isolation region without patterning the pixel isolation region with respect to the semiconductor substrate. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
本技術の一形態に係る固体撮像素子の製造方法では、主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される複数のフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域が形成される。
上記半導体基板に対して、予め設定される飛程位置に基づいた条件で、上記主面から非キャリア性の第1不純物の第1イオン注入が行われる。
上記第1イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理が行われる。
上記熱処理を行った上記半導体基板の上記画素分離領域に対して、上記飛程位置に基づいた条件で、上記主面からホウ素から成る第2不純物の第2イオン注入が行われる。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to an aspect of the present technology, a pixel separation region is formed which is provided on a semiconductor substrate having a main surface and partitions between a plurality of photodiodes arranged along the main surface. The
First ion implantation of non-carrier first impurities is performed on the semiconductor substrate from the main surface under conditions based on a predetermined range position.
The semiconductor substrate subjected to the first ion implantation is subjected to heat treatment.
Second ion implantation of a second impurity made of boron is performed from the main surface to the pixel isolation region of the semiconductor substrate subjected to the heat treatment under a condition based on the range position.
この構成では、画素分離領域の飛程位置にホウ素の第2イオン注入を行う前に、当該飛程位置に予め非キャリア性の第1不純物の第1イオン注入が行われる。これにより、画素分離領域において、第1イオン注入による第1不純物と、第2イオン注入によるホウ素とが、同様の濃度分布を有するようになる。 In this configuration, before the second ion implantation of boron is performed at the range position of the pixel isolation region, the first ion implantation of the non-carrier first impurity is performed at the range position in advance. Thereby, in the pixel isolation region, the first impurity by the first ion implantation and the boron by the second ion implantation have the same concentration distribution.
したがって、ホウ素の濃度が高い部分では第1不純物の濃度も高くなるため、ホウ素のフォトダイオードへの拡散が第1不純物によって良好に抑制される。また、ホウ素の濃度が低い部分では第1不純物の濃度も低くなるため、画素分離領域における第1不純物のドーズ量が抑制され、フォトダイオードにおける欠陥の発生が抑制される。 Therefore, since the concentration of the first impurity is high in the portion where the boron concentration is high, the diffusion of boron into the photodiode is well suppressed by the first impurity. In addition, since the concentration of the first impurity is low in the portion where the boron concentration is low, the dose of the first impurity in the pixel isolation region is suppressed, and the occurrence of defects in the photodiode is suppressed.
上記第1イオン注入は、上記画素分離領域に対して行われてもよい。
上記第1イオン注入は、上記複数のフォトダイオード及び上記画素分離領域に対して行われてもよい。
これらにより、画素分離領域に第1イオン注入を行う具体的な構成が提供される。複数のフォトダイオード及び画素分離領域に対して第1イオン注入を行う構成では、第1イオン注入前に半導体基板の主面をパターニングする必要がないため、製造プロセスの簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
The first ion implantation may be performed on the pixel isolation region.
The first ion implantation may be performed on the plurality of photodiodes and the pixel isolation region.
Thus, a specific configuration for performing the first ion implantation in the pixel isolation region is provided. In the configuration in which the first ion implantation is performed on the plurality of photodiodes and the pixel separation region, it is not necessary to pattern the main surface of the semiconductor substrate before the first ion implantation, which simplifies the manufacturing process and reduces the manufacturing cost. Can be planned.
上記第1イオン注入による上記飛程位置ごとの上記第1不純物のドーズ量は5×1010ions/cm2以上1×1013ions/cm2以下の範囲内であってもよい。
この構成では、第1イオン注入による各飛程位置ごとの第1不純物のドーズ量を、フォトダイオードへのホウ素の拡散を効果的に抑制するために充分で、かつ、フォトダイオードにおける欠陥の発生を抑制可能な範囲内とすることができる。
The dose amount of the first impurity for each range position by the first ion implantation may be in the range of 5 × 10 10 ions / cm 2 to 1 × 10 13 ions / cm 2 .
In this configuration, the dose amount of the first impurity at each range position by the first ion implantation is sufficient to effectively suppress the diffusion of boron into the photodiode, and the generation of defects in the photodiode is prevented. It can be in the range which can be suppressed.
上記熱処理では、上記半導体基板を、1000℃以上で、10分以上10時間以下保持してもよい。
この構成により、第1イオン注入によりフォトダイオードに生じる欠陥を良好に回復させることが可能となる。
In the heat treatment, the semiconductor substrate may be held at 1000 ° C. or higher and 10 minutes or longer and 10 hours or shorter.
With this configuration, it is possible to satisfactorily recover defects generated in the photodiode by the first ion implantation.
上記第1イオン注入及び上記第2イオン注入は、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件でそれぞれ行われてもよい。
この構成では、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件で第2イオン注入を行う前に、当該第2イオン注入と同様の複数の飛程位置に基づいた複数の条件で第1イオン注入が行われる。これにより、画素分離領域において、第1イオン注入による第1不純物と、第2イオン注入によるホウ素とが、同様の濃度分布を有するようになる。
The first ion implantation and the second ion implantation may be performed under a plurality of conditions based on a plurality of different range positions.
In this configuration, before the second ion implantation is performed under a plurality of conditions based on a plurality of different range positions, the first is performed under a plurality of conditions based on a plurality of range positions similar to the second ion implantation. Ion implantation is performed. Thereby, in the pixel isolation region, the first impurity by the first ion implantation and the boron by the second ion implantation have the same concentration distribution.
上記第1イオン注入及び上記第2イオン注入は、上記画素分離領域に加え、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域に対しても行われてもよい。
この構成では、画素分離領域及び下層領域によって各フォトダイオードを区画可能であるとともに、画素分離領域及び下層領域からフォトダイオードへのホウ素の拡散を良好に抑制することができる。
The first ion implantation and the second ion implantation may be performed not only on the pixel isolation region but also on a lower layer region facing the main surface with the plurality of photodiodes interposed therebetween.
In this configuration, each photodiode can be partitioned by the pixel isolation region and the lower layer region, and boron diffusion from the pixel isolation region and the lower layer region to the photodiode can be well suppressed.
更に、上記第2イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理が行われてもよい。
この構成により、第2イオン注入によりフォトダイオードに生じる欠陥を良好に回復させることが可能となる。
Further, the semiconductor substrate subjected to the second ion implantation may be subjected to heat treatment.
With this configuration, it is possible to satisfactorily recover defects generated in the photodiode by the second ion implantation.
以上のように、本技術によれば、フォトダイオードの飽和電荷量Qsの低下を防止可能な固体撮像素子、及びその製造方法を提供することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
As described above, according to the present technology, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of preventing a decrease in the saturation charge amount Qs of the photodiode and a manufacturing method thereof.
Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図面には、適宜相互に直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸は全図において共通である。
Hereinafter, embodiments according to the present technology will be described with reference to the drawings.
In the drawing, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are shown as appropriate. The X axis, Y axis, and Z axis are common in all drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本技術の第1の実施形態に係る固体撮像素子1の部分断面図である。本実施形態に係る固体撮像素子1は、裏面照射型CMOSイメージセンサとして構成される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device 1 according to the first embodiment of the present technology. The solid-state imaging device 1 according to the present embodiment is configured as a backside illumination type CMOS image sensor.
[固体撮像素子1の全体構成]
固体撮像素子1は、XY平面に沿って延びる平板状に構成され、XY平面に沿って二次元的に配列される複数の画素10R,10G,10Bを具備する。また、固体撮像素子1は、Z軸方向に積層される、半導体基板50と、カラーフィルタ30と、レンズアレイ40とを具備する。
[Overall Configuration of Solid-State Image Sensor 1]
The solid-state imaging device 1 is configured in a flat plate shape extending along the XY plane, and includes a plurality of
半導体基板50は、Z軸方向上面である第1主面50aと、Z軸方向下面である第2主面50bとを有するシリコンウエハとして構成される。
The
半導体基板50には、複数の画素10R,10G,10Bについてそれぞれフォトダイオード14が設けられている。各フォトダイオード14は、N型領域11と、N型層12と、P型層13とにより構成される。また、半導体基板50は、フォトダイオード14を各画素10R,10G,10Bごとに区画する画素分離領域20及び下層領域21を有する。
The
N型領域11は、低濃度のN型不純物を含むn−型の領域であり、下層領域21を挟んで半導体基板50の第2主面50bに隣接して設けられる。N型領域11はフォトダイオード14の大部分を占める。N型層12は、高濃度のN型不純物を含むn+型の薄層であり、N型領域11に対してZ軸方向上側に隣接して設けられている。N型領域11及びN型層12に採用可能なN型不純物としては、例えば、リン(P)やヒ素(As)が挙げられる。
N-
P型層13は、高濃度のホウ素(B)を含むp+型の薄層であり、フォトダイオード14のZ軸方向上端部、つまり半導体基板50の第1主面50aに、N型層12に対してZ軸方向上側に隣接して設けられている。P型層13とN型層12とはPN接合を形成している。
The P-
画素分離領域20及び下層領域21は、低濃度のホウ素を含むP−型の領域である。画素分離領域20はフォトダイオード14に対してX軸方向及びX軸方向に隣接し、各フォトダイオード14の間を仕切っている。下層領域21はフォトダイオード14のZ軸方向下側を閉塞している。
The
このように、画素分離領域20及び下層領域21は、各フォトダイオード14の第1主面50a以外の部分を取り囲み、各フォトダイオード14を区画している。画素分離領域20は、各フォトダイオード14間を仕切り、各フォトダイオード14間における電荷の移動を妨げる。下層領域21は、各フォトダイオード14を外部から遮蔽し、各フォトダイオード14と外部との間の電荷の移動を妨げる。
Thus, the
画素分離領域20及び下層領域21は、ホウ素から成るキャリア性の不純物に加えて、炭素(C)から成る非キャリア性の不純物を含む。画素分離領域20及び下層領域21内の炭素は、画素分離領域20及び下層領域21内のホウ素のフォトダイオード14への拡散を抑制する機能を有する。画素分離領域20の詳細については後述する。
The
また、半導体基板50には、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタなどの画素トランジスタが設けられる。一例として、転送トランジスタは画素10Rと画素10Gとの間の画素分離領域20上に設けられ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタは画素10Gと画素10Bとの間の画素分離領域20上に設けられる。
The
カラーフィルタ30は、半導体基板50に対してZ軸方向下側に隣接して、つまり半導体基板50の第2主面50bに対向して配置されている。カラーフィルタ30は、画素10Rに配置される赤色のフィルタ30Rと、画素10Gに配置される緑色のフィルタ30Gと、画素10Bに配置される青色のフィルタ30Bとを有する。
The
レンズアレイ40は、カラーフィルタ30に対してZ軸方向下側に隣接して配置される。レンズアレイ40は、各画素10R,10G,10Bごとに配置される複数のレンズ40aを含む。レンズアレイ40は、各画素10R,10G,10Bごとに、レンズ40aを透過する光がカラーフィルタ30を介してフォトダイオード14に入射するように構成されている。
The
[画素分離領域20]
図2は、図1の一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示した固体撮像素子1の部分断面図である。また、図2には、固体撮像素子1の部分断面図とともに、画素分離領域20におけるホウ素の濃度分布と、画素分離領域20における炭素の濃度分布とを定性的に示すグラフを示している。各グラフの縦軸は画素分離領域20のZ軸方向における位置を示し、各グラフの横軸はホウ素及び炭素の濃度を示している。
[Pixel separation area 20]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the solid-state imaging device 1 in which the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 1 is enlarged. FIG. 2 shows a graph showing qualitatively the boron concentration distribution in the
画素分離領域20には、半導体基板50の第1主面50aから、ホウ素及び炭素がイオン注入されている。イオン注入は、一般的に、予め決定される飛程位置Rpに基づいて物質ごとに決定される条件で行われる。飛程位置Rpとは、イオン注入される物質が、半導体基板50の第1主面50aから入り込む平均深さを示している。
Boron and carbon are ion-implanted into the
半導体基板50の第1主面50aからイオン注入された物質の濃度は、飛程位置Rpにおいて最も高くなり、飛程位置Rpから離れるにつれて低くなる。したがって、物質をイオン注入することにより形成される画素分離領域20には必ず当該物質の濃度分布が発生することとなる。
The concentration of the substance ion-implanted from the first
本実施形態に係る固体撮像素子1では、図2に示す3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3が設定され、3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた条件で、ホウ素及び炭素が画素分離領域20にイオン注入されている。そのため、図2のグラフに示すように、画素分離領域20では、3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に、ホウ素の濃度及び炭素の濃度がいずれも相対的に高い高濃度部22が形成されている。
In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, the position Rp 1, Rp 2, Rp 3 as three Fei shown in FIG. 2 is set, the condition based on the position Rp 1, Rp 2, Rp 3 as three Fei Boron and carbon are ion-implanted into the
画素分離領域20内のホウ素は、固体撮像素子1の製造プロセスにおける熱履歴に応じて、フォトダイオード14のN型領域11に拡散する。ここで、ホウ素の濃度のみに着目すると、ホウ素の濃度が高い部分ほどフォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散が生じやすく、ホウ素の濃度が低い部分ほどフォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散が生じにくい。
Boron in the
この一方で、画素分離領域20内の炭素は、画素分離領域20内のホウ素がフォトダイオード14のN型領域11に拡散することを抑制する。ここで、炭素の濃度のみに着目すると、炭素の濃度が高い部分ほどフォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散を抑制する作用が強く、ホウ素の濃度が低い部分ほどフォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散を抑制する作用が弱い。
On the other hand, carbon in the
その点、本実施形態に係る画素分離領域20では、図2のグラフに示すように、ホウ素の濃度分布と炭素の濃度分布とが実質的に同様の曲線を描いている。つまり、ホウ素の濃度が高い部分では炭素の濃度も高く、ホウ素の濃度が低い部分では炭素の濃度も低い。これにより、画素分離領域20は、ホウ素が拡散しやすい部分ほど、ホウ素の拡散を抑制する作用が強くなるように構成されている。
In this regard, in the
この構成により、固体撮像素子1では、その製造プロセスにおいて、画素分離領域20の全体にわたってフォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散が良好に抑制される。特に、ホウ素の濃度が高い高濃度部22においてもフォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散が効果的に抑制される。
With this configuration, in the solid-state imaging device 1, the diffusion of boron into the N-
このように、固体撮像素子1では、フォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散による、各フォトダイオード14における光電変換領域であるN型領域11の縮小が発生しにくい。したがって、固体撮像素子1では、フォトダイオード14の飽和電荷量Qsの低下を防止することができる。
As described above, in the solid-state imaging device 1, reduction of the N-
また、固体撮像素子1では、画素分離領域20内のホウ素の拡散による、画素分離領域20におけるホウ素の濃度の低下が発生しにくい。したがって、固体撮像素子1では、各フォトダイオード14間の画素分離領域20による分離が確保され、各画素10R,10G,10B間の混色の発生を防止することができる。
Further, in the solid-state imaging device 1, the boron concentration in the
更に、固体撮像素子1では、フォトダイオード14のN型領域11へのホウ素の拡散が発生しにくいため、各フォトダイオード14のN型領域11におけるX軸方向及びY軸方向の幅が狭まり、駆動時に各フォトダイオード14のN型領域11に強電界がかかることが防止される。これにより、固体撮像素子1では、白キズなどの画面欠陥の発生を防止することができる。
Furthermore, in the solid-state imaging device 1, since diffusion of boron to the N-
また、固体撮像素子1の画素分離領域20は、高濃度部22の間にあるホウ素の濃度が低くホウ素の拡散が発生しにくい低濃度部において炭素の濃度も低くなるように構成されている。そのため、固体撮像素子1では、画素分離領域20における炭素のイオン注入量(ドーズ量)が抑制され、フォトダイオード14における欠陥の発生が抑制される。
The
[画素分離領域20の形成方法]
図3は画素分離領域20の形成方法を示すフローチャートである。図4〜6は、画素分離領域20の形成プロセスを示す半導体基板50の部分断面図である。図3に沿って、図4〜6を適宜参照しながら、画素分離領域20の形成方法について説明する。
[Method for Forming Pixel Separation Region 20]
FIG. 3 is a flowchart showing a method for forming the
(S10:レジストパターニング)
図4(A)に示すように、半導体基板50の第1主面50aに、画素分離領域20のパターンに合わせてレジスト60をパターニングする。これにより、半導体基板50の第1主面50aにおける、画素分離領域20を形成するための開口領域60a以外の領域がレジスト60によって覆われ、イオン注入による影響を受けなくなる。
(S10: Resist patterning)
As shown in FIG. 4A, a resist 60 is patterned on the first
(S20:第1イオン注入)
図4(B)に示すように、半導体基板50の第1主面50aから炭素のイオン注入(第1イオン注入)を行う。第1イオン注入は、3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた3つの条件においてそれぞれ行う。これにより、開口領域60aのZ軸方向下方に炭素注入領域20aが形成される。
(S20: first ion implantation)
As shown in FIG. 4B, carbon ion implantation (first ion implantation) is performed from the first
第1イオン注入における各飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に対する炭素のドーズ量は、画素分離領域20におけるフォトダイオード14へのホウ素の拡散を効果的に抑制するために、5×1010ions/cm2以上であることが好ましい。また、第1イオン注入における炭素の各飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に対するドーズ量は、フォトダイオード14における欠陥の発生を抑制するために、1×1013ions/cm2以下であることが好ましい。
The carbon dose for each range position Rp 1 , Rp 2 , Rp 3 in the first ion implantation is 5 × 10 10 in order to effectively suppress the diffusion of boron into the
図5は、炭素注入領域20aにおけるホウ素及び炭素の濃度分布を示す図である。図5に示すように、炭素注入領域20aでは、飛程位置Rp1,Rp2,Rp3において炭素濃度が相対的に高くなっている。
FIG. 5 is a diagram showing the concentration distribution of boron and carbon in the
(S30:レジスト剥離)
図4(C)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからレジスト60を剥がす。
(S30: resist stripping)
As shown in FIG. 4C, the resist 60 is peeled off from the first
(S40:第1熱処理)
図4(C)に示すレジスト剥離後の半導体基板50の熱処理(第1熱処理)を行う。第1熱処理では、半導体基板50を比較的高温で比較的長時間保持することにより、第1イオン注入により半導体基板50に生じる欠陥を回復させるとともに、炭素注入領域20a内の炭素を少し拡散させて炭素注入領域20aのX軸方向及びY軸方向の幅をやや拡張させる。
(S40: first heat treatment)
A heat treatment (first heat treatment) is performed on the
第1熱処理において炭素注入領域20aをホウ素が注入される領域よりも拡張しておくことにより、ホウ素のイオン注入後の画素分離領域20からホウ素が少々拡散した場合であっても、ホウ素が炭素注入領域20a内に留まるようになる。これにより、画素分離領域20内のホウ素が拡散してフォトダイオード14内に侵入する範囲を狭めることができる。
In the first heat treatment, the
半導体基板50の欠陥の回復及び炭素注入領域20aの拡張を良好に行うために、第1熱処理における温度は1000℃以上1100℃以下であることが好ましく、第1熱処理における保持時間は10分以上10時間以下であることが好ましい。
In order to recover defects of the
(S50:レジストパターニング)
図6(A)に示すように、半導体基板50の第1主面50aに、画素分離領域20のパターンに合わせてレジスト60をパターニングする。これにより、半導体基板50の第1主面50aにおける、画素分離領域20を形成するための開口領域60a以外の領域がレジスト60によって覆われ、イオン注入による影響を受けなくなる。
(S50: Resist patterning)
As shown in FIG. 6A, a resist 60 is patterned on the first
(S60:第2イオン注入)
図6(B)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからホウ素のイオン注入(第2イオン注入)を行う。第2イオン注入は、第1イオン注入と共通の3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた3つの条件においてそれぞれ行う。これにより、開口領域60aのZ軸方向下方に画素分離領域20が形成される。
(S60: second ion implantation)
As shown in FIG. 6B, boron ion implantation (second ion implantation) is performed from the first
第2イオン注入における各飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に対するホウ素のドーズ量は、5×1010ions/cm2以上1×1013ions/cm2以下であることが好ましい。 The boron dose for each of the range positions Rp 1 , Rp 2 , Rp 3 in the second ion implantation is preferably 5 × 10 10 ions / cm 2 or more and 1 × 10 13 ions / cm 2 or less.
(S70:レジスト剥離)
図6(C)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからレジスト60を剥がす。
(S70: resist stripping)
As shown in FIG. 6C, the resist 60 is peeled off from the first
(S80:第2熱処理)
レジスト剥離後の半導体基板50の熱処理(第2熱処理)を行う。第2熱処理では、第2イオン注入により半導体基板50に生じる欠陥を回復させる。半導体基板50の欠陥の回復を良好に行うために、第2熱処理における温度は800℃以上1100℃以下であることが好ましく、第2熱処理における保持時間は60分以下であることが好ましい。なお、第2熱処理は、一定の温度で保持する構成に限らず、例えば、目的温度に到達してすぐに加熱を停止する構成であってもよい。
(S80: second heat treatment)
A heat treatment (second heat treatment) is performed on the
以上の要領にて得られる画素分離領域20のホウ素及び炭素の濃度分布は図2に示すようになっている。
The concentration distribution of boron and carbon in the
画素分離領域20を形成した後に、半導体基板50に、上述のフォトダイオード14や、下層領域21や、各種画素トランジスタなどが形成される。なお、フォトダイオード14及び下層領域21は画素分離領域20より前に形成されてもよい。そして、半導体基板50に、カラーフィルタ30及びレンズアレイ40が接続されることにより固体撮像素子1が完成する。
After the
以上述べたように、本実施形態では、特殊な装置などを導入することなく一般的な半導体プロセスを用いて半導体基板50を製造可能であるため、固体撮像素子1の製造コストを低く抑えることができる。
As described above, in this embodiment, since the
<第2の実施形態>
本技術の第2の実施形態は、半導体基板50における炭素の濃度分布以外の構成が第1の実施形態と共通する。第2の実施形態における第1の実施形態と共通する構成の説明は適宜省略する。
<Second Embodiment>
The second embodiment of the present technology has a configuration other than the carbon concentration distribution in the
図7は画素分離領域20の形成方法を示すフローチャートである。図8,9は、画素分離領域20の形成プロセスを示す半導体基板50の部分断面図である。図7に沿って、図8,9を適宜参照しながら、画素分離領域20の形成方法について説明する。
FIG. 7 is a flowchart showing a method for forming the
(S20:第1イオン注入)
本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、炭素のイオン注入を行う前に、レジスト60のパターニングを行わない。つまり、図8に示すように、図1に示す複数のフォトダイオード14及びその間の画素分離領域20にわたって、半導体基板50の第1主面50aの全面から炭素のイオン注入(第1イオン注入)を行う。
(S20: first ion implantation)
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the resist 60 is not patterned before carbon ion implantation. That is, as shown in FIG. 8, carbon ion implantation (first ion implantation) is performed from the entire surface of the first
第1イオン注入は、飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた3つの条件においてそれぞれ行う。これにより、図8に示す飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に、炭素の濃度が相対的に高い高濃度層がそれぞれ形成される。高濃度層は、第1主面50aの全面にわたって、第1主面50aに平行に延びる層として構成される。
The first ion implantation is performed under three conditions based on the range positions Rp 1 , Rp 2 , and Rp 3 , respectively. As a result, high concentration layers having a relatively high carbon concentration are formed at the range positions Rp 1 , Rp 2 , and Rp 3 shown in FIG. The high concentration layer is configured as a layer extending in parallel with the first
(S40:第1熱処理)
図8に示す半導体基板50の熱処理(第1熱処理)を行う。第1熱処理では、イオン注入により半導体基板50に生じる欠陥を回復させる。
(S40: first heat treatment)
A heat treatment (first heat treatment) is performed on the
(S50:レジストパターニング)
図9(A)に示すように、半導体基板50の第1主面50aに、画素分離領域20のパターンに合わせてレジスト60をパターニングする。
(S50: Resist patterning)
As shown in FIG. 9A, a resist 60 is patterned on the first
(S60:第2イオン注入)
図9(B)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからホウ素のイオン注入(第2イオン注入)を行う。第2イオン注入は、第1イオン注入と共通の3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた3つの条件においてそれぞれ行う。これにより、開口領域60aのZ軸方向下方に画素分離領域20が形成される。
(S60: second ion implantation)
As shown in FIG. 9B, boron ion implantation (second ion implantation) is performed from the first
(S70:レジスト剥離)
図9(C)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからレジスト60を剥がす。
(S70: resist stripping)
As shown in FIG. 9C, the resist 60 is peeled off from the first
(S80:第2熱処理)
レジスト剥離後の半導体基板50の熱処理(第2熱処理)を行う。
(S80: second heat treatment)
A heat treatment (second heat treatment) is performed on the
以上の要領にて得られる画素分離領域20のホウ素及び炭素の濃度分布は図2に示すようになっている。
The concentration distribution of boron and carbon in the
以上述べたように、本実施形態では、第1の実施形態に係る図3のステップS10,S30を省略可能であるため、製造プロセスの簡略化や製造コストの低減を図ることができる。なお、本実施形態では、フォトダイオード14にも炭素がイオン注入されるが、フォトダイオード14の機能は炭素の存在によって大きな影響を受けない。
As described above, in this embodiment, steps S10 and S30 of FIG. 3 according to the first embodiment can be omitted, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. In the present embodiment, carbon is also ion-implanted into the
<第3の実施形態>
本技術の第3の実施形態では、画素分離領域20の形成の際に、下層領域21の形成も行う。第3の実施形態は、これ以外の構成が第1の実施形態と共通する。第3の実施形態における第1の実施形態と共通する構成の説明は適宜省略する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment of the present technology, the
図10は画素分離領域20及び下層領域21の形成方法を示すフローチャートである。図11,12は、画素分離領域20及び下層領域21の形成プロセスを示す半導体基板50の部分断面図である。図10に沿って、図11,12を適宜参照しながら、画素分離領域20の形成方法について説明する。
(S10:レジストパターニング)
図11(A)に示すように、半導体基板50の第1主面50aに、画素分離領域20のパターンに合わせてレジスト60をパターニングする。
FIG. 10 is a flowchart showing a method for forming the
(S10: Resist patterning)
As shown in FIG. 11A, a resist 60 is patterned on the first
(S20:第1イオン注入A)
図11(B)に示すように、半導体基板50の第1主面50aから炭素のイオン注入(第1イオン注入A)を行う。第1イオン注入Aは、3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた3つの条件においてそれぞれ行う。
(S20: First ion implantation A)
As shown in FIG. 11B, carbon ion implantation (first ion implantation A) is performed from the first
(S30:レジスト剥離)
図11(C)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからレジスト60を剥がす。
(S30: resist stripping)
As shown in FIG. 11C, the resist 60 is peeled off from the first
(S35:第1イオン注入B)
図11(C)に示すように、更に、半導体基板50の第1主面50aから炭素をイオン注入(第1イオン注入B)を行う。第1イオン注入Bは、下層領域21に対応する飛程位置Rp4に基づいた条件において行う。これにより、下層領域21に対応する炭素注入領域21aが形成される。
(S35: First ion implantation B)
As shown in FIG. 11C, carbon is further ion-implanted (first ion implantation B) from the first
(S40:第1熱処理)
図11(D)に示す第1イオン注入後の半導体基板50の熱処理(第1熱処理)を行う。第1熱処理では、第1イオン注入A及び第1イオン注入Bにより半導体基板50に生じる欠陥を回復させるとともに、炭素注入領域20a,20b内の炭素を少し拡散させて、炭素注入領域20aのX軸方向及びY軸方向の幅、及び炭素注入領域20bのZ軸方向の幅をやや拡張させる。
(S40: first heat treatment)
A heat treatment (first heat treatment) is performed on the
(S50:レジストパターニング)
図12(A)に示すように、半導体基板50の第1主面50aに、画素分離領域20のパターンに合わせてレジスト60をパターニングする。
(S50: Resist patterning)
As shown in FIG. 12A, a resist 60 is patterned on the first
(S60:第2イオン注入A)
図12(B)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからホウ素のイオン注入(第2イオン注入A)を行う。第2イオン注入Aは、第1イオン注入Aと共通の3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に基づいた3つの条件においてそれぞれ行う。
(S60: second ion implantation A)
As shown in FIG. 12B, boron ion implantation (second ion implantation A) is performed from the first
(S70:レジスト剥離)
図12(C)に示すように、半導体基板50の第1主面50aからレジスト60を剥がす。
(S70: resist stripping)
As shown in FIG. 12C, the resist 60 is peeled off from the first
(S75:第2イオン注入B)
図12(C)に示すように、更に、半導体基板50の第1主面50aからホウ素をイオン注入(第2イオン注入B)を行う。第2イオン注入Bは、第1イオン注入Bと共通の飛程位置Rp4に基づいた条件において行う。これにより、下層領域21が形成される。
(S75: second ion implantation B)
As shown in FIG. 12C, boron is further ion-implanted (second ion implantation B) from the first
(S80:第2熱処理)
図12(D)に示す第2イオン注入後の半導体基板50の熱処理(第2熱処理)を行う。
(S80: second heat treatment)
A heat treatment (second heat treatment) is performed on the
以上述べたように、本実施形態では、画素分離領域20の形成の際に、下層領域21の形成も行うため、固体撮像素子1の製造プロセスを効率化することができる。
As described above, in this embodiment, since the
<その他の実施形態>
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
<Other embodiments>
As mentioned above, although embodiment of this technique was described, this technique is not limited only to the above-mentioned embodiment, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this technique, various changes can be added.
例えば、本技術を適用可能な固体撮像素子は上記実施形態に係る裏面照射型CMOSイメージセンサに限定されない。本技術は、フォトダイオードの間を画素分離領域によって仕切る構成の固体撮像素子に対して広く適用可能である。このような固体撮像素子としては、例えば、表面照射型CMOSイメージセンサやCCDイメージセンサなどが挙げられる。 For example, the solid-state imaging device to which the present technology can be applied is not limited to the backside illumination type CMOS image sensor according to the above embodiment. The present technology can be widely applied to a solid-state imaging device having a configuration in which photodiodes are partitioned by a pixel separation region. Examples of such a solid-state imaging device include a surface irradiation type CMOS image sensor and a CCD image sensor.
また、画素分離領域内のホウ素のフォトダイオードへの拡散を抑制するために、画素分離領域にイオン注入される非キャリア性の不純物は上記実施形態に係る炭素に限定されない。ホウ素の拡散を抑制可能な非キャリア性の不純物としては、例えば、窒素(N)やフッ素(F)やアルゴン(Ar)などが挙げられる。 Further, in order to suppress diffusion of boron in the pixel isolation region into the photodiode, the non-carrier impurity ion-implanted into the pixel isolation region is not limited to carbon according to the above embodiment. Examples of non-carrier impurities that can suppress boron diffusion include nitrogen (N), fluorine (F), and argon (Ar).
更に、フッ素及び炭素のイオン注入のために設定される飛程位置Rpは、上記実施形態に係る3つの飛程位置Rp1,Rp2,Rp3に限定されず、適宜決定可能である。また、フッ素及び炭素のイオン注入のために設定される飛程位置Rpの数は、単数であっても複数であってもよいが、画素分離領域におけるフッ素及び炭素の濃度分布を抑制するために複数であることが望ましい。 Further, the range position Rp set for the ion implantation of fluorine and carbon is not limited to the three range positions Rp 1 , Rp 2 , Rp 3 according to the above embodiment, and can be determined as appropriate. In addition, the number of range positions Rp set for fluorine and carbon ion implantation may be singular or plural, but in order to suppress the concentration distribution of fluorine and carbon in the pixel isolation region. It is desirable to have a plurality.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)
主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列されるフォトダイオードと、
上記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第1不純物と、ホウ素から成る第2不純物とを含み、上記複数のフォトダイオードの間に配置される画素分離領域と、
上記画素分離領域に設けられ、上記第1不純物の濃度と、上記第2不純物の濃度とがいずれも相対的に高い高濃度部と
を具備する固体撮像素子。
(2)
上記(1)に記載の固体撮像素子であって、
上記第1不純物は炭素から成る
固体撮像素子。
(3)
上記(1)又は(2)に記載の固体撮像素子であって、
上記高濃度部は、上記主面からの深さが相互に異なる複数の高濃度部を有する
固体撮像素子。
(4)
上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、
上記半導体基板に設けられ、上記第1不純物と上記第2不純物とを含み、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域を更に具備する
固体撮像素子。
(5)
上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の固体撮像素子であって、
上記高濃度部及び上記フォトダイオードにわたって上記主面に平行に延び、上記第1不純物の濃度が相対的に高い高濃度層を更に具備する
固体撮像素子。
(6)
主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される複数のフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域を形成する固体撮像素子の製造方法であって、
上記半導体基板に対して、予め設定される飛程位置に基づいた条件で、上記主面から非キャリア性の第1不純物の第1イオン注入を行い、
上記第1イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理を行い、
上記熱処理を行った上記半導体基板の上記画素分離領域に対して、上記飛程位置に基づいた条件で、上記主面からホウ素から成る第2不純物の第2イオン注入を行う
固体撮像素子の製造方法。
(7)
上記(6)に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第1イオン注入は、上記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。
(8)
上記(6)又は(7)に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第1イオン注入は、上記複数のフォトダイオード及び上記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。
(9)
上記(6)〜(8)のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第1イオン注入による上記第1不純物のドーズ量は5×1010〜1×1013ion/cm2の範囲内である
固体撮像素子の製造方法。
(10)
上記(6)〜(9)のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記熱処理では、上記半導体基板を、1000℃以上で、10分以上10時間以下保持する
固体撮像素子の製造方法。
(11)
上記(6)〜(10)のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第1イオン注入及び上記第2イオン注入は、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件でそれぞれ行われる
固体撮像素子の製造方法。
(12)
上記(6)〜(11)のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第1イオン注入及び上記第2イオン注入は、上記画素分離領域に加え、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域に対しても行われる
固体撮像素子の製造方法。
(13)
上記(6)〜(12)のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
更に、上記第2イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理を行う
固体撮像素子の製造方法。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
A photodiode provided on a semiconductor substrate having a main surface and arranged along the main surface;
A pixel isolation region provided between the plurality of photodiodes and provided between the plurality of photodiodes, the first substrate being provided on the semiconductor substrate, the first impurity having a non-carrier property, and a second impurity made of boron;
A solid-state imaging device comprising: a high-concentration portion provided in the pixel isolation region, wherein both the first impurity concentration and the second impurity concentration are relatively high.
(2)
The solid-state imaging device according to (1) above,
The solid-state imaging device, wherein the first impurity is made of carbon.
(3)
The solid-state imaging device according to (1) or (2) above,
The high-density part has a plurality of high-density parts having different depths from the main surface.
(4)
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3) above,
A solid-state imaging device, further comprising a lower layer region provided on the semiconductor substrate, including the first impurity and the second impurity, and opposed to the main surface across the plurality of photodiodes.
(5)
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (4) above,
A solid-state imaging device further comprising a high-concentration layer extending in parallel with the main surface over the high-concentration portion and the photodiode and having a relatively high concentration of the first impurity.
(6)
A method for manufacturing a solid-state imaging device, which is provided on a semiconductor substrate having a main surface and forms a pixel separation region for partitioning a plurality of photodiodes arranged along the main surface,
First ion implantation of non-carrier first impurities is performed on the semiconductor substrate from the main surface under conditions based on a predetermined range position.
Heat-treating the semiconductor substrate subjected to the first ion implantation;
A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein second ion implantation of a second impurity composed of boron is performed from the main surface to the pixel isolation region of the semiconductor substrate subjected to the heat treatment under a condition based on the range position. .
(7)
A method for producing a solid-state imaging device according to (6) above,
The first ion implantation is performed on the pixel separation region.
(8)
The method for producing a solid-state imaging device according to (6) or (7) above,
The first ion implantation is performed on the plurality of photodiodes and the pixel isolation region.
(9)
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of (6) to (8) above,
The solid-state imaging device manufacturing method, wherein a dose amount of the first impurity by the first ion implantation is in a range of 5 × 10 10 to 1 × 10 13 ion / cm 2 .
(10)
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of (6) to (9) above,
In the heat treatment, the semiconductor substrate is held at 1000 ° C. or higher for 10 minutes or longer and 10 hours or shorter.
(11)
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of (6) to (10) above,
The first ion implantation and the second ion implantation are respectively performed under a plurality of conditions based on a plurality of different range positions.
(12)
A method for producing a solid-state imaging device according to any one of (6) to (11) above,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the first ion implantation and the second ion implantation are performed not only in the pixel isolation region but also in a lower layer region facing the main surface with the plurality of photodiodes interposed therebetween.
(13)
The method for producing a solid-state imaging device according to any one of (6) to (12) above,
Furthermore, the manufacturing method of the solid-state image sensor which heat-processes the said semiconductor substrate which performed said 2nd ion implantation.
1…固体撮像素子
10R,10G,10B…画素
11…N型領域
12…N型層
13…P型層
14…フォトダイオード
20…画素分離領域
21…下層領域
30…カラーフィルタ
40…レンズアレイ
50…半導体基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-
Claims (13)
前記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第1不純物と、ホウ素から成る第2不純物とを含み、前記複数のフォトダイオードの間に配置される画素分離領域と、
前記画素分離領域に設けられ、前記第1不純物の濃度と、前記第2不純物の濃度とがいずれも相対的に高い高濃度部と
を具備する固体撮像素子。 A photodiode provided on a semiconductor substrate having a main surface and arranged along the main surface;
A pixel isolation region provided between the plurality of photodiodes, the first substrate being provided on the semiconductor substrate, the first impurity having a non-carrier property and a second impurity made of boron;
A solid-state imaging device, comprising: a high-concentration portion provided in the pixel isolation region, wherein both the concentration of the first impurity and the concentration of the second impurity are relatively high.
前記第1不純物は炭素から成る
固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device, wherein the first impurity is made of carbon.
前記高濃度部は、前記主面からの深さが相互に異なる複数の高濃度部を有する
固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The high-density portion includes a plurality of high-density portions having different depths from the main surface.
前記半導体基板に設けられ、前記第1不純物と前記第2不純物とを含み、前記主面に前記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域を更に具備する
固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device, further comprising a lower layer region provided on the semiconductor substrate, including the first impurity and the second impurity, and opposed to the main surface across the plurality of photodiodes.
前記高濃度部及び前記フォトダイオードにわたって前記主面に平行に延び、前記第1不純物の濃度が相対的に高い高濃度層を更に具備する
固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device further comprising a high-concentration layer extending in parallel with the main surface over the high-concentration portion and the photodiode and having a relatively high concentration of the first impurity.
前記半導体基板に対して、予め設定される飛程位置に基づいた条件で、前記主面から非キャリア性の第1不純物の第1イオン注入を行い、
前記第1イオン注入を行った前記半導体基板の熱処理を行い、
前記熱処理を行った前記半導体基板の前記画素分離領域に対して、前記飛程位置に基づいた条件で、前記主面からホウ素から成る第2不純物の第2イオン注入を行う
固体撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state imaging device, which is provided on a semiconductor substrate having a main surface and forms a pixel separation region for partitioning a plurality of photodiodes arranged along the main surface,
First ion implantation of non-carrier first impurities is performed on the semiconductor substrate from the main surface under a condition based on a predetermined range position.
Heat-treating the semiconductor substrate subjected to the first ion implantation;
A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein second ion implantation of a second impurity composed of boron is performed from the main surface to the pixel isolation region of the semiconductor substrate subjected to the heat treatment under a condition based on the range position. .
前記第1イオン注入は、前記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
The first ion implantation is performed on the pixel separation region.
前記第1イオン注入は、前記複数のフォトダイオード及び前記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
The first ion implantation is performed on the plurality of photodiodes and the pixel separation region.
前記第1イオン注入による前記飛程位置ごとの前記第1不純物のドーズ量は5×1010ion/cm2以上1×1013ion/cm2以下の範囲内である
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
The solid-state imaging device manufacturing method, wherein a dose amount of the first impurity for each range position by the first ion implantation is in a range of 5 × 10 10 ion / cm 2 to 1 × 10 13 ion / cm 2 .
前記熱処理では、前記半導体基板を、1000℃以上で、10分以上10時間以下保持する
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
In the heat treatment, the semiconductor substrate is held at 1000 ° C. or more and 10 minutes or more and 10 hours or less.
前記第1イオン注入及び前記第2イオン注入は、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件でそれぞれ行われる
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
The first ion implantation and the second ion implantation are respectively performed under a plurality of conditions based on a plurality of different range positions.
前記第1イオン注入及び前記第2イオン注入は、前記画素分離領域に加え、前記主面に前記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域に対しても行われる
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
The first ion implantation and the second ion implantation are performed not only in the pixel isolation region but also in a lower layer region facing the main surface with the plurality of photodiodes interposed therebetween.
更に、前記第2イオン注入を行った前記半導体基板の熱処理を行う
固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 6,
Furthermore, the manufacturing method of the solid-state image sensor which heat-processes the said semiconductor substrate which performed said 2nd ion implantation.
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