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JP2002026303A - Method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents

Method for manufacturing solid-state imaging device

Info

Publication number
JP2002026303A
JP2002026303A JP2001203034A JP2001203034A JP2002026303A JP 2002026303 A JP2002026303 A JP 2002026303A JP 2001203034 A JP2001203034 A JP 2001203034A JP 2001203034 A JP2001203034 A JP 2001203034A JP 2002026303 A JP2002026303 A JP 2002026303A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
substrate
photoelectric conversion
conversion element
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001203034A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Kuroda
隆男 黒田
Shigeru Okamoto
茂 岡本
Katsuya Ishikawa
克也 石川
Sumio Terakawa
澄雄 寺川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001203034A priority Critical patent/JP2002026303A/en
Publication of JP2002026303A publication Critical patent/JP2002026303A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極のみをマスクとしてイオン注入をする場
合には、素子のほかの特性や工程から電極の厚さが決定
され、その厚さ(薄さ)による注入阻止能の低さの為に
イオン注入の加速電圧が著しく制限される。 【解決手段】 半導体基板5上に電極材料13を形成す
る工程と、電極材料を加工する工程と、電極材料及び電
極材料上のレジスト20をマスクに基板に不純物をイオ
ン注入をして光電変換素子7を形成する工程とを有し、
不純物の基板深さ方向の濃度極大部が基板内部にある。
(57) [Problem] To perform ion implantation using only an electrode as a mask, the thickness of the electrode is determined from other characteristics and processes of the element, and the injection blocking ability by the thickness (thinness) is determined. The low voltage significantly limits the acceleration voltage for ion implantation. A photoelectric conversion element includes a step of forming an electrode material on a semiconductor substrate, a step of processing the electrode material, and ion implantation of impurities into the substrate using the electrode material and a resist on the electrode mask as a mask. And forming 7
The impurity concentration maximum in the substrate depth direction is inside the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置の製
造方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電荷結合素子(以下、CCDと呼
ぶ)に代表される電荷転送装置を用いた固体撮像装置は
その低雑音特性等が得られる点から広く使用されるよう
になってきている。以下、図面を参照しながら従来の固
体撮像装置に用いられている構造について説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, solid-state imaging devices using a charge transfer device represented by a charge-coupled device (hereinafter, referred to as a CCD) have been widely used because of their low noise characteristics and the like. I have. Hereinafter, a structure used in a conventional solid-state imaging device will be described with reference to the drawings.

【0003】図24はいわゆるCCD型固体撮像装置の
平面図である。固体撮像装置は光電変換素子部1、垂直
CCD転送電極部2、水平CCD転送電極部3及び出力
部4から構成されている。光電変換素子部1に被写体か
ら発せられた光が入射すると、光によって光電変換素子
部1内に電子−正孔対が発生する。このようにして発生
した電子は光電変換素子部1より垂直CCD転送電極部
2に送られる。垂直CCD転送電極部2には、垂直CC
D転送電極部2の長手方向に配列された各光電変換素子
部1の電子が同時に送り込まれる。さらに、垂直CCD
転送電極部2に取り出された電子は、水平CCD転送電
極部3に送られる。水平CCD転送電極部3には、水平
CCD転送電極部3の長手方向と垂直に配列された各垂
直CCD転送電極2の電子が同時に送り込まれる。
FIG. 24 is a plan view of a so-called CCD type solid-state imaging device. The solid-state imaging device includes a photoelectric conversion element unit 1, a vertical CCD transfer electrode unit 2, a horizontal CCD transfer electrode unit 3, and an output unit 4. When light emitted from a subject enters the photoelectric conversion element 1, the light generates electron-hole pairs in the photoelectric conversion element 1. The electrons generated in this manner are sent from the photoelectric conversion element unit 1 to the vertical CCD transfer electrode unit 2. The vertical CCD transfer electrode section 2 has a vertical CC
Electrons of each photoelectric conversion element unit 1 arranged in the longitudinal direction of the D transfer electrode unit 2 are simultaneously sent. In addition, vertical CCD
The electrons extracted to the transfer electrode unit 2 are sent to the horizontal CCD transfer electrode unit 3. The electrons of the vertical CCD transfer electrodes 2 arranged perpendicular to the longitudinal direction of the horizontal CCD transfer electrode unit 3 are simultaneously sent to the horizontal CCD transfer electrode unit 3.

【0004】このようにして水平CCD転送電極部3に
取り出された電子は出力部4を通して出力される。この
出力信号は画像の再生回路を通ってディスプレイ等の出
力媒体から被写体の画像として出力される。
[0004] The electrons thus taken out by the horizontal CCD transfer electrode section 3 are output through an output section 4. This output signal is output as an image of a subject from an output medium such as a display through an image reproducing circuit.

【0005】図25に光電変換素子部1及び垂直CCD
転送電極部2を通るA−A’線での固体撮像装置の断面
図を示す。n型基板5上に形成された所定範囲の深さと
濃度を有したp層6がある。p層6の内部の所定領域に
n層7の光電変換素子が形成されている。また、p層6
にあってn層7と離間した位置に高濃度のp層8が形成
されている。p層8内に垂直CCDである転送チャンネ
ルとなるn層9が設けられている。
FIG. 25 shows a photoelectric conversion element section 1 and a vertical CCD.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device taken along line AA ′ passing through the transfer electrode unit 2. There is a p-layer 6 having a predetermined range of depth and concentration formed on the n-type substrate 5. An n-layer photoelectric conversion element is formed in a predetermined region inside the p-layer 6. Also, the p layer 6
, A high concentration p layer 8 is formed at a position separated from the n layer 7. An n-layer 9 serving as a transfer channel which is a vertical CCD is provided in the p-layer 8.

【0006】n層7に蓄積された信号電荷はn層9に読
み出され、n層9内であって紙面に垂直な方向に信号電
荷は転送される。n層7上に形成された高濃度p層10
は、Si−SiO2の界面準位に起因する暗電流の発生
を防止するために形成されている。
The signal charges stored in the n-layer 7 are read out to the n-layer 9, and the signal charges are transferred in the n-layer 9 in a direction perpendicular to the plane of the drawing. High concentration p layer 10 formed on n layer 7
Are formed in order to prevent generation of dark current due to the interface state of Si—SiO 2 .

【0007】p層6と基板5の間には基板に正電位、p
層6に負電位となる逆バイアス電圧Vsubが電源11
によって印加されている。すなわち、p層8と基板5の
間に逆バイアス電圧Vsubが印加されている。このた
めn層7で形成された光電変換素子下のp層6は空乏化
する。p層6が空乏化すると、n層7に蓄積することの
できる電荷量より過剰となった電荷を基板5側に排出す
る。このようにしてブルーミング現象を防止することが
行なわれている。また、更にn型基板5にパルス電圧を
印加することによってn層7内の信号電荷をすべて基板
5側に排出する、いわゆる電子シャッタの動作を行なう
ことが可能となる。
Between the p layer 6 and the substrate 5, a positive potential is applied to the substrate,
A reverse bias voltage Vsub which becomes a negative potential is applied to the layer 6 by the power supply 11.
Is applied. That is, a reverse bias voltage Vsub is applied between the p layer 8 and the substrate 5. Therefore, the p layer 6 below the photoelectric conversion element formed by the n layer 7 is depleted. When the p-layer 6 is depleted, the charge that has become excessive in the amount of charge that can be accumulated in the n-layer 7 is discharged to the substrate 5 side. Thus, the blooming phenomenon is prevented. Further, by applying a pulse voltage to the n-type substrate 5, it is possible to perform a so-called electronic shutter operation of discharging all the signal charges in the n-layer 7 to the substrate 5 side.

【0008】基板5の表面上には、SiO2等の絶縁膜
12が形成されている。絶縁膜12上には垂直CCD転
送電極部2を構成しているp層8とn層9上、及びn層
7とp層8の間隙領域を含む領域上に垂直CCD転送電
極13が形成されている。さらに、固体撮像装置を物理
的な衝撃から保護するために転送電極13の側壁及び上
面に絶縁膜12を形成している。垂直CCD転送電極1
3は、n層7に蓄積された電子を垂直CCD転送チャン
ネルとなるp層8あるいはn層9に読み出させるための
電極として作用している。
An insulating film 12 such as SiO 2 is formed on the surface of the substrate 5. On the insulating film 12, the vertical CCD transfer electrodes 13 are formed on the p layer 8 and the n layer 9 constituting the vertical CCD transfer electrode section 2 and on the region including the gap region between the n layer 7 and the p layer 8. ing. Further, an insulating film 12 is formed on the side wall and the upper surface of the transfer electrode 13 to protect the solid-state imaging device from physical impact. Vertical CCD transfer electrode 1
Reference numeral 3 functions as an electrode for reading electrons accumulated in the n-layer 7 to the p-layer 8 or the n-layer 9 serving as a vertical CCD transfer channel.

【0009】以上のようにブルーミング現象を防止した
り、電子シャッタ動作を行なうためには、p層6が所定
範囲の濃度と深さを有していることが必要である。
As described above, in order to prevent the blooming phenomenon and perform the electronic shutter operation, it is necessary that the p layer 6 has a concentration and a depth within a predetermined range.

【0010】図26に、図25の光電変換素子部1を通
るB−B’線に沿った不純物濃度分布を示す。また、図
27に、図26の不純物濃度のネット値を示す。両図面
において、縦軸は不純物の濃度を示す。横軸は基板表面
からの距離を示す。縦軸の上側にp型不純物原子の濃度
を示し、縦軸の下側にn型不純物原子の濃度を示す。図
26の破線14,15,16,17はそれぞれ図25の
p層10、p層6、基板5、n層7の不純物濃度を示し
ている。図27の実線18は、図26の各々の不純物濃
度のネット値を示している。斜線19の領域は光電変換
素子のn層7のネット不純物分布であって、n層に蓄積
される有効ドナーの総量を示している。
FIG. 26 shows an impurity concentration distribution along the line BB 'passing through the photoelectric conversion element portion 1 of FIG. FIG. 27 shows the net value of the impurity concentration in FIG. In both figures, the vertical axis indicates the impurity concentration. The horizontal axis indicates the distance from the substrate surface. The upper side of the vertical axis indicates the concentration of p-type impurity atoms, and the lower side of the vertical axis indicates the concentration of n-type impurity atoms. 26 indicate the impurity concentrations of the p-layer 10, the p-layer 6, the substrate 5, and the n-layer 7 of FIG. 25, respectively. The solid line 18 in FIG. 27 indicates the net value of each impurity concentration in FIG. The hatched area 19 is the net impurity distribution of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, and indicates the total amount of effective donors accumulated in the n-layer.

【0011】光電変換素子であるn層7の不純物濃度1
7は、基板5表面で最も高濃度であり、基板5内部に行
くにつれて濃度が低下する。n層7の上部には暗電流を
低減するためにp層10が形成されている。p層10の
不純物濃度14は、n層7の濃度より高濃度で、基板5
内部への広がりが少ない。このためn層7はネット不純
物19になる。p層6は、不純物濃度は低いが、その分
布状態は広く分布している。すなわち、基板5表面を濃
度の極大点として基板5内部に行くにつれて、徐々にそ
の濃度が減少する。
The impurity concentration of the n-layer 7 as the photoelectric conversion element is 1
7 has the highest concentration on the surface of the substrate 5, and the concentration decreases toward the inside of the substrate 5. Above the n-layer 7, a p-layer 10 is formed to reduce dark current. The impurity concentration 14 of the p layer 10 is higher than that of the n
Little spread inside. Therefore, the n layer 7 becomes the net impurity 19. Although the p-layer 6 has a low impurity concentration, its distribution state is widely distributed. That is, the concentration gradually decreases as the surface of the substrate 5 reaches the inside of the substrate 5 with the maximum concentration point.

【0012】固体撮像素子では残像現象を生じさせない
ように、光電変換素子に蓄積された電子を垂直CCD転
送電極部に読み出した後、光電変換素子のn層7をほぼ
完全に空乏化させる必要がある。このため、ネット不純
物濃度19に示された有効ドナーの総量がn層7に蓄積
できる電荷量の上限にしておくことが必要である。すな
わち、有効ドナーの総量が光電変換素子の飽和特性の上
限値を決定することになる。
In the solid-state image pickup device, after the electrons accumulated in the photoelectric conversion element are read out to the vertical CCD transfer electrode portion, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element needs to be almost completely depleted so as not to cause an afterimage phenomenon. is there. For this reason, it is necessary that the total amount of effective donors indicated by the net impurity concentration 19 is set to the upper limit of the amount of charges that can be accumulated in the n-layer 7. That is, the total amount of effective donors determines the upper limit of the saturation characteristics of the photoelectric conversion element.

【0013】ネット不純物濃度19は不純物濃度17に
基板5の不純物濃度16を加えた値から、p層10の不
純物濃度14とp層6の不純物濃度15を差し引いたも
のである。各々のプロセス上の制約からネット不純物濃
度19は、不純物濃度14と不純物濃度17によって決
まる。不純物濃度17は基板5表面での濃度が最も高く
なっている。この濃度が最も高くなっている部分を逆導
電型のp層10の不純物濃度14によって補償してい
る。
The net impurity concentration 19 is obtained by subtracting the impurity concentration 14 of the p layer 10 and the impurity concentration 15 of the p layer 6 from the value obtained by adding the impurity concentration 16 of the substrate 5 to the impurity concentration 17. The net impurity concentration 19 is determined by the impurity concentration 14 and the impurity concentration 17 from each process restriction. The impurity concentration 17 has the highest concentration on the surface of the substrate 5. The portion having the highest concentration is compensated by the impurity concentration 14 of the p-type layer 10 of the opposite conductivity type.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の固体
撮像装置では以下のような欠点があった。
However, such a conventional solid-state imaging device has the following disadvantages.

【0015】不純物濃度17は基板5表面での濃度が最
も高くなっており、この濃度が最も高くなっている部分
を逆導電型のp層10の不純物濃度14によって補償し
ている。このため、光電変換素子として導入されたn層
7の不純物濃度17の内、比較的濃度の低い領域を光電
変換素子として用いている。すなわち、濃度の低い光電
変換素子では、そこに蓄積できる有効ドナー総量が少な
くなり飽和電荷量を十分に高くとることができない。こ
のため、不純物濃度17に導入される不純物の導入量を
増やしている。また、導入された不純物を高温熱処理に
よって基板深部へ拡散させて、光電変換素子の体積を増
加させることが行なわれる。
The impurity concentration 17 has the highest concentration on the surface of the substrate 5, and the portion having the highest concentration is compensated by the impurity concentration 14 of the p-type layer 10 of the opposite conductivity type. Therefore, of the impurity concentration 17 of the n-layer 7 introduced as a photoelectric conversion element, a region having a relatively low concentration is used as the photoelectric conversion element. That is, in a photoelectric conversion element having a low concentration, the total amount of effective donors that can be accumulated therein is small, and the saturated charge amount cannot be sufficiently increased. For this reason, the amount of impurities introduced into the impurity concentration 17 is increased. Further, the volume of the photoelectric conversion element is increased by diffusing the introduced impurities into a deep portion of the substrate by high-temperature heat treatment.

【0016】しかし、高温熱処理を行なうと基板5表面
と垂直な方向に不純物濃度17が広がる。このためp層
8とn層7の間隙部や、垂直CCD転送チャンネルであ
るn層9へも拡散してしまう。n層7の端部と垂直CC
D転送電極2との位置関係は、転送電極2を形成する時
に行なわれる露光工程でのマスクの位置合わせ精度と拡
散によって形成されるn層7の拡散領域によって定ま
る。このため高温での熱拡散によって形成される位置を
制御することが極めて困難である。n層7の端部と垂直
CCD転送電極2との位置の制御性が悪いと、光電変換
素子より垂直CCD転送チャンネルに取り出す読み出し
の際に光電変換素子に信号となる電子が取り残されてし
まうことが発生し易くなる。このように取り残された電
子は、残像現象を生じさせる原因となり、著しく画質を
劣化させる。
However, when the high-temperature heat treatment is performed, the impurity concentration 17 spreads in a direction perpendicular to the surface of the substrate 5. For this reason, it also diffuses into the gap between the p layer 8 and the n layer 7 and the n layer 9 which is a vertical CCD transfer channel. perpendicular to end of n-layer 7
The positional relationship with the D transfer electrode 2 is determined by the mask positioning accuracy in the exposure step performed when the transfer electrode 2 is formed and the diffusion region of the n layer 7 formed by diffusion. For this reason, it is extremely difficult to control the position formed by the thermal diffusion at a high temperature. If the controllability of the position between the end of the n-layer 7 and the vertical CCD transfer electrode 2 is poor, electrons that become signals are left in the photoelectric conversion element when reading out from the photoelectric conversion element to the vertical CCD transfer channel. Is more likely to occur. The electrons left behind in this manner cause an afterimage phenomenon, and significantly degrade image quality.

【0017】また電極のみをマスクとしてイオン注入す
る場合は、素子のほかの特性や工程から電極の厚さが決
定され、その厚さ(薄さ)による注入阻止能の低さの為
にイオン注入の加速電圧が著しく制限される。なぜなら
ば、それ以上の加速電圧で注入すれば、電極下にもイオ
ンが注入されてしまい、素子として正常に動作しなくな
る。したがって、加速電圧が著しく低加速領域に制限さ
れてしまう。すなわちn層7を深い位置に形成すること
が出来ない。
In the case of ion implantation using only the electrode as a mask, the thickness of the electrode is determined from other characteristics and processes of the device. Is significantly limited. This is because, if the ions are implanted at an acceleration voltage higher than that, ions are also implanted under the electrodes, and the device does not operate normally. Therefore, the acceleration voltage is extremely limited to a low acceleration region. That is, the n-layer 7 cannot be formed at a deep position.

【0018】また一方、p層10で補償される濃度を補
うことによって、飽和特性を高くするためにn層7の導
入量を増加した時、イオン注入時の欠陥が増加し、いわ
ゆる白キズが増加する。このため歩留まりが低下する。
これは製造技術上重大な課題である。
On the other hand, by supplementing the concentration compensated by the p layer 10, when the introduction amount of the n layer 7 is increased in order to enhance the saturation characteristics, defects at the time of ion implantation increase, and so-called white scratches are reduced. To increase. For this reason, the yield decreases.
This is a serious problem in manufacturing technology.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
製造方法は上記問題点を解決するために、半導体基板上
に電極材料を形成する工程と、前記電極材料を加工する
工程と、前記電極材料及び前記電極材料上のレジストを
マスクに前記基板に不純物をイオン注入をして光電変換
素子を形成する工程とを有し、前記不純物の前記基板深
さ方向の濃度極大部が前記基板内部にあることを特徴と
する。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention comprises the steps of: forming an electrode material on a semiconductor substrate; processing the electrode material; Ion-implanting impurities into the substrate using an electrode material and a resist on the electrode material as a mask to form a photoelectric conversion element, wherein the concentration maximum of the impurities in the substrate depth direction is within the substrate. Is characterized in that:

【0020】本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導
体基板上に電極材料を形成する工程と、前記電極材料上
に第1のレジストパターンを形成する工程と、前記第1
のレジストパターンをマスクに前記電極材料を除去する
工程と、前記第1のレジストパターン及び前記電極材料
をマスクに前記基板に不純物をイオン注入をして光電変
換素子を形成する工程と、前記第1のレジストパターン
を除去する工程と、前記電極材料上に第2のレジストパ
ターンを形成する工程と、前記第2のレジストパターン
をマスクに前記電極材料を除去し電極を形成する工程
と、を有することを特徴とする。
According to the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a step of forming an electrode material on a semiconductor substrate; a step of forming a first resist pattern on the electrode material;
Removing the electrode material using the resist pattern as a mask; implanting impurities into the substrate using the first resist pattern and the electrode material as a mask to form a photoelectric conversion element; Removing the resist pattern, forming a second resist pattern on the electrode material, and removing the electrode material using the second resist pattern as a mask to form an electrode. It is characterized by.

【0021】以上述べたように本発明による固体撮像装
置では、光電変換素子となるn層を高加速エネルギーの
イオン注入を用いて実現するため、不純物濃度分布は基
板内部に最も濃度の高い領域を持たせることができる。
このため、光電変換素子に蓄積できる有効ドナー総量が
増加し飽和電荷量を十分に高くすることができる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, the n-layer serving as the photoelectric conversion element is realized by ion implantation with high acceleration energy. You can have.
For this reason, the total amount of effective donors that can be stored in the photoelectric conversion element increases, and the saturation charge amount can be sufficiently increased.

【0022】イオン注入によって光電変換素子を形成す
るため、光電変換素子の端部と垂直CCD転送電極との
位置関係は、転送電極2を形成する時に行われる露光工
程でのマスクの位置合わせ精度によって定まる。このた
め高温での熱拡散によって形成されることによる位置の
熱的な変動を制御する必要がなく、光電変換素子の端部
と垂直CCD転送電極との位置の制御性が高い。このた
め固体撮像装置は残像現象を生じ難くなり、画質が劣化
するのを防止できる。
Since the photoelectric conversion element is formed by ion implantation, the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the vertical CCD transfer electrode depends on the mask alignment accuracy in the exposure step performed when the transfer electrode 2 is formed. Is determined. Therefore, it is not necessary to control the thermal fluctuation of the position caused by the thermal diffusion at a high temperature, and the controllability of the position between the end of the photoelectric conversion element and the vertical CCD transfer electrode is high. This makes it difficult for the solid-state imaging device to cause an afterimage phenomenon, and can prevent image quality from deteriorating.

【0023】また、イオン注入によって光電変換素子を
形成するn層の不純物濃度分布において、その濃度の極
大値が基板内部にすることができる。このため光電変換
素子に蓄積される有効ドナー総量が多くなる。したがっ
て高い飽和特性を有する光電変換素子を備えた固体撮像
装置を得ることができる。
Further, in the impurity concentration distribution of the n-layer forming the photoelectric conversion element by ion implantation, the maximum value of the concentration can be inside the substrate. Therefore, the total amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element increases. Therefore, it is possible to obtain a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element having high saturation characteristics.

【0024】また、光電変換素子のn層上には、暗電流
防止用のp層が形成されている。イオン注入によって基
板内部に光電変換素子となるn層の濃度の極大値を形成
されている。このため基板表面でのp層の不純物濃度の
ネット値は、同一濃度のp層不純物を導入した場合でも
従来の固体撮像素子のp層の濃度より高濃度にすること
ができる。このため低い暗電流特性を有する光電変換素
子を備えた固体撮像装置を得ることができる。p層不純
物の導入量が多い場合はそれ自身によっていわゆる白キ
ズが増加するため、少ない導入量で実効的に高いネット
値が得られることは非常に有用である。
A p-layer for preventing dark current is formed on the n-layer of the photoelectric conversion element. A maximum value of the concentration of the n-layer serving as a photoelectric conversion element is formed inside the substrate by ion implantation. For this reason, the net value of the impurity concentration of the p-layer on the substrate surface can be made higher than the concentration of the p-layer of the conventional solid-state imaging device even when the same concentration of the p-layer impurity is introduced. Therefore, a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having low dark current characteristics can be obtained. When the introduction amount of the p-layer impurity is large, so-called white flaws increase by itself, and it is very useful to effectively obtain a high net value with a small introduction amount.

【0025】本発明の固体撮像装置の製造方法では、光
電変換素子の不純物濃度は基板深部での濃度が最も高く
なっている。このため従来行なわれていたような光電変
換素子に導入される不純物の導入量を増やす必要がな
い。導入量を増加させるためには、相当時間のロスを生
じることとなる。このため固体撮像装置を形成する時の
スループットが低下することがない。さらに、白きずに
よる歩留まりの低下を防止することができる。
In the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the impurity concentration of the photoelectric conversion element is highest at the deep portion of the substrate. Therefore, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element, which has been conventionally performed. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput when forming the solid-state imaging device does not decrease. Further, a decrease in yield due to white spots can be prevented.

【0026】また、導入された不純物を高温熱処理によ
って基板深部へ拡散させて、光電変換素子の体積を増加
させる必要がない。このため高温熱処理によって誘起さ
れる基板内の欠陥が生じることがない。さらに、他の拡
散層から不純物が拡散され、所望の不純物濃度をもたせ
るよう制御する必要がない。また、高温熱処理を行うこ
とで光電変換素子が拡散し広がって、垂直CCD転送チ
ャンネルや転送チャンネルと光電変換素子との間隙にま
で拡散することがない。
Further, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep portion of the substrate by high-temperature heat treatment to increase the volume of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. In addition, by performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion element is not diffused and spread, and does not diffuse to the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0027】また、光電変換素子の端部と垂直CCD転
送電極の端部との位置関係は、高温の熱処理を行なうこ
とによって、その拡散層の位置を制御することが困難と
なることがない。このため好ましい両者の位置関係を容
易に得ることができる。このことは固体撮像装置のブル
ーミングおよび残像現象を生じることを防止でき、画質
の劣化をとどめることができる。
Further, the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the end of the vertical CCD transfer electrode does not become difficult to control the position of the diffusion layer by performing a high-temperature heat treatment. Therefore, a favorable positional relationship between the two can be easily obtained. This can prevent blooming and an afterimage phenomenon of the solid-state imaging device from occurring, and can suppress deterioration in image quality.

【0028】本発明の目的は、ブルーミング現象や残像
現象を生じ難く、画質の劣化を防止することである。ま
た、本発明の別の目的は、容易なプロセスで上記固体撮
像装置を形成することのできる固体撮像装置の製造方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to prevent a blooming phenomenon or an afterimage phenomenon from occurring, and to prevent deterioration in image quality. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of forming the solid-state imaging device by an easy process.

【0029】本発明においては、電極材料及び電極材料
上のレジストをマスクに基板に不純物をイオン注入をし
て光電変換素子を形成するため、不純物を高い加速電圧
で基板深くに注入しても電極材料下に不純物が導入され
ることがなく、安定した特性を有する固体撮像装置を製
造することができる。
In the present invention, since the photoelectric conversion element is formed by ion-implanting impurities into the substrate using the electrode material and the resist on the electrode material as a mask, even if the impurities are implanted deep into the substrate at a high accelerating voltage, the electrode It is possible to manufacture a solid-state imaging device having stable characteristics without introducing impurities under a material.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】図1に本発明の第1の実施の形態の固体撮
像装置の断面図を示す。この発明の実施の形態は図25
で示した従来の固体撮像装置に似た構成をしている。n
型基板5上に形成された所定範囲の深さと濃度を有した
p層6がある。p層6の内部の所定領域にn層7の光電
変換素子が形成されている。また、p層6にあってn層
7と離間した位置に高濃度のp層8が形成されている。
p層8内に垂直CCDである転送チャンネルとなるn層
9が設けられている。n層7に蓄積された信号電荷はn
層9に読み出され、n層9内であって紙面に垂直な方向
に信号電荷は転送される。n層7上であって基板5の表
面に高濃度のp層10が形成されている。p層10は、
Si−SiO2の界面準位に起因する暗電流の発生を防
止するために形成されている。
FIG. 1 is a sectional view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. An embodiment of the present invention is shown in FIG.
Has a configuration similar to the conventional solid-state imaging device shown in FIG. n
There is a p-layer 6 having a predetermined range of depth and concentration formed on the mold substrate 5. An n-layer photoelectric conversion element is formed in a predetermined region inside the p-layer 6. A high concentration p layer 8 is formed in the p layer 6 at a position separated from the n layer 7.
An n-layer 9 serving as a transfer channel which is a vertical CCD is provided in the p-layer 8. The signal charge stored in the n-layer 7 is n
The signal charges are read out to the layer 9 and the signal charges are transferred in the direction perpendicular to the plane of the drawing within the n-layer 9. A high concentration p layer 10 is formed on n layer 7 and on the surface of substrate 5. The p layer 10
It is formed in order to prevent the generation of dark current due to the Si-SiO 2 interface state.

【0032】基板5の表面上には、SiO2等の絶縁膜
12が形成されている。絶縁膜12上には垂直CCD部
2を構成しているp層8とn層9上、及びn層7とp層
8の間隙領域を含む領域上に垂直CCD転送電極13が
形成されている。さらに、固体撮像装置を物理的な衝撃
から保護するために転送電極13の側壁及び上面に絶縁
膜12が形成されている。垂直CCD転送電極13は、
n層7に蓄積された電子をp層8を経由して垂直CCD
転送チャンネルとなるn層9に読み出すための電極とし
ても作用している。
On the surface of the substrate 5, an insulating film 12 such as SiO 2 is formed. On the insulating film 12, the vertical CCD transfer electrodes 13 are formed on the p layer 8 and the n layer 9 constituting the vertical CCD section 2 and on the region including the gap region between the n layer 7 and the p layer 8. . Further, an insulating film 12 is formed on the side wall and the upper surface of the transfer electrode 13 to protect the solid-state imaging device from physical impact. The vertical CCD transfer electrode 13
The electrons accumulated in the n-layer 7 are transferred to the vertical CCD via the p-layer 8.
It also functions as an electrode for reading out to the n-layer 9 serving as a transfer channel.

【0033】図2に、図1に示されたp層10と光電変
換素子のn層7、p層6及び基板5を通るA−A’線に
沿った基板内の不純物濃度分布を示す。また、図3に、
図2の不純物濃度分布のネット不純物分布を示す。本発
明では図1に示されているように固体撮像装置の断面形
状については、従来のそれと全く同じであるが、形成さ
れている不純物層の不純物濃度分布が異なっている。こ
のことについてより詳細に説明していく。両図面におい
て、縦軸は不純物濃度を示す。横軸は基板5表面からの
距離を示す。横軸より上側すなわち縦軸の上側にp型不
純物の濃度を示し、横軸より下側すなわち縦軸の下側に
n型不純物の濃度を示す。
FIG. 2 shows the impurity concentration distribution in the substrate along the line AA 'passing through the p-layer 10 and the n-layer 7, the p-layer 6 and the substrate 5 of the photoelectric conversion element shown in FIG. Also, in FIG.
3 shows a net impurity distribution of the impurity concentration distribution of FIG. In the present invention, as shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the solid-state imaging device is exactly the same as that of the conventional one, but the impurity concentration distribution of the formed impurity layer is different. This will be described in more detail. In both figures, the vertical axis indicates the impurity concentration. The horizontal axis indicates the distance from the substrate 5 surface. Above the horizontal axis, that is, above the vertical axis, the concentration of the p-type impurity is shown, and below the horizontal axis, that is, below the vertical axis, the concentration of the n-type impurity is shown.

【0034】図2の破線21,22,23,24はそれ
ぞれ図1のp層6、基板5、n層7、p層10の不純物
濃度を示している。図3の実線25は、図2の各々の不
純物濃度を合成した値(以下、ネット値と呼ぶ)を示し
ている。斜線26の領域は光電変換素子のn層7のネッ
ト不純物濃度である。n層7に蓄積される有効ドナーの
総量を示している。
The broken lines 21, 22, 23, and 24 in FIG. 2 indicate the impurity concentrations of the p-layer 6, the substrate 5, the n-layer 7, and the p-layer 10 of FIG. A solid line 25 in FIG. 3 indicates a value obtained by combining the respective impurity concentrations in FIG. 2 (hereinafter, referred to as a net value). The shaded area 26 indicates the net impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. The total amount of effective donors stored in the n-layer 7 is shown.

【0035】光電変換素子であるn層7の不純物濃度2
3は、基板5の内部に最も高濃度すなわち濃度が極大と
なる点が存在する。基板5表面では、n層7の不純物濃
度は低く、基板5内部に行くにつれて濃度が高くなる。
このように基板5内部にn層7の不純物濃度の極大値が
存在し、極大値となる深さよりさらに基板内部に行くに
つれてn層7の不純物濃度は低下する。従来の固体撮像
装置ではn層7の不純物濃度は、基板5表面あるいは暗
電流を低減するp層10の不純物濃度が分布している深
さ程度に浅い領域に極大となる領域を持つように形成さ
れている。p層10の不純物濃度24は、n層7の濃度
より高濃度で、基板5内部への広がりが少なくなるよう
に形成されている。
The impurity concentration 2 of the n-layer 7 as a photoelectric conversion element
No. 3 has a point where the highest concentration, that is, the highest concentration, exists inside the substrate 5. On the surface of the substrate 5, the impurity concentration of the n-layer 7 is low, and the concentration increases toward the inside of the substrate 5.
As described above, the maximum value of the impurity concentration of the n-layer 7 exists inside the substrate 5, and the impurity concentration of the n-layer 7 decreases further toward the inside of the substrate than the depth at which the maximum value is obtained. In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the n-layer 7 is formed so as to have a maximum region in a region as shallow as the impurity concentration of the surface of the substrate 5 or the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. Have been. The impurity concentration 24 of the p layer 10 is higher than the concentration of the n layer 7 and is formed so as to be less spread into the substrate 5.

【0036】さらに、p層6は基板5内部にあって、光
電変換素子のn層7の基板5内部の深部にある端部に少
なくとも重なるように形成されている。その不純物濃度
21は、n層7と重なり合った部分より濃度が高くなり
始め、さらに基板5深部に極大値を持つように分布して
いる。従来の固体撮像装置ではp層6の不純物濃度は、
基板5表面あるいは暗電流を低減するp層10の不純物
濃度が分布している深さ程度に浅い領域に極大となる領
域を持つように形成されている。またその不純物濃度の
分布状態は低濃度で基板5のかなり深部にまで及んでい
る。
Further, the p-layer 6 is formed inside the substrate 5 so as to at least overlap the end of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element which is deep inside the substrate 5. The impurity concentration 21 starts to increase from a portion overlapping with the n-layer 7 and is distributed so as to have a maximum value in a deep portion of the substrate 5. In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the p layer 6 is
It is formed so as to have a maximum region in a region as shallow as the depth where the impurity concentration of the p-layer 10 for reducing the dark current is distributed on the surface of the substrate 5. The distribution of the impurity concentration is low and extends to a considerably deep portion of the substrate 5.

【0037】本発明の固体撮像装置と従来のそれとの不
純物濃度の分布状態の相違により、光電変換素子に蓄積
される有効ドナーの総量に大きな違いが生じる。すなわ
ち、ネット不純物濃度26で示される有効ドナーの総量
は、次のようにして求められる。不純物濃度23に基板
5の不純物濃度22を加えた値から、p層10の不純物
濃度24とp層6の不純物濃度21を差し引いた値から
求められる。
The difference in the distribution of the impurity concentration between the solid-state imaging device of the present invention and the conventional solid-state imaging device causes a large difference in the total amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element. That is, the total amount of effective donors represented by the net impurity concentration 26 is obtained as follows. It is obtained from a value obtained by subtracting the impurity concentration 24 of the p layer 10 and the impurity concentration 21 of the p layer 6 from the value obtained by adding the impurity concentration 22 of the substrate 5 to the impurity concentration 23.

【0038】従来の固体撮像装置では、光電変換素子の
n層7の不純物濃度は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度の
浅い領域に極大となる領域を持つように形成されてい
る。このため、光電変換素子となるn層7の内、最も不
純物濃度の高い領域は、基板5の表面に形成された高濃
度で、分布状態の浅いp層10によって打ち消されてし
まう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナーの
絶対量は低下することになる。さらに、p層6の不純物
濃度が低濃度であるが基板5深部にまで深く分布してい
るため光電変換素子のn層7の濃度は全体に低くなって
しまう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナー
の絶対量は低下することになる。
In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is maximized in a shallow region of about the depth where the impurity concentration of the surface of the substrate 5 or the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. Is formed. Therefore, the region having the highest impurity concentration in the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the high-concentration, shallow p-layer 10 formed on the surface of the substrate 5. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases. Further, although the impurity concentration of the p-layer 6 is low, it is distributed deeply to the deep portion of the substrate 5, so that the concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is reduced as a whole. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases.

【0039】一方、本発明の固体撮像装置では、光電変
換素子であるn層7は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度に
浅い領域では不純物濃度は低くなるように形成されてい
る。このため、光電変換素子となるn層7が、基板5の
表面に形成された高濃度の不純物濃度24すなわち分布
状態の浅いp層10によって打ち消される濃度は殆ど問
題にならない程度である。このため光電変換素子に蓄積
される有効ドナーの絶対量は従来の場合と比べて問題に
ならない程度で低下するのみである。
On the other hand, in the solid-state imaging device according to the present invention, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed on the surface of the substrate 5 or in a region as shallow as the depth where the impurity concentration of the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. The impurity concentration is formed to be low. For this reason, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element has almost no problem with the high impurity concentration 24 formed on the surface of the substrate 5, that is, the concentration that is canceled out by the shallow p-layer 10 in the distribution state. For this reason, the absolute amount of the effective donor accumulated in the photoelectric conversion element only decreases to a level that does not cause a problem as compared with the conventional case.

【0040】さらに、p層6の不純物濃度21は、基板
5の深部に形成されている。不純物濃度21の端部は光
電変換素子のn層7の端部と重なるように分布してい
る。ここでも、不純物濃度21と重なり合う不純物濃度
23の領域では、そのn型不純物の濃度は低くなるよう
に形成されている。このため、光電変換素子となるn層
7が、不純物濃度21によって打ち消される濃度は殆ど
問題にならない程度である。このため光電変換素子に蓄
積される有効ドナーの絶対量は従来の場合と比べて問題
にならない程度で低下するのみである。このようにp層
6とn層7を重ねる時、不純物濃度21には次のような
制限が加えられる。第1に重なりがない場合には、図3
で示されるネット不純物濃度の実線25が図4に示すよ
うな形状になる。有効ドナーが蓄積される領域が基板5
深部に突起状に突き出た領域ができる。このような形状
の光電変換素子では、ネット不純物濃度26が不純物濃
度21によって打ち消されることがないため、実質的な
ネット不純物濃度26が大きくなる。ネット不純物濃度
26が大きくなると有効ドナー総量が大きくなる。
Further, the impurity concentration 21 of the p layer 6 is formed in a deep part of the substrate 5. The end of the impurity concentration 21 is distributed so as to overlap the end of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. Also here, in the region of the impurity concentration 23 overlapping with the impurity concentration 21, the n-type impurity concentration is formed to be low. For this reason, the concentration at which the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the impurity concentration 21 is such that there is almost no problem. For this reason, the absolute amount of the effective donor accumulated in the photoelectric conversion element only decreases to a level that does not cause a problem as compared with the conventional case. As described above, when the p layer 6 and the n layer 7 are overlapped, the impurity concentration 21 is restricted as follows. First, when there is no overlap, FIG.
The solid line 25 of the net impurity concentration indicated by the symbol has a shape as shown in FIG. The area where effective donors are accumulated is the substrate 5
A protruding region is formed in a deep part. In the photoelectric conversion element having such a shape, since the net impurity concentration 26 is not canceled by the impurity concentration 21, the net net impurity concentration 26 is substantially increased. As the net impurity concentration 26 increases, the total effective donor amount increases.

【0041】また、重なり合う領域が浅い場合には、重
なり合う領域の不純物濃度21の最大値aの濃度が、基
板5の不純物濃度bより大きくなくてはならない。すな
わちaの濃度はn層7の不純物濃度の分布端部でのp層
6の濃度を示している。もし、aの値がbの値より小さ
い場合には、図4に示されたネット不純物濃度の実線2
5のように基板5深部で不純物濃度は突起形状となる。
When the overlapping region is shallow, the concentration of the maximum value a of the impurity concentration 21 in the overlapping region must be higher than the impurity concentration b of the substrate 5. That is, the concentration of a indicates the concentration of the p-layer 6 at the end of the impurity concentration distribution of the n-layer 7. If the value of a is smaller than the value of b, the solid line 2 of the net impurity concentration shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the impurity concentration has a protruding shape at the deep portion of the substrate 5.

【0042】逆にaの値が極端にbの値より大きい場合
には、実線25のp側の盛り上がりの壁が高くなる。す
なわち、n層7と基板5との間に形成される電位障壁が
高くなる。電位障壁が高いと、基板5に印加すべき電圧
を高くすることでブルーミング現象を防止することがで
きる。
Conversely, when the value of a is extremely larger than the value of b, the wall of the solid line 25 on the p-side is raised. That is, the potential barrier formed between n layer 7 and substrate 5 is increased. If the potential barrier is high, the blooming phenomenon can be prevented by increasing the voltage to be applied to the substrate 5.

【0043】しかし、不純物濃度21の分布が、急峻で
あってn層7とp層6の重なり合う領域が浅く、aの値
が極端にbの値より大きくかつp層6の厚さが薄い場合
には、ネット不純物濃度26が不純物濃度25によって
打ち消される量が少なくなるためネット不純物濃度26
は高くなる。このため有効ドナー総量は大きくなる。ま
た、基板5に印加すべき電圧は低くても十分な効果が得
られる。
However, when the distribution of the impurity concentration 21 is steep, the region where the n layer 7 and the p layer 6 overlap is shallow, the value of a is extremely larger than the value of b, and the thickness of the p layer 6 is thin. The net impurity concentration 26 is reduced by the amount by which the net impurity concentration 26 is canceled by the impurity concentration 25.
Will be higher. Therefore, the total amount of effective donors becomes large. Further, a sufficient effect can be obtained even if the voltage to be applied to the substrate 5 is low.

【0044】n層7の不純物濃度23の極大点は、p層
6とp層10の不純物濃度21,24と全く重ならない
領域に持っている。このように不純物濃度23を形成す
ることによって有効ドナーの総量を多くすることができ
る。このようにn層7の不純物濃度23は、p層6及び
p層10の不純物濃度21,24とそれぞれ端部でのみ
重なり合っている。すなわち、p層10の不純物濃度2
4とp層6の不純物濃度21とは重なり合うことがな
く、両者をn層7の不純物濃度23によって連続してい
る。このような不純物濃度分布を造ることで、光電変換
素子のn層7に蓄積される有効ドナーの総量を顕著に増
加させることができる。
The maximum point of the impurity concentration 23 of the n-layer 7 is located in a region which does not completely overlap the impurity concentrations 21 and 24 of the p-layer 6 and the p-layer 10. By forming the impurity concentration 23 in this manner, the total amount of effective donors can be increased. As described above, the impurity concentration 23 of the n-layer 7 overlaps the impurity concentrations 21 and 24 of the p-layer 6 and the p-layer 10 only at the respective ends. That is, the impurity concentration of the p layer 10 is 2
4 and the impurity concentration 21 of the p layer 6 do not overlap with each other, and both are continued by the impurity concentration 23 of the n layer 7. By forming such an impurity concentration distribution, the total amount of effective donors accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element can be significantly increased.

【0045】一方、ネット不純物濃度25において、光
電変換素子のn層7に蓄積される有効ドナー総量を示す
斜線26の面積は、従来の総量を示す斜線19の面積よ
り大きくなっている。このため、光電変換素子の飽和特
性の上限値が従来のものより大きくなり、固体撮像素子
の飽和電荷量、すなわちダイナミックレンジを大幅に向
上させることができる。ここで、基板5の濃度は、約1
15cm-3である。p層10の濃度は、1018〜1019
cm-3で、その拡散長は0.5ミクロンである。また、
p層6の濃度は、約1015cm-3で、その領域は基板5
表面から1.5ミクロンから拡散長3.0ミクロンであ
る。n層7の濃度は、1016〜1017cm-3で、その拡
散長は1.8ミクロンである。よってn層7とp層6の
重なり合う領域は0.3ミクロンとなる。
On the other hand, at the net impurity concentration 25, the area of the diagonal line 26 indicating the total effective donor amount accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is larger than the area of the diagonal line 19 indicating the conventional total amount. For this reason, the upper limit of the saturation characteristic of the photoelectric conversion element becomes larger than that of the conventional one, and the saturation charge amount of the solid-state imaging device, that is, the dynamic range can be significantly improved. Here, the concentration of the substrate 5 is about 1
0 15 cm -3 . The concentration of the p layer 10 is 10 18 to 10 19
At cm -3 , its diffusion length is 0.5 microns. Also,
The concentration of the p layer 6 is about 10 15 cm −3 ,
From 1.5 microns from the surface to a diffusion length of 3.0 microns. The concentration of the n-layer 7 is 10 16 to 10 17 cm −3 , and its diffusion length is 1.8 μm. Therefore, the area where the n-layer 7 and the p-layer 6 overlap is 0.3 μm.

【0046】図5に、本発明の第2の実施の形態である
固体撮像装置内の不純物濃度を示す。具体的には、図1
に示されたp層10と光電変換素子のn層7、p層6及
び基板5を通るA−A’線に沿った基板内の不純物濃度
を示す。また、図6に、図5の不純物濃度のネット値を
示す。本発明では図1に示されているように固体撮像装
置の断面形状については、従来のそれと全く同じである
が、形成されている不純物層の不純物濃度分布が異なっ
ている。このことについてより詳細に説明していく。
FIG. 5 shows the impurity concentration in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. Specifically, FIG.
2 shows the impurity concentration in the substrate along the line AA ′ passing through the p layer 10, the n layer 7, the p layer 6, and the substrate 5 of the photoelectric conversion element. FIG. 6 shows the net value of the impurity concentration in FIG. In the present invention, as shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the solid-state imaging device is exactly the same as that of the conventional one, but the impurity concentration distribution of the formed impurity layer is different. This will be described in more detail.

【0047】両図面において、縦軸、横軸は図2、3と
全く同じものを示す。図5の破線27,28,29,3
0はそれぞれ図1のp層6、基板5、n層7、p層10
の不純物濃度を示している。図6の実線31は、図5の
各々の不純物濃度のネット値を示している。斜線32の
領域は光電変換素子のn層7のネット不純物濃度であ
る。n層7に蓄積される有効ドナーの総量を示してい
る。
In both figures, the ordinate and abscissa show exactly the same as in FIGS. Dashed lines 27, 28, 29, 3 in FIG.
0 denotes the p layer 6, the substrate 5, the n layer 7, and the p layer 10 of FIG.
Is shown. The solid line 31 in FIG. 6 indicates the net value of each impurity concentration in FIG. The shaded region 32 indicates the net impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. The total amount of effective donors stored in the n-layer 7 is shown.

【0048】光電変換素子であるn層7の不純物濃度2
9は、基板5の内部に最も高濃度すなわち濃度が極大と
なる点が存在する。基板5表面では、n層7の不純物濃
度は低く、基板5内部に行くにつれて濃度が高くなる。
このように基板5内部にn層7の不純物濃度の極大値が
存在し、極大値となる深さよりさらに基板内部に行くに
つれてn層7の不純物濃度は低下する。以上のようにn
層7の不純物濃度の分布は本発明の第1の実施の形態と
同じである。また、n層7の上部には暗電流を低減する
ためにp層10が形成されている。p層10の不純物濃
度30は、n層7の濃度より高濃度で、基板5内部への
広がりが少なくなるように形成されているのも本発明の
第1の実施の形態と同じである。
The impurity concentration 2 of the n-layer 7 as the photoelectric conversion element
No. 9 has the highest concentration inside the substrate 5, that is, the point where the concentration is maximum. On the surface of the substrate 5, the impurity concentration of the n-layer 7 is low, and the concentration increases toward the inside of the substrate 5.
As described above, the maximum value of the impurity concentration of the n-layer 7 exists inside the substrate 5, and the impurity concentration of the n-layer 7 decreases further toward the inside of the substrate than the depth at which the maximum value is obtained. As described above, n
The distribution of the impurity concentration of the layer 7 is the same as that of the first embodiment of the present invention. A p-layer 10 is formed on the n-layer 7 to reduce dark current. As in the first embodiment of the present invention, the impurity concentration 30 of the p layer 10 is higher than the concentration of the n layer 7 and formed so as to be less spread inside the substrate 5.

【0049】本発明の第1の実施の形態と異なる点は、
p層6が従来の固体撮像装置の不純物濃度15と同じよ
うに低濃度で、基板5表面から基板5深部にまで形成さ
れている点である。すなわち、不純物濃度6は、基板5
表面に濃度の極大値を持つ。またその分布状態は基板5
深部に広がっている。p層6の拡散深さはn層7の拡散
深さより深くまで形成されている。
What is different from the first embodiment of the present invention is that
The point is that the p layer 6 is formed at a low concentration from the surface of the substrate 5 to the deep portion of the substrate 5 as in the case of the impurity concentration 15 of the conventional solid-state imaging device. That is, the impurity concentration 6 is
It has a maximum concentration on the surface. In addition, the distribution state is
Spread deep. The diffusion depth of the p layer 6 is formed deeper than the diffusion depth of the n layer 7.

【0050】本発明の固体撮像装置と従来のそれとの不
純物濃度の分布状態の相違は、光電変換素子に蓄積され
る有効ドナーの総量に大きな違いが生じる。すなわち、
ネット不純物濃度32で示される有効ドナーの総量は、
次のようにして求められる。不純物濃度29に基板5の
不純物濃度28を加えた値から、p層10の不純物濃度
30とp層6の不純物濃度27を差し引いた値から求め
られる。
The difference in the distribution of the impurity concentration between the solid-state imaging device of the present invention and the conventional solid-state imaging device greatly changes the total amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element. That is,
The total amount of effective donors represented by the net impurity concentration 32 is
It is determined as follows. It is obtained from a value obtained by subtracting the impurity concentration 30 of the p layer 10 and the impurity concentration 27 of the p layer 6 from the value obtained by adding the impurity concentration 28 of the substrate 5 to the impurity concentration 29.

【0051】従来の固体撮像装置では、光電変換素子の
n層7の不純物濃度は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度の
浅い領域に極大となる領域を持つように形成されてい
る。このため、光電変換素子となるn層7の内、最も不
純物濃度の高い領域は、基板5の表面に形成された高濃
度で、分布状態の浅いp層10によって打ち消されてし
まう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナーの
絶対量は低下することになる。さらに、p層6の不純物
濃度が低濃度であるが基板5深部にまで深く分布してい
るため光電変換素子のn層7の濃度は全体に低くなって
しまう。このため光電変換素子に蓄積される有効ドナー
の絶対量は低下することになる。
In the conventional solid-state imaging device, the impurity concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is maximized in a shallow region of about the depth where the impurity concentration of the surface of the substrate 5 or the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. Is formed. Therefore, the region having the highest impurity concentration in the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the high-concentration, shallow p-layer 10 formed on the surface of the substrate 5. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases. Further, although the impurity concentration of the p-layer 6 is low, it is distributed deeply to the deep portion of the substrate 5, so that the concentration of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is reduced as a whole. Therefore, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element decreases.

【0052】一方、本発明の固体撮像装置では、光電変
換素子であるn層7は、基板5表面あるいは暗電流を低
減するp層10の不純物濃度が分布している深さ程度に
浅い領域では不純物濃度は低くなるように形成されてい
る。このため、光電変換素子となるn層7が、基板5の
表面に形成された高濃度の不純物濃度30すなわち分布
状態の浅いp層10によって打ち消される濃度は殆ど問
題にならない程度である。このため光電変換素子に蓄積
される有効ドナーの絶対量は従来の場合と比べて問題に
ならない程度で低下するのみである。
On the other hand, in the solid-state imaging device of the present invention, the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed on the surface of the substrate 5 or in a region as shallow as the depth where the impurity concentration of the p-layer 10 for reducing dark current is distributed. The impurity concentration is formed to be low. For this reason, the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element has a concentration that is negligible by the high impurity concentration 30 formed on the surface of the substrate 5, that is, the concentration that is canceled out by the shallow p-layer 10 in the distribution state. For this reason, the absolute amount of the effective donor accumulated in the photoelectric conversion element only decreases to a level that does not cause a problem as compared with the conventional case.

【0053】しかし、本発明の第1の実施の形態におい
てはp層6の不純物濃度21が、基板5の深部に形成さ
れている。不純物濃度21の端部は光電変換素子のn層
7の端部と重なるように分布している。このため、光電
変換素子となるn層7が、不純物濃度27によって打ち
消される濃度は殆ど問題にならない程度であった。これ
と比較すると本発明の第2の実施の形態では、p層6が
基板5表面から拡散されて形成されている点で従来の固
体撮像装置と同じである。このため、本発明の第1の実
施の形態よりは光電変換素子に蓄積される有効ドナーの
絶対量は少なくなる。従来の場合と比べた場合には、本
発明の第2の実施の形態でも問題にならない程度有効ド
ナーの総量が低下するのみである。
However, in the first embodiment of the present invention, the impurity concentration 21 of the p layer 6 is formed in a deep part of the substrate 5. The end of the impurity concentration 21 is distributed so as to overlap the end of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. For this reason, the concentration at which the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is canceled by the impurity concentration 27 is such that there is almost no problem. In comparison with this, the second embodiment of the present invention is the same as the conventional solid-state imaging device in that the p layer 6 is formed by diffusing from the surface of the substrate 5. For this reason, the absolute amount of effective donors stored in the photoelectric conversion element is smaller than in the first embodiment of the present invention. Compared with the conventional case, the total amount of effective donors is reduced to such an extent that even the second embodiment of the present invention does not matter.

【0054】また、本発明の第2の実施の形態ではn層
7のみが従来の固体撮像装置と異なる部分である。本発
明の第1の実施の形態ではn層7とp層6の重なり合う
領域が問題となったが、本発明の第2の実施の形態では
従来のプロセスで容易に形成することができる。また、
ネット不純物濃度31において、光電変換素子のn層7
に蓄積される有効ドナー総量を示す斜線32の面積は、
従来の総量を示す斜線19の面積より大きくなってい
る。このため、光電変換素子の飽和特性の上限値が従来
のものより大きくなり、固体撮像素子の飽和電荷量を大
きくすることができる。
In the second embodiment of the present invention, only the n-layer 7 is different from the conventional solid-state imaging device. In the first embodiment of the present invention, the region where the n-layer 7 and the p-layer 6 overlap is a problem, but in the second embodiment of the present invention, it can be easily formed by a conventional process. Also,
At the net impurity concentration 31, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element
The area of the oblique line 32 indicating the total amount of effective donors accumulated in
It is larger than the area of the oblique line 19 indicating the conventional total amount. For this reason, the upper limit of the saturation characteristic of the photoelectric conversion element is larger than that of the conventional one, and the saturation charge amount of the solid-state imaging device can be increased.

【0055】ここで、基板5の濃度は、1015cm-3
ある。p層10の濃度は、1018〜1019cm-3で、そ
の拡散長は0.5ミクロンである。また、p層6の濃度
は、約2×1014cm-3で、その領域は基板5表面から
拡散長5.5ミクロンである。n層7の濃度は、1016
〜1017cm-3で、その拡散長は1.8ミクロンであ
る。よってn層7とp層6の重なり合う領域は1.8ミ
クロンとなる。以上のような条件で固体撮像装置を形成
すると、従来の固体撮像装置ではその飽和電荷量が4×
104/画素程度であったのが、1.2×105/画素程
度の値が得られる。
Here, the concentration of the substrate 5 is 10 15 cm −3 . The concentration of the p layer 10 is 10 18 to 10 19 cm −3 , and the diffusion length is 0.5 μm. The concentration of the p layer 6 is about 2 × 10 14 cm −3 , and the region has a diffusion length of 5.5 μm from the surface of the substrate 5. The concentration of the n-layer 7 is 10 16
At 〜1010 17 cm -3 , its diffusion length is 1.8 microns. Therefore, the area where the n layer 7 and the p layer 6 overlap is 1.8 microns. When a solid-state imaging device is formed under the above conditions, the saturation charge amount of the conventional solid-state imaging device is 4 ×
Although about 10 4 / pixel, a value of about 1.2 × 10 5 / pixel is obtained.

【0056】図7に他発明の第1の実施の形態である固
体撮像装置の断面構造を示す。この図は従来技術の図2
5に示された固体撮像装置に対応した領域の断面図であ
る。
FIG. 7 shows a sectional structure of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. This figure is a prior art FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a region corresponding to the solid-state imaging device shown in FIG.

【0057】n型基板5上に形成された所定範囲の深さ
と濃度を有したp層33が形成されている。p層33に
n層の光電変換素子7の一部の領域が形成されている。
また、p層33には高濃度のp層8が形成され、p層8
内に垂直CCD転送チャンネルとなるn層9が設けられ
ている。さらに、光電変換素子7の底部に接して高濃度
で厚さの薄いp層34が形成されている。p層34はp
層33とそれと隣合うp層33で挟まれたn型基板5に
形成されている。光電変換素子7の上には高濃度のp層
10が形成されている。また、p層8は、n層7及びp
層10と離間して形成されている。
A p-layer 33 having a predetermined range of depth and concentration is formed on the n-type substrate 5. A partial region of the n-layer photoelectric conversion element 7 is formed in the p-layer 33.
A high concentration p layer 8 is formed on the p layer 33, and the p layer 8
An n layer 9 serving as a vertical CCD transfer channel is provided therein. Further, a p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed in contact with the bottom of the photoelectric conversion element 7. p layer 34
It is formed on an n-type substrate 5 sandwiched between a layer 33 and a p-layer 33 adjacent thereto. A high concentration p layer 10 is formed on the photoelectric conversion element 7. Further, the p layer 8 is formed by the n layer 7 and the p layer
It is formed separately from the layer 10.

【0058】n型基板5上には、少なくとも光電変換素
子7の所定領域を除く領域にSiO 2等の絶縁膜12を
介して垂直CCD転送電極13が形成されている。光電
変換素子のn層7は低濃度で厚いp層33と、高濃度で
厚さの薄いp層34の2つの領域上に形成されている。
光電変換素子のn層7に蓄積された信号電荷はn層9に
読み出され、n層9内であって紙面に垂直な方向に信号
電荷は転送される。光電変換素子のn層7上に形成され
た高濃度p層10は、Si−SiO2の界面準位に起因
する暗電流の発生を防止するために形成されている。
On the n-type substrate 5, at least a photoelectric conversion element
SiO 2 is formed in a region except a predetermined region of the child 7. TwoInsulating film 12 such as
A vertical CCD transfer electrode 13 is formed therebetween. Photoelectric
The n-layer 7 of the conversion element has a low-concentration thick p-layer 33 and a high-concentration
It is formed on two regions of the thin p-layer 34.
The signal charges stored in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element are transferred to the n-layer 9
The signal is read out, and the signal is
Charge is transferred. Formed on the n-layer 7 of the photoelectric conversion element
The high-concentration p layer 10 is made of Si-SiOTwoDue to the interface state of
It is formed in order to prevent generation of dark current.

【0059】以上のようにこの発明の固体撮像装置で、
従来の固体撮像装置と異なっている構成は、光電変換素
子のn層7が、低濃度で厚いp層33と、高濃度で厚さ
の薄いp層34の2つの領域上に少なくとも形成されて
いる点である。ここで、基板5の濃度は1015cm-3
ものを用いた。また、p層33の濃度は1015cm
-3で、その拡散長は3ミクロンである。n層7の濃度は
1016〜1017cm-3で、その拡散長は1.8ミクロン
である。また、p層10の濃度は1018〜1019cm-3
で、その拡散長は0.5ミクロンである。p層8の濃度
は3×1017cm-3で、その拡散長は1.2ミクロンで
ある。n層9の濃度は5×1016cm-3で、その拡散長
は0.8ミクロンである。p層34の濃度は4×1015
cm-3で、その拡散長は1.5ミクロンである。
As described above, in the solid-state imaging device of the present invention,
A configuration different from the conventional solid-state imaging device is that the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is formed at least on two regions of a low-concentration thick p-layer 33 and a high-concentration thin p-layer 34. It is a point. Here, a substrate 5 having a concentration of 10 15 cm −3 was used. The concentration of the p layer 33 is 10 15 cm.
At -3 , its diffusion length is 3 microns. The concentration of the n-layer 7 is 10 16 to 10 17 cm −3 , and the diffusion length is 1.8 μm. The concentration of the p layer 10 is 10 18 to 10 19 cm -3.
The diffusion length is 0.5 microns. The concentration of the p-layer 8 is 3 × 10 17 cm −3 and its diffusion length is 1.2 μm. The concentration of the n-layer 9 is 5 × 10 16 cm −3 and its diffusion length is 0.8 μm. The concentration of the p layer 34 is 4 × 10 15
At cm -3 , its diffusion length is 1.5 microns.

【0060】p層34は、光電変換素子であるn層7の
垂直CCD転送部であるn層9から離れた位置に形成さ
れている。p層34は光電変換素子のn層7の長辺に沿
って形成されている。p層34の長辺方向への長さは3
ミクロンである。この長さが、さらに長く光電変換素子
のn層7の長辺に沿って形成されていると電子シャッタ
を動作させるための印加電圧を低くすることができる。
すなわち、n層7に蓄積された信号電荷を全て基板5に
排出するために基板5に印加すべきパルス電圧を低くす
ることができる。
The p-layer 34 is formed at a position distant from the n-layer 9 which is a vertical CCD transfer section of the n-layer 7 which is a photoelectric conversion element. The p layer 34 is formed along the long side of the n layer 7 of the photoelectric conversion element. The length in the long side direction of the p layer 34 is 3
Micron. If this length is longer and formed along the long side of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, the applied voltage for operating the electronic shutter can be reduced.
That is, the pulse voltage to be applied to the substrate 5 to discharge all the signal charges accumulated in the n-layer 7 to the substrate 5 can be reduced.

【0061】また、光電変換素子のn層7とp層34
の、垂直CCD転送部であるn層9から最も離れた端部
がこの発明の実施の形態では一致している。n層7の端
部よりp層34の端部が隣接するp層33にまで伸びて
形成されていても同様の効果を得ることができる。この
ように、端部を形成するのにその位置関係に余裕がある
ため製造上のマージンが大きくなる。一方、n層7の端
部よりp層34の端部が短くなる場合には、n層7が基
板5と直接接触することとなり、n層7には信号電荷が
蓄積できなくなる。
The n-layer 7 and the p-layer 34 of the photoelectric conversion element
The end farthest from the n-layer 9 which is the vertical CCD transfer unit coincides with the embodiment of the present invention. The same effect can be obtained even when the end of the p layer 34 extends from the end of the n layer 7 to the adjacent p layer 33. As described above, since there is a margin in the positional relationship for forming the end portion, a margin in manufacturing is increased. On the other hand, if the end of the p layer 34 is shorter than the end of the n layer 7, the n layer 7 comes into direct contact with the substrate 5 and no signal charges can be stored in the n layer 7.

【0062】さらに、p層34の基板5深部方向への厚
さは、1.5ミクロンである。この厚さは固体撮像装置
の電子シャッタを動作させるときにn層7に印加すべき
パルス電圧の値を左右する。すなわち、この厚さより薄
い場合には、n層7と基板5の間に生じる電位障壁が低
くなる。このため基板5に印加すべき電圧を低くするこ
とができる。また、この厚さより厚く形成されている場
合には、n層7と基板5の間に生じる電位障壁が高くな
る。このため基板5に印加すべき電圧を高くする必要が
ある。p層33とn型基板5の間にはn型基板5に正電
位、p層33に負電位となる逆バイアス電圧Vsubが
印加される。
Further, the thickness of the p layer 34 in the depth direction of the substrate 5 is 1.5 μm. This thickness affects the value of the pulse voltage to be applied to the n-layer 7 when operating the electronic shutter of the solid-state imaging device. That is, when the thickness is smaller than this thickness, the potential barrier generated between n layer 7 and substrate 5 becomes low. Therefore, the voltage to be applied to the substrate 5 can be reduced. If the thickness is larger than this thickness, the potential barrier generated between n layer 7 and substrate 5 becomes higher. Therefore, it is necessary to increase the voltage to be applied to the substrate 5. Between the p-layer 33 and the n-type substrate 5, a reverse bias voltage Vsub, which is a positive potential to the n-type substrate 5 and a negative potential to the p-layer 33, is applied.

【0063】ブルーミング現象を防止するために正電圧
Vsubをn型基板5に印加したときに、図7で示され
たC−C’線、及びD−D’線に沿った電位分布を図
8,9に示す。図8はこの発明の固体撮像装置がブルー
ミング現象を減少させるのに効果があることを詳細に説
明するための図である。図8の破線36は、図7で示さ
れたC−C’線、及び実線37はD−D’線に沿った電
位分布を示す。領域10,7,33,5はそれぞれ高濃
度p層10,光電変換素子のn層7,低濃度で厚いp層
33,n型基板5の深さ方向の厚さを示している。Vs
ubの電位が印加された時、低濃度で厚いp層33内で
の極小電位38の値が高濃度で厚さの薄いp層34の極
小電位39の値よりも高くなっている。
When a positive voltage Vsub is applied to the n-type substrate 5 in order to prevent the blooming phenomenon, the potential distribution along the lines CC ′ and DD ′ shown in FIG. 7 is shown in FIG. , 9. FIG. 8 is a diagram for explaining in detail that the solid-state imaging device of the present invention is effective in reducing the blooming phenomenon. 8 indicates the potential distribution along the line CC ′ shown in FIG. 7, and the solid line 37 indicates the potential distribution along the line DD ′. Regions 10, 7, 33, and 5 indicate the high-concentration p-layer 10, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, the low-concentration and thick p-layer 33, and the thickness of the n-type substrate 5 in the depth direction, respectively. Vs
When the potential ub is applied, the value of the minimum potential 38 in the low-concentration thick p-layer 33 is higher than the value of the minimum potential 39 in the high-concentration thin p-layer 34.

【0064】光電変換素子のn層7では、電位の井戸を
形成している。このためn層7及びその周辺で発生した
電荷は、この電位の井戸を形成するポテンシャルに沿っ
て移動する。この結果電位の井戸内に電荷が蓄積されて
いく。さらに蓄積される電荷が多くなり、極小電位38
を越える電位を持つ電荷がでてくると、過剰電荷となっ
てp層33の電位分布に沿って移動する。この結果、過
剰電荷はn型基板5へ排出される。
In the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, a potential well is formed. Therefore, the charges generated in the n-layer 7 and the periphery thereof move along the potential forming the well of this potential. As a result, charges are accumulated in the potential well. Further, the accumulated electric charge increases, and the minimum potential 38
When an electric charge having a potential exceeding the above occurs, it becomes an excess electric charge and moves along the electric potential distribution of the p layer 33. As a result, excess charges are discharged to the n-type substrate 5.

【0065】ブルーミング現象は、光電変換素子のn層
7に高輝度の光が入射したときに生じる現象である。す
なわち、入射した光によって光電変換素子内に瞬時に多
量の電子が生じる。光電変換素子内には一定容量の電子
しか蓄積することができない。そこで瞬時に生じた電子
の量が多量で光電変換素子に蓄積される容量より多い場
合には、隣接した垂直CCDの転送チャンネル内に過剰
な電子が流入することによって生じる。このような現象
がブルーミング現象と呼ばれている。
The blooming phenomenon is a phenomenon that occurs when high-luminance light enters the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. That is, a large amount of electrons are instantaneously generated in the photoelectric conversion element by the incident light. Only a certain amount of electrons can be stored in the photoelectric conversion element. Therefore, when the amount of electrons generated instantaneously is larger than the capacity stored in the photoelectric conversion element, it is caused by excessive electrons flowing into the transfer channel of the adjacent vertical CCD. Such a phenomenon is called a blooming phenomenon.

【0066】図8から、光電変換素子内の電位分布は、
図8に示される破線36と実線37の2つのタイプの分
布を示す。光電変換素子のn層7で形成された電子は、
電位の井戸内に蓄積されていく。その蓄積量が多くなる
と、光電変換素子のn層7の2つの分布形状の内、より
電位の低い方の電位分布の部分から電子がp層33へ流
れていく。実線37で示される分布状態の極小電位38
は破線36の極小電位39より低いため、実線37の電
位分布を持つ領域から最初に電子がp層33へ流れてい
く。
From FIG. 8, the potential distribution in the photoelectric conversion element is
FIG. 9 shows two types of distributions shown by a broken line 36 and a solid line 37 shown in FIG. 8. The electrons formed in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element are
The potential is accumulated in the well. When the accumulation amount increases, electrons flow to the p-layer 33 from the lower potential portion of the two distribution shapes of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. The minimum potential 38 in the distribution state indicated by the solid line 37
Is lower than the minimum potential 39 of the dashed line 36, so that electrons flow from the region having the potential distribution of the solid line 37 to the p-layer 33 first.

【0067】図9はこの発明の固体撮像装置が電子シャ
ッタの動作を行なうのに有効な構成であることを詳細に
説明するための図である。電子シャッタは光電変換素子
のn層7に蓄積された全ての信号電荷をn型基板5に排
出することである。図9は電子シャッタの動作を行わせ
た時の基板5内の電位分布である。すなわち電子シャッ
タの動作は光電変換素子のn層7に蓄積された電子が全
て基板5に排出することである。蓄積された電子が完全
に排出されなければ電子シャッタを動作させた時に、光
電変換素子単位に各々異なる電荷量が内部に蓄積された
(取り残された)状態となる。このため取り残された電
荷によって固定パターンを発生させることになる。電子
シャッタを動作させるためにn型基板5に図8より更に
高い正電圧Vsubを印加されている。
FIG. 9 is a diagram for explaining in detail that the solid-state imaging device of the present invention has a configuration effective for performing the operation of the electronic shutter. The electronic shutter discharges all signal charges accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element to the n-type substrate 5. FIG. 9 shows a potential distribution in the substrate 5 when the operation of the electronic shutter is performed. That is, the operation of the electronic shutter is to discharge all the electrons accumulated in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element to the substrate 5. If the stored electrons are not completely discharged, when the electronic shutter is operated, a different amount of electric charge is accumulated (remaining) inside each photoelectric conversion element. Therefore, a fixed pattern is generated by the remaining charges. A positive voltage Vsub higher than that in FIG. 8 is applied to the n-type substrate 5 to operate the electronic shutter.

【0068】図9に、図7のC−C’線、及びD−D’
線に沿った電位分布をそれぞれ破線40及び実線41に
示す。図9の領域10,7,33,5はそれぞれ高濃度
p層10、光電変換素子のn層7,低濃度で厚いp層3
3,n型基板5の深さ方向の厚さを示している。Vsu
bの電位が印加されると、高濃度で厚さの薄いp層34
の極小電位42が低濃度で厚いp層33の極小電位43
よりも高くなっており、かつ極小電位42はn層7の電
位44よりも低くなっている。このため、光電変換素子
のn層7に蓄積された信号電荷は、電位の低い破線42
に沿って移動する。この時、光電変換素子のn層7内の
極小電位44より破線42の電位が低くなっているた
め、光電変換素子に蓄積された信号電荷が全てn型基板
5に排出される。
FIG. 9 shows a line CC ′ and a line DD ′ in FIG.
The potential distribution along the line is shown by a broken line 40 and a solid line 41, respectively. The regions 10, 7, 33, and 5 in FIG.
3 shows the thickness of the n-type substrate 5 in the depth direction. Vsu
When the potential b is applied, the p layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed.
Is the minimum potential 43 of the thick p-layer 33 with a low concentration.
And the minimum potential 42 is lower than the potential 44 of the n-layer 7. For this reason, the signal charges stored in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element are indicated by broken lines 42 having a low potential.
Move along. At this time, since the potential indicated by the broken line 42 is lower than the minimum potential 44 in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, all signal charges accumulated in the photoelectric conversion element are discharged to the n-type substrate 5.

【0069】図10はこのようになる理由を説明するた
めのVsubに対する電位の関係を示す図である。図1
0中の実線45及び破線46はそれぞれ低濃度で厚いp
層33、及び高濃度で厚さの薄いp層34内の極小電位
のVsub電圧依存性を示している。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the potential and Vsub for explaining the reason for this. Figure 1
The solid line 45 and the dashed line 46 in FIG.
The Vsub voltage dependence of the minimum potential in the layer 33 and the p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is shown.

【0070】実線45はVsub電位が高くなるにつれ
て、p層33内の極小電位が徐々に高くなる。一方、破
線46はVsub電位が高くなるにつれて、p層34内
の極小電位が急激に高くなる。この差はp層33とp層
34を比較した場合、p層33の不純物濃度がp層34
の不純物濃度より低く、かつその厚さが厚くなっている
点に起因する。すなわち、p層34は逆に不純物濃度は
高く、かつその厚さが薄く形成されている。
The solid line 45 indicates that the minimum potential in the p-layer 33 gradually increases as the Vsub potential increases. On the other hand, the broken line 46 indicates that the minimum potential in the p layer 34 sharply increases as the Vsub potential increases. This difference is due to the fact that when the p layer 33 and the p layer 34 are compared, the impurity concentration of the p layer 33 is
Is lower than the impurity concentration and the thickness thereof is thicker. That is, the p-layer 34 has a high impurity concentration and a small thickness.

【0071】したがって、光電変換素子のn層7の蓄積
電荷量のVsub電位依存性は、図10の交点47以下
では実線45によって、また交点47以上では破線46
で決定される。すなわち、光電変換素子の蓄積電荷量は
図11に示すようなVsub電位依存性を持つ。これよ
り光電変換素子に蓄積されている間、すなわち図8で示
された状態が図11の領域48に相当している。
Therefore, the dependence of the amount of charge stored in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element on the Vsub potential is indicated by the solid line 45 below the intersection 47 and the broken line 46 above the intersection 47 in FIG.
Is determined. That is, the amount of charge stored in the photoelectric conversion element has Vsub potential dependence as shown in FIG. The state shown in FIG. 8 during accumulation in the photoelectric conversion element, that is, the state shown in FIG. 8 corresponds to the region 48 in FIG.

【0072】電子シャッタを動作させて信号電荷を排出
する時には図9に示された状態、すなわち図11で示さ
れた実線よりも高電圧の時の状態で動作させる。このよ
うにすることで、高い飽和電荷量を持つ光電変換素子を
低いVsubとなるパルス電圧で電子シャッタの動作を
行なうことができる。これより、ブルーミングの発生を
防止するためには、領域48のように最大蓄積電荷量の
変化がVsub電位に対して緩やかなVsub電位依存
性領域で行うのがよい。このような領域で用いること
で、カメラ一体型VTRのVsub電位調整が容易とな
る。また、このようなVsub電位領域で用いることで
光電変換素子の最大蓄積電荷量の減少を少なくすること
ができる。
When discharging the signal charge by operating the electronic shutter, the electronic shutter is operated in the state shown in FIG. 9, that is, in the state where the voltage is higher than the solid line shown in FIG. By doing so, the operation of the electronic shutter can be performed with the pulse voltage that causes the photoelectric conversion element having a high saturated charge amount to have a low Vsub. Thus, in order to prevent the occurrence of blooming, it is preferable to make the change in the maximum accumulated charge amount in the Vsub potential-dependent region where the change in the maximum accumulated charge amount is gentle relative to the Vsub potential, as in the region 48. The use in such a region facilitates Vsub potential adjustment of the camera-integrated VTR. Further, by using such a Vsub potential region, a decrease in the maximum accumulated charge amount of the photoelectric conversion element can be reduced.

【0073】その一方で電子シャッタを動作させる時
は、領域49のように最大蓄積電荷量の変化がVsub
に対して急峻なVsub依存性を有する領域で用いるの
がよい。というのも電子シャッタを動作させる電位は、
ブルーミングの発生を防止する時に印加される電位に更
にクロック電圧を加えて実現する。
On the other hand, when the electronic shutter is operated, the change in the maximum accumulated charge amount is Vsub as in the region 49.
Is preferably used in a region having a sharp Vsub dependency with respect to Because the potential for operating the electronic shutter is
This is achieved by adding a clock voltage to the potential applied when preventing blooming from occurring.

【0074】この発明の固体撮像装置では従来の固体撮
像装置で電子シャッタを動作させる時に、印加されるク
ロック電圧より低い電圧で電子シャッタを動作させるこ
とができる。すなわち、従来の固体撮像装置で電子シャ
ッタを動作させる時に、印加されるクロック電圧は、3
0ボルトであるのに対してこの発明の実施の形態の固体
撮像装置では18ボルトという低い電圧で電子シャッタ
を動作させることができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, when operating the electronic shutter in the conventional solid-state imaging device, the electronic shutter can be operated at a voltage lower than the applied clock voltage. That is, when operating the electronic shutter in the conventional solid-state imaging device, the applied clock voltage is 3
In contrast to 0 volts, the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention can operate the electronic shutter at a voltage as low as 18 volts.

【0075】このように光電変換素子のn層7に接して
低濃度で厚いp層33と高濃度で厚さの薄いp層34を
形成することによって、ブルーミングを防止するための
ビデオカメラのVsub電位の調整を容易にでき、また
光電変換素子の最大蓄積電荷量(飽和電荷量)を高くす
ることができる。また、電子シャッタを動作させるのに
低いクロック電圧で実現することができる。
By forming the low-concentration thick p-layer 33 and the high-concentration thin p-layer 34 in contact with the n-layer 7 of the photoelectric conversion element, the Vsub of the video camera for preventing blooming is formed. The potential can be easily adjusted, and the maximum accumulated charge amount (saturated charge amount) of the photoelectric conversion element can be increased. Further, it can be realized with a low clock voltage for operating the electronic shutter.

【0076】さらに、高濃度で浅いp層34を図7の破
線35で示すように光電変換素子のn層7内に一部が重
なるように形成する。すなわち、破線35に示すような
位置に形成することで、高濃度で薄いp層34と接する
n層7の厚さが実質上薄くなる。このため、光電変換素
子の信号電荷を読み出す際に、光電変換素子のn層7が
空乏化した状態となる。よってそこに発生する電位分布
は読み出し側に深くなるため、残像の発生を防止するこ
とがより容易になる。
Further, a high-concentration and shallow p-layer 34 is formed so as to partially overlap the n-layer 7 of the photoelectric conversion element as shown by a broken line 35 in FIG. That is, by forming the n-layer 7 at the position shown by the broken line 35, the thickness of the n-layer 7 in contact with the high-concentration and thin p-layer 34 is substantially reduced. Therefore, when the signal charges of the photoelectric conversion element are read, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is in a depleted state. Therefore, the potential distribution generated there becomes deeper on the reading side, and it becomes easier to prevent the occurrence of an afterimage.

【0077】次に他発明の第2の実施の形態の固体撮像
装置について図12を用いて説明する。図12の断面図
は従来技術(図24)のA−A’線に沿った断面図であ
る。n型基板5上に形成された所定範囲の深さと濃度を
有したp層33が形成されている。p層33にn層7の
光電変換素子の一部の領域が形成されている。また、p
層33には高濃度のp層8が形成され、p層8内に垂直
CCDである転送チャンネルとなるn層9が設けられて
いる。さらに、光電変換素子のn層7の底部の一部に接
して高濃度で厚さの薄いp層34が形成されている。p
層34はp層33とそれと隣合うp層33で挟まれたn
型基板5に形成されている。光電変換素子のn層7の上
には高濃度のp層10が形成されている。また、p層8
は、p層7及びp層10と離間して形成されている。
Next, a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The cross-sectional view of FIG. 12 is a cross-sectional view along the line AA ′ of the conventional technique (FIG. 24). A p-layer 33 having a predetermined range of depth and concentration is formed on the n-type substrate 5. A partial region of the photoelectric conversion element of the n-layer 7 is formed in the p-layer 33. Also, p
In the layer 33, a high concentration p layer 8 is formed, and in the p layer 8, an n layer 9 serving as a transfer channel which is a vertical CCD is provided. Further, a p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed in contact with a part of the bottom of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. p
The layer 34 is an n layer sandwiched between the p layer 33 and the p layer 33 adjacent thereto.
Formed on the mold substrate 5. A high concentration p layer 10 is formed on n layer 7 of the photoelectric conversion element. Also, the p layer 8
Are formed separately from the p-layer 7 and the p-layer 10.

【0078】n型基板5上には、少なくとも光電変換素
子のn層7の所定領域を除く領域にSiO2等の絶縁膜
12を介して垂直CCDの転送電極13が形成されてい
る。ここで他発明の第1の実施の形態と異なる部分は、
高濃度で厚さの薄いp層34が垂直CCD転送チャンネ
ルとなるp層8の読み出し側に形成されていることであ
る。すなわち光電変換素子のn層7内の高濃度で厚さの
薄いp層34に接した部分を低濃度で厚いp層33に接
した部分よりもやや深く形成する。光電変換素子のn層
7の形状は鍵型となり、その短辺の先端にp層34が形
成されている。これによって、光電変換素子のn層7が
空乏化されたとき、光電変換素子の読み出し側の電位が
高くなる。このため、読み出し時に光電変換素子の電荷
が容易に移動することができる。このため残像の発生を
防止することがより容易になる。
On the n-type substrate 5, a transfer electrode 13 of a vertical CCD is formed at least in a region excluding a predetermined region of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element via an insulating film 12 such as SiO 2 . Here, the different points from the first embodiment of the present invention are as follows.
That is, a p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed on the reading side of the p-layer 8 serving as a vertical CCD transfer channel. In other words, the portion of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element that is in contact with the high-concentration and thin p-layer 34 is formed slightly deeper than the portion that is in contact with the low-concentration and thick p-layer 33. The shape of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is a key shape, and a p-layer 34 is formed at the tip of the short side. Thus, when the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is depleted, the potential on the read side of the photoelectric conversion element increases. For this reason, the charge of the photoelectric conversion element can easily move at the time of reading. Therefore, it is easier to prevent the occurrence of an afterimage.

【0079】ここで、図7の固体撮像装置についてその
駆動方法を図8、9を参照しながら説明する。図7にお
いて、p層8は電気的に接地されている。基板5には正
電圧が印加されている。このため、p層8、33、34
と基板5の間は、逆バイアス状態となっている。この時
の信号電荷蓄積期間における電位分布を図7のC−C’
線、D−D’線に沿った電位分布として示したのが上記
したように図8である。この期間では、p層33の極小
電位38が、p層34の極小電位39よりも深い。この
ため、光電変換素子のn層7で過剰電荷となったなった
電子が極小電位38に沿って移動し、基板5に排出され
なければならない。このためには、基板5へ所定の電圧
を印加すればよい。
Here, the driving method of the solid-state imaging device of FIG. 7 will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, the p layer 8 is electrically grounded. A positive voltage is applied to the substrate 5. Therefore, the p-layers 8, 33, 34
There is a reverse bias state between the substrate and the substrate 5. The potential distribution during the signal charge accumulation period at this time is shown by CC ′ in FIG.
FIG. 8 shows the potential distribution along the line and the line DD ′ as described above. In this period, the minimum potential 38 of the p layer 33 is deeper than the minimum potential 39 of the p layer 34. Therefore, the electrons that have become excessively charged in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element must move along the minimum potential 38 and be discharged to the substrate 5. For this purpose, a predetermined voltage may be applied to the substrate 5.

【0080】一方、電子シャッタの動作を行なわせる期
間での電位分布を図7のC−C’線、D−D’線に沿っ
た電位分布として示したのが上記したように図9であ
る。この期間では信号電荷蓄積期間よりも更に高い電圧
を基板5に印加する必要がある。更に高い電圧を基板5
に印加することで、n層7に蓄積されていた信号電荷を
すべてn型基板5へ排出することができる。このために
は、n層7の極大電位44よりも、p層34の極小電位
42の方が、高い電位にする必要がある。
On the other hand, FIG. 9 shows the potential distribution along the line CC ′ and line DD ′ in FIG. 7 during the period in which the operation of the electronic shutter is performed, as described above. . In this period, it is necessary to apply a higher voltage to the substrate 5 than in the signal charge accumulation period. A higher voltage is applied to the substrate 5
, All the signal charges accumulated in the n-layer 7 can be discharged to the n-type substrate 5. For this purpose, the minimum potential 42 of the p layer 34 needs to be higher than the maximum potential 44 of the n layer 7.

【0081】p層33を低濃度で、その分布の厚さを厚
くし、p層34を高濃度で、深く形成することによっ
て、従来より低い電圧で電子シャッタの動作をさせるこ
とができる。この時、p層33の極小電位43の電位
は、p層34の極小電位42よりも低くなっている。す
なわち、基板5に印加するVsub電位を高くして行く
と、p層33の極小電位43がp層34の極小電位42
を追い越すことができる。このようにして、基板5に印
加する電位が低くとも、電子シャッタを動作させること
ができる。
By forming the p-layer 33 at a low concentration and increasing the thickness of the distribution and forming the p-layer 34 at a high concentration and deep, the electronic shutter can be operated at a lower voltage than in the conventional case. At this time, the potential of the minimum potential 43 of the p layer 33 is lower than the minimum potential 42 of the p layer 34. That is, as the Vsub potential applied to the substrate 5 is increased, the minimum potential 43 of the p-layer 33 becomes
Can overtake. In this way, the electronic shutter can be operated even when the potential applied to the substrate 5 is low.

【0082】次に他発明の第3の実施の形態を図13を
用いて説明する。図13の断面図は従来技術(図24)
のB−B’線に沿った断面図である。n型基板5上に形
成された所定範囲の深さと濃度を有したp層33が形成
されている。p層33とその隣合うp層33で挟まれた
領域はn型基板5である。p層33と隣合うp層33に
挟まれたn型基板5にはp層34が形成されている。p
層33とp層34の各々の一部の領域に光電変換素子の
n層7が連続して形成されている。隣合う光電変換素子
の間は分離用のp層52が形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view of the prior art (FIG. 24).
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. A p-layer 33 having a predetermined range of depth and concentration is formed on the n-type substrate 5. The region sandwiched between the p layer 33 and the adjacent p layer 33 is the n-type substrate 5. The p-layer 34 is formed on the n-type substrate 5 sandwiched between the p-layer 33 adjacent to the p-layer 33. p
The n-layer 7 of the photoelectric conversion element is formed continuously in a part of each of the layer 33 and the p-layer 34. A p-layer 52 for isolation is formed between adjacent photoelectric conversion elements.

【0083】この発明を、本発明の第1、2の実施の形
態と比較したとき、p層33内のp層8および、p層8
内の転送チャンネルとなるn層9が設けられていない構
成である。さらに、光電変換素子のn層7の底部の一部
に接して高濃度で厚さの薄いp層34が形成されてい
る。光電変換素子のn層7の上には高濃度のp層10が
形成されている。n型基板5上には、少なくとも光電変
換素子のn層7の所定領域を除く領域にSiO2等の絶
縁膜12を介して垂直CCDの転送電極50が形成され
ている。さらに垂直CCDの転送電極51が絶縁膜12
を介して形成されている。高濃度で厚さの薄いp層34
は光電変換素子とその隣合う光電変換素子間の分離部に
1個形成されている。すなわち、p層34が2個の光電
変換素子に対して共通に形成されている。こうすること
によって高濃度で厚さの薄いp層34の形成個数を光電
変換素子の個数の半分にすることができる。また、光電
変換素子と接する高濃度で厚さの薄いp層34の面積を
小さくすることができるのでブルーミングの発生を防止
することが容易になる。
When the present invention is compared with the first and second embodiments of the present invention, the p layer 8 in the p layer 33 and the p layer 8
In this configuration, the n-layer 9 serving as a transfer channel is not provided. Further, a p-layer 34 having a high concentration and a small thickness is formed in contact with a part of the bottom of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element. A high concentration p layer 10 is formed on n layer 7 of the photoelectric conversion element. On the n-type substrate 5, a transfer electrode 50 of a vertical CCD is formed at least in a region other than a predetermined region of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element via an insulating film 12 such as SiO 2 . Further, the transfer electrode 51 of the vertical CCD is provided with the insulating film 12.
Is formed through. High concentration and thin p layer 34
Are formed in a separation portion between a photoelectric conversion element and an adjacent photoelectric conversion element. That is, the p layer 34 is formed in common for the two photoelectric conversion elements. By doing so, the number of p-layers 34 having a high concentration and a small thickness can be reduced to half of the number of photoelectric conversion elements. Further, since the area of the high-concentration and thin p-layer 34 in contact with the photoelectric conversion element can be reduced, blooming can be easily prevented.

【0084】図14は図7のC−C’線、及びD−D’
線に沿った深さ方向の不純物原子濃度分布である。5
3,54,55,56,57はそれぞれ高濃度p層1
0,光電変換素子のn層7,高濃度で厚さの薄いp層3
4,低濃度で厚いp層33,n型基板5の不純物濃度で
ある。p層34を高濃度で厚さの薄い層である不純物濃
度55として形成するためには、光電変換素子のn層7
の不純物濃度54を基板5表面よりも基板内部に不純物
原子濃度の極大値を有するように形成する。このような
構造にすることで光電変換素子のn層7内のネット不純
物濃度の減少を少なくできる。このため、光電変換素子
の特性を劣化することがない。このとき低濃度で厚いp
層33の不純物濃度56も高濃度で厚さの薄いp層34
と同様に基板表面よりも基板内部にその不純物原子濃度
分布の極大値を有する構造とすることによって、低濃度
で厚いp層33と高濃度で厚さの薄いp層34の不純物
濃度55との独立性が保ち易く不純物濃度の制御がより
容易になる。以上のような構造を形成するには、高濃度
で厚さの薄いp層34を形成するときにホウ素等の不純
物を200KeV以上の加速エネルギーで注入すること
によって実現することできる。
FIG. 14 is a sectional view taken along line CC ′ of FIG.
It is an impurity atom concentration distribution in the depth direction along the line. 5
3, 54, 55, 56 and 57 are high-concentration p layers 1 respectively.
0, n layer 7 of photoelectric conversion element, p layer 3 with high concentration and small thickness
4, the impurity concentration of the low-concentration thick p-layer 33 and the n-type substrate 5. In order to form the p-layer 34 with a high concentration and an impurity concentration 55 which is a thin layer, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is required.
Is formed so as to have a maximum value of the impurity atom concentration in the substrate rather than the surface of the substrate 5. With such a structure, a decrease in the net impurity concentration in the n-layer 7 of the photoelectric conversion element can be reduced. Therefore, the characteristics of the photoelectric conversion element do not deteriorate. At this time, low concentration and thick p
The impurity concentration 56 of the layer 33 is also high concentration and the thickness of the p layer 34 is small.
In the same manner as described above, the structure having the maximum value of the impurity atom concentration distribution inside the substrate rather than the substrate surface allows the impurity concentration 55 of the low-concentration thick p-layer 33 and the high-concentration p-layer 34 to be thin. The independence is easily maintained, and the control of the impurity concentration becomes easier. The above-described structure can be realized by implanting an impurity such as boron at an acceleration energy of 200 KeV or more when forming the p-layer 34 with a high concentration and a small thickness.

【0085】このように形成された光電変換素子周辺の
ネット不純物濃度分布は図15のようになる。58,5
9,60,61はそれぞれ高濃度p層10,光電変換素
子のn層7,高濃度で厚さの薄いp層34,n型基板5
のネット不純物濃度を示す。62,63はそれぞれ低濃
度で厚いp層33,n型基板5のネット不純物濃度を示
している。このとき低濃度で厚いp層33も高濃度で厚
さの薄いp層34と同様に200KeV以上の加速エネ
ルギーで注入することによって不純物濃度分布制御がよ
り容易になる。
FIG. 15 shows the net impurity concentration distribution around the photoelectric conversion element thus formed. 58,5
Reference numerals 9, 60 and 61 denote a high-concentration p layer 10, an n-layer 7 of a photoelectric conversion element, a high-concentration and thin p-layer 34, and an n-type substrate 5, respectively.
Shows the net impurity concentration. Reference numerals 62 and 63 denote the low impurity concentration of the p layer 33 and the net impurity concentration of the n-type substrate 5, respectively. At this time, the impurity concentration distribution can be more easily controlled by implanting the low-concentration thick p-layer 33 at an acceleration energy of 200 KeV or more, similarly to the high-concentration and thin p-layer 34.

【0086】図16〜図19に本発明の第1の実施の形
態の固体撮像装置の断面工程図を示す。比抵抗20オー
ム・cmであるn型基板5の主面のほぼ全面にp型不純
物であるボロンをイオン注入する。ここでボロンのイオ
ン注入は、注入量約5×10 11/cm2で行なう。この
イオン注入によって基板5表面にボロンが導入される。
この後、基板5を熱処理することによってp層6を形成
する。
FIGS. 16 to 19 show a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional process view of the solid-state imaging device according to the embodiment. 20 Ohm
P-type impurities are present on almost the entire main surface of the n-type substrate 5 which is
Ion is implanted with boron as a substance. Where boron ion
The injection amount is about 5 × 10 11/ CmTwoPerform in. this
Boron is introduced into the surface of the substrate 5 by ion implantation.
Thereafter, the substrate 5 is heat-treated to form the p-layer 6
I do.

【0087】上記本発明の第2の実施の形態の固体撮像
装置では、イオンを基板5表面に導入し、熱拡散させて
不純物濃度が広範囲に分布するようにしている。すなわ
ち基板5を高温で熱処理することによってイオン注入さ
れたボロンを拡散させてp層6を形成する。p層6は、
基板表面にイオンが導入されたが高温の熱処理によって
イオンを広範囲に拡散させるため、不純物濃度はp層6
の領域内で広範囲に分布するように形成させている。
In the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, ions are introduced into the surface of the substrate 5 and thermally diffused so that the impurity concentration is distributed over a wide range. That is, by heat-treating the substrate 5 at a high temperature, the ion-implanted boron is diffused to form the p-layer 6. The p layer 6
Although ions are introduced into the substrate surface, the ions are diffused over a wide range by high-temperature heat treatment.
Are formed so as to be distributed over a wide range within the region.

【0088】この後、通常のフォトリソグラフィを用い
て垂直CCD転送チャネルとなる領域以外にレジストパ
ターンを形成する。レジストパターンをマスクとしてボ
ロンをイオン注入しp層8を形成する。この後、先のレ
ジストパターンを酸素系のガスを用いてドライエッチン
グを行い除去する。さらに再度、フォトリソグラフィを
用いて垂直CCD転送チャネルとなるp層8内のn層9
を形成する領域以外にレジストパターンを形成する。レ
ジストパターンをマスクとしてリンをイオン注入しn層
9を形成する。この後、レジストパターンを酸素系のド
ライエッチングを用いて除去する。
After that, a resist pattern is formed by using ordinary photolithography in a region other than a region serving as a vertical CCD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, boron is ion-implanted to form a p-layer 8. Thereafter, the previous resist pattern is removed by dry etching using an oxygen-based gas. Further, the n-layer 9 in the p-layer 8 serving as a vertical CCD transfer channel is again formed by using photolithography.
A resist pattern is formed in a region other than the region in which is formed. Using the resist pattern as a mask, phosphorus is ion-implanted to form an n-layer 9. Thereafter, the resist pattern is removed by using oxygen-based dry etching.

【0089】次に基板5主面に絶縁膜12を熱酸化によ
り形成する。ここでは、絶縁膜12として酸化膜を用い
ている。さらに、絶縁膜12上に垂直CCD転送電極1
3となる電極材料を形成する。さらに、電極材料上にレ
ジストを塗布する(図16)。次に、フォトリソグラフ
ィを用いて転送電極13となる領域より広い領域以外の
領域、すなわち光電変換素子となるn層7が形成される
べき領域のレジストを通常のフォトリソグラフィを用い
て除去し、レジストパターン20を形成する。レジスト
パターン20をマスクに電極材料にドライエッチングを
施し、絶縁膜12が露出するまでエッチングする。
Next, an insulating film 12 is formed on the main surface of the substrate 5 by thermal oxidation. Here, an oxide film is used as the insulating film 12. Further, the vertical CCD transfer electrode 1 is formed on the insulating film 12.
An electrode material to be No. 3 is formed. Further, a resist is applied on the electrode material (FIG. 16). Next, the resist in a region other than the region wider than the region serving as the transfer electrode 13, that is, the region where the n-layer 7 serving as the photoelectric conversion element is to be formed is removed using photolithography, and the resist is removed. The pattern 20 is formed. Dry etching is performed on the electrode material using the resist pattern 20 as a mask until the insulating film 12 is exposed.

【0090】次にレジストパターン20および電極材料
をマスクにさらに絶縁膜12を保護膜としてリンのイオ
ン注入を行なう。このイオン注入によって光電変換素子
となるn層7が形成される(図17)。ここでリンのイ
オン注入は、加速エネルギ360〜800keV、注入
量1.2×1012〜3.4×1012/cm2で行なう。以
上のことから、従来のように光電変換素子に導入される
不純物の導入量を増やす必要がない。導入量を増加させ
るためには、相当時間のロスを生じることとなる。この
ため固体撮像装置を形成する時のスループットが低下す
ることがない。
Next, using the resist pattern 20 and the electrode material as a mask, phosphorus ions are implanted using the insulating film 12 as a protective film. By this ion implantation, an n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed (FIG. 17). Here, phosphorus ion implantation is performed at an acceleration energy of 360 to 800 keV and an implantation amount of 1.2 × 10 12 to 3.4 × 10 12 / cm 2 . From the above, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element as in the related art. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput when forming the solid-state imaging device does not decrease.

【0091】また、導入された不純物を高温熱処理によ
って基板深部へ拡散させて、光電変換素子の体積を増加
させる必要がない。このため高温熱処理によって誘起さ
れる基板内の欠陥が生じることがない。さらに、他の拡
散層から不純物が拡散され、所望の不純物濃度をもたせ
るよう制御する必要がない。また、高温熱処理を行なう
ことで光電変換素子が拡散し広がって、垂直CCD転送
チャンネルや転送チャンネルと光電変換素子との間隙に
まで拡散することがない。
Further, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep portion of the substrate by high-temperature heat treatment to increase the volume of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. In addition, by performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion elements are diffused and spread, and are not diffused into the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0092】また、光電変換素子の端部と垂直CCD転
送電極の端部との位置関係は、高温の熱処理を行なうこ
とによって、その拡散層の位置を制御することが困難と
なることがない。このため両者の位置関係を容易に得る
ことができる。このことは固体撮像装置のブルーミング
現象や残像現象を生じることを防止でき、飽和特性が低
下することによる画質の劣化をとどめることができる。
Further, regarding the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the end of the vertical CCD transfer electrode, it is not difficult to control the position of the diffusion layer by performing a high-temperature heat treatment. Therefore, the positional relationship between the two can be easily obtained. This can prevent the blooming phenomenon and the afterimage phenomenon of the solid-state imaging device from occurring, and can suppress the deterioration of the image quality due to the decrease in the saturation characteristic.

【0093】この後、レジストパターン20を除去す
る。基板5表面には絶縁膜12と転送電極13より広い
領域の電極材料が形成されている。次に、転送電極13
となる領域にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクに電極材料をドライエッチングする。
以上の工程で転送電極13が形成される(図18)。こ
の時、光電変換素子より電子が垂直CCD転送チャンネ
ルに読み出されるn層7とp層8の間隙上に転送電極1
3が設けられている。このため転送電極13作成時のド
ライエッチングでは、もともと光電変換素子となるn層
7の側壁端と転送電極13の側壁端が一致しているた
め、転送電極13の一方の側壁端を短くして所定の長さ
に形成する。
After that, the resist pattern 20 is removed. On the surface of the substrate 5, an electrode material in a region wider than the insulating film 12 and the transfer electrode 13 is formed. Next, the transfer electrode 13
A resist pattern is formed in a region to be formed, and the electrode material is dry-etched using the resist pattern as a mask.
Through the above steps, the transfer electrode 13 is formed (FIG. 18). At this time, the transfer electrode 1 is placed on the gap between the n-layer 7 and the p-layer 8 where electrons are read out from the photoelectric conversion element to the vertical CCD transfer channel.
3 are provided. For this reason, in the dry etching at the time of forming the transfer electrode 13, the side wall end of the n-layer 7 originally serving as the photoelectric conversion element and the side wall end of the transfer electrode 13 match, so that one side wall end of the transfer electrode 13 is shortened. It is formed to a predetermined length.

【0094】次に、基板5主面に絶縁膜12を堆積す
る。この転送電極13とレジストパターンをマスクにボ
ロンをイオン注入する。これによってn層7上に暗電流
を防止するためのp層10が形成される(図19)。
Next, an insulating film 12 is deposited on the main surface of the substrate 5. Using the transfer electrode 13 and the resist pattern as a mask, boron ions are implanted. As a result, a p-layer 10 for preventing dark current is formed on the n-layer 7 (FIG. 19).

【0095】なお、ここの説明はn型光電変換素子の例
であったが、p型光電変換素子の場合も同様の効果があ
ることはもちろんである。また、導電型の極性を逆にし
て印加電圧の極性を逆にしても同様の効果があることも
もちろんである。また、注入イオン種はここに挙げた物
に限定する必要がないのは当然である。
Although the description here has been made with reference to the example of the n-type photoelectric conversion element, it is needless to say that the same effect can be obtained in the case of the p-type photoelectric conversion element. It is needless to say that the same effect can be obtained even if the polarity of the applied voltage is reversed by reversing the polarity of the conductivity type. It is needless to say that the ion species to be implanted need not be limited to those listed here.

【0096】図20〜図23に上記他発明の第1の実施
の形態の固体撮像装置の断面工程図を示す。n型基板5
の主面にp層33となる領域以外の領域にレジストパタ
ーンを形成する。すなわち光電変換素子の下に形成され
た高濃度で薄いp層34の領域の基板5上にレジストパ
ターンを形成する。次にレジストパターンをマスクにし
て基板5全面にp型不純物であるボロンをイオン注入す
る。この後、レジストパターンを酸素系のドライエッチ
ングを用いて除去する。
FIGS. 20 to 23 show sectional process views of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. n-type substrate 5
A resist pattern is formed in a region other than the region serving as the p-layer 33 on the main surface of FIG. That is, a resist pattern is formed on the substrate 5 in the region of the high-concentration and thin p-layer 34 formed below the photoelectric conversion element. Next, boron as a p-type impurity is ion-implanted into the entire surface of the substrate 5 using the resist pattern as a mask. Thereafter, the resist pattern is removed by using oxygen-based dry etching.

【0097】次にp層33となる領域に新たにレジスト
パターン64を形成する。すなわち光電変換素子の下に
形成された高濃度で薄いp層34の領域以外の基板5上
にレジストパターン64を形成する。次にこのレジスト
パターン64をマスクにn型基板5にp型不純物である
ボロンをイオン注入する(図20)。この後、レジスト
パターン64を酸素系のドライエッチングを用いて除去
する。
Next, a new resist pattern 64 is formed in a region to be the p layer 33. That is, the resist pattern 64 is formed on the substrate 5 other than the region of the high concentration and thin p layer 34 formed under the photoelectric conversion element. Next, using the resist pattern 64 as a mask, boron, which is a p-type impurity, is ion-implanted into the n-type substrate 5 (FIG. 20). Thereafter, the resist pattern 64 is removed using oxygen-based dry etching.

【0098】上記2つのボロンのイオン注入工程では、
その注入順序が入れ替わってもかまわない。この時、p
層33とp層34の拡散層端部が重なり合うと、重なり
合った部分の不純物濃度が高くなり、またその厚さも厚
くなる。このため、重なり合った部分は基板へ信号電荷
を排出する場合には寄与しない。また、p層33とp層
34の拡散層端部が重なり合わずに形成されていると、
その重なり合わない間隙の部分のp型不純物濃度が低く
なる。このため飽和電荷量は低下してしまうかあるいは
印加すべきVsub電圧が低下することとなる。
In the above two boron ion implantation steps,
The order of the injections may be changed. At this time, p
When the end portions of the diffusion layer of the layer 33 and the p-layer 34 overlap, the impurity concentration in the overlapped portion increases, and the thickness thereof also increases. For this reason, the overlapped portion does not contribute to discharging signal charges to the substrate. Further, if the end portions of the diffusion layers of the p layer 33 and the p layer 34 are formed without overlapping,
The p-type impurity concentration in the portion of the gap that does not overlap decreases. For this reason, the saturated charge amount decreases, or the Vsub voltage to be applied decreases.

【0099】この後、フォトリソグラフィを用いて垂直
CCD転送チャネルとなる領域以外にレジストパターン
を形成する。レジストパターンをマスクとしてボロンを
イオン注入しp層8を形成する。この後、レジストパタ
ーンを酸素系のガスを用いてドライエッチングを行い除
去する。さらに再度、フォトリソグラフィを用いて垂直
CCD転送チャンネルとなるp層8内のn層9を形成す
る領域以外にレジストパターンを形成する。レジストパ
ターンをマスクとしてリンをイオン注入しn層9を形成
する。この後、レジストパターンを酸素系のドライエッ
チングを用いて除去する。
Thereafter, a resist pattern is formed using photolithography in a region other than a region to be a vertical CCD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, boron is ion-implanted to form a p-layer 8. Thereafter, the resist pattern is removed by dry etching using an oxygen-based gas. Further, a resist pattern is formed again by photolithography in a region other than the region where the n-layer 9 is formed in the p-layer 8 serving as a vertical CCD transfer channel. Using the resist pattern as a mask, phosphorus is ion-implanted to form n-layer 9. Thereafter, the resist pattern is removed by using oxygen-based dry etching.

【0100】次に基板5主面に絶縁膜12を熱酸化によ
って形成する。ここでは、絶縁膜12として酸化膜を用
いている。この酸化膜の膜厚は、後の工程で形成される
光電変換素子のイオン注入のマスクとして用いられるた
め、高精度に膜厚が制御されていなければならない。さ
らに、絶縁膜12上に垂直CCD転送電極13となる電
極材料を形成する。さらに、電極材料上にフォトリソグ
ラフィを用いて転送電極13となる領域より広い領域以
外の領域にレジストパターン65を形成する。レジスト
パターン65をマスクに電極材料をドライエッチングを
施し、絶縁膜12が露出するまでエッチングする(図2
1)。
Next, an insulating film 12 is formed on the main surface of the substrate 5 by thermal oxidation. Here, an oxide film is used as the insulating film 12. Since the thickness of this oxide film is used as a mask for ion implantation of a photoelectric conversion element formed in a later step, the thickness must be controlled with high precision. Further, an electrode material to be the vertical CCD transfer electrode 13 is formed on the insulating film 12. Further, a resist pattern 65 is formed on the electrode material using photolithography in a region other than a region wider than a region to be the transfer electrode 13. The electrode material is dry-etched using the resist pattern 65 as a mask until the insulating film 12 is exposed (FIG. 2).
1).

【0101】次にレジストパターン65および電極材料
をマスクにさらに絶縁膜12を保護膜としてリンのイオ
ン注入を行なう。このイオン注入によって光電変換素子
となるn層7が形成される。n層7の不純物濃度の分布
は、基板5に形成されている領域で高く、p層33に形
成されている領域では低くなる。すなわち、基板5に形
成されている光電変換素子のn層7は、基板5のn型不
純物濃度とイオン注入されたn型不純物濃度の和で決ま
る。これに対して、p層33に形成されている光電変換
素子のn層7は、p層33のp型不純物濃度とイオン注
入されたn型不純物濃度の和で決まる。このように、1
つの光電変換素子のn層7内で不純物濃度の異なる領域
が形成される。さらに、高濃度の薄いp層34は光電変
換素子となるn層7の拡散層底部に形成されるように制
御されている。
Next, phosphorus ions are implanted using the resist pattern 65 and the electrode material as a mask and using the insulating film 12 as a protective film. By this ion implantation, an n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element is formed. The distribution of the impurity concentration of the n-layer 7 is high in the region formed on the substrate 5 and low in the region formed on the p-layer 33. That is, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element formed on the substrate 5 is determined by the sum of the n-type impurity concentration of the substrate 5 and the ion-implanted n-type impurity concentration. On the other hand, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element formed in the p-layer 33 is determined by the sum of the p-type impurity concentration of the p-layer 33 and the ion-implanted n-type impurity concentration. Thus, 1
Regions having different impurity concentrations are formed in n layer 7 of one photoelectric conversion element. Further, the high concentration thin p-layer 34 is controlled so as to be formed at the bottom of the diffusion layer of the n-layer 7 serving as a photoelectric conversion element.

【0102】上記した固体撮像装置の他発明の第2の実
施の形態では、高濃度で薄いp層34は、転送電極13
側に形成される。この時もp層34とn層7が重なり合
った領域では、その不純物濃度はn層7とp層34の不
純物濃度の和となる。ここでは光電変換素子のn層7は
高濃度で厚さの薄いp層34に接した部分を低濃度で厚
いp層33に接した部分よりもやや深く形成する。光電
変換素子のn層7の形状は鍵型となり、その短辺の先端
にp層34が形成されている。これによって、光電変換
素子のn層7が空乏化されたとき、光電変換素子の読み
出し側の電位が高くなる。このため、読み出し時に光電
変換素子の電荷が容易に移動できるようになる。
In the second embodiment of the other solid-state imaging device described above, the high concentration and thin p-layer 34 is
Formed on the side. Also in this case, in the region where the p layer 34 and the n layer 7 overlap, the impurity concentration is the sum of the impurity concentrations of the n layer 7 and the p layer 34. Here, the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is formed so that a portion in contact with the high-concentration and thin p-layer 34 is slightly deeper than a portion in contact with the low-concentration and thick p-layer 33. The shape of the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is a key shape, and a p-layer 34 is formed at the tip of the short side. Thus, when the n-layer 7 of the photoelectric conversion element is depleted, the potential on the read side of the photoelectric conversion element increases. For this reason, the charge of the photoelectric conversion element can be easily moved at the time of reading.

【0103】このように鍵型のn層は、p層34とn層
7との接合面が、p層33とn層7との接合面より深く
なるように形成されている。すなわち、p層34を形成
するときに、イオン注入するボロンの加速エネルギを、
p層33を形成する時のイオン注入の加速エネルギより
も高くして行なう。従って、n層7の基板5の深さ方向
への厚さを厚くすることによって、その部分の電位が高
くなる。
As described above, the key type n layer is formed such that the junction surface between the p layer 34 and the n layer 7 is deeper than the junction surface between the p layer 33 and the n layer 7. That is, when the p-layer 34 is formed, the acceleration energy of boron to be ion-implanted is
The ion implantation is performed at a higher acceleration energy than the ion implantation for forming the p-layer 33. Therefore, by increasing the thickness of the n-layer 7 in the depth direction of the substrate 5, the potential at that portion increases.

【0104】以上のことから、従来のように光電変換素
子に導入される不純物の導入量を増やす必要がない。導
入量を増加させるためには、相当時間のロスを生じるこ
ととなる。このため固体撮像装置を形成する時にスルー
プットが低下することがない。また、導入された不純物
を高温熱処理によって基板深部へ拡散させて、光電変換
素子の体積を増加させる必要がない。このため高温熱処
理によって誘起される基板内の欠陥が生じることがな
い。さらに、他の拡散層から不純物が拡散され、所望の
不純物濃度をもたせるよう制御する必要がない。また、
高温熱処理を行なうことで光電変換素子が拡散し広がっ
て、垂直CCD転送チャンネルや転送チャンネルと光電
変換素子との間隙にまで拡散することがない。
As described above, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element as in the related art. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput does not decrease when the solid-state imaging device is formed. Further, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep part of the substrate by high-temperature heat treatment to increase the volume of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. Also,
By performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion element is diffused and spread, and does not diffuse to the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0105】また、光電変換素子の端部と垂直CCD転
送電極の端部との位置関係は、高温の熱処理を行なうこ
とによって、その拡散層の位置を制御することが困難と
なることがない。このため両者の位置関係を容易に得る
ことができる。このことは固体撮像装置のブルーミング
現象や残像現象を生じることを防止でき、画質の劣化を
とどめることができる。
Further, regarding the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the end of the vertical CCD transfer electrode, it is not difficult to control the position of the diffusion layer by performing a high-temperature heat treatment. Therefore, the positional relationship between the two can be easily obtained. This can prevent the blooming phenomenon and the afterimage phenomenon of the solid-state imaging device from occurring, and can suppress the deterioration of the image quality.

【0106】この後、レジストパターン65を除去す
る。基板5表面には絶縁膜12と転送電極13より広い
領域の電極材料が形成されている。次に、転送電極13
となる領域にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクに電極材料をドライエッチングする。
以上の工程で転送電極13が形成される(図22)。こ
の時、光電変換素子より電子が垂直CCD転送チャンネ
ルに読み出されるn層7とp層8の間隙上に転送電極1
3が設けられていなければならない。このため転送電極
13作成時のドライエッチングでは、もともと光電変換
素子となるn層7の側壁端と転送電極13の側壁端が一
致しているため、転送電極13の一方の側壁端を短くし
て所定の長さに形成する。
Thereafter, the resist pattern 65 is removed. On the surface of the substrate 5, an electrode material in a region wider than the insulating film 12 and the transfer electrode 13 is formed. Next, the transfer electrode 13
A resist pattern is formed in a region to be formed, and the electrode material is dry-etched using the resist pattern as a mask.
Through the above steps, the transfer electrode 13 is formed (FIG. 22). At this time, the transfer electrode 1 is placed on the gap between the n-layer 7 and the p-layer 8 where electrons are read out from the photoelectric conversion element to the vertical CCD transfer channel.
3 must be provided. For this reason, in the dry etching at the time of forming the transfer electrode 13, the side wall end of the n-layer 7 originally serving as the photoelectric conversion element and the side wall end of the transfer electrode 13 match, so that one side wall end of the transfer electrode 13 is shortened. It is formed to a predetermined length.

【0107】次に、基板5主面に絶縁膜12を堆積す
る。この転送電極13とレジストパターンをマスクにボ
ロンをイオン注入する。これによってn層7上に暗電流
を防止するためのp層10が形成される(図23)。
Next, an insulating film 12 is deposited on the main surface of the substrate 5. Using the transfer electrode 13 and the resist pattern as a mask, boron ions are implanted. Thus, a p-layer 10 for preventing dark current is formed on n-layer 7 (FIG. 23).

【0108】以上述べたように、本発明の固体撮像装置
の製造方法では、光電変換素子となるn層を高加速エネ
ルギのイオン注入を用いて実現するため、不純物濃度分
布は基板内部に最も濃度の高い領域を持たせることがで
きる。このため、光電変換素子に蓄積できる有効ドナー
総量が増加し飽和電荷量を十分に高くすることができ
る。
As described above, in the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, since the n-layer serving as the photoelectric conversion element is realized by ion implantation with high acceleration energy, the impurity concentration distribution is the highest in the substrate. High area can be provided. For this reason, the total amount of effective donors that can be stored in the photoelectric conversion element increases, and the saturation charge amount can be sufficiently increased.

【0109】イオン注入によって光電変換素子を形成す
るため、光電変換素子の端部と垂直CCD転送電極との
位置関係は、転送電極13を形成する時に行なわれる露
光工程でのマスクの位置合わせ精度によって定まる。こ
のため高温での熱拡散によって形成される位置を制御す
る必要がなく、光電変換素子の端部と垂直CCD転送電
極との位置の制御性が高い。このため固体撮像装置は残
像現象を生じ難くなり、画質が劣化するのを防止でき
る。
Since the photoelectric conversion element is formed by ion implantation, the positional relationship between the end of the photoelectric conversion element and the vertical CCD transfer electrode depends on the mask alignment accuracy in the exposure step performed when the transfer electrode 13 is formed. Is determined. Therefore, there is no need to control the position formed by thermal diffusion at a high temperature, and the controllability of the position between the end of the photoelectric conversion element and the vertical CCD transfer electrode is high. This makes it difficult for the solid-state imaging device to cause an afterimage phenomenon, and can prevent image quality from deteriorating.

【0110】また、イオン注入によって光電変換素子を
形成するn層の不純物濃度分布において、その濃度の極
大値を基板内部に形成することができる。このため光電
変換素子に蓄積される有効ドナー総量が多くなる。した
がって高い飽和特性を有する光電変換素子を備えた固体
撮像装置を得ることができる。
In the impurity concentration distribution of the n-layer forming the photoelectric conversion element by ion implantation, the maximum value of the concentration can be formed inside the substrate. Therefore, the total amount of effective donors accumulated in the photoelectric conversion element increases. Therefore, it is possible to obtain a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element having high saturation characteristics.

【0111】また、光電変換素子のn層上には、暗電流
防止用のp層が形成されている。イオン注入によって基
板内部に光電変換素子となるn層の濃度の極大値が形成
されている。このため基板表面でのp層の不純物濃度の
ネット値は、従来の固体撮像素子のp層の濃度より高濃
度にすることができる。このため低い暗電流特性を有す
る光電変換素子を備えた固体撮像装置を得ることができ
る。
Further, a p-layer for preventing dark current is formed on the n-layer of the photoelectric conversion element. A maximum value of the concentration of the n-layer serving as a photoelectric conversion element is formed inside the substrate by ion implantation. Therefore, the net value of the impurity concentration of the p-layer on the substrate surface can be made higher than the concentration of the p-layer of the conventional solid-state imaging device. Therefore, a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having low dark current characteristics can be obtained.

【0112】本発明の固体撮像装置の製造方法では、光
電変換素子の不純物濃度は基板深部での濃度が最も高く
なっている。このため従来行なわれていたような光電変
換素子に導入される不純物の導入量を増やす必要がな
い。導入量を増加させるためには、相当時間のロスを生
じることとなる。このため固体撮像装置を形成する時の
スループットが低下することがない。さらに、白きずに
よる歩留まりの低下を防止することができる。
In the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the impurity concentration of the photoelectric conversion element is highest at the deep portion of the substrate. Therefore, it is not necessary to increase the amount of impurities introduced into the photoelectric conversion element, which has been conventionally performed. In order to increase the introduction amount, a considerable time loss is caused. Therefore, the throughput when forming the solid-state imaging device does not decrease. Further, a decrease in yield due to white spots can be prevented.

【0113】また、導入された不純物を高温熱処理によ
って基板深部へ拡散させて、光電変換素子の面積を増加
させる必要がない。このため高温熱処理によって誘起さ
れる基板内の欠陥が生じることがない。さらに、他の拡
散層から不純物が拡散され、所望の不純物濃度をもたせ
るよう制御する必要がない。また、高温熱処理を行なう
ことで光電変換素子が拡散し広がって、垂直CCD転送
チャンネルや転送チャンネルと光電変換素子との間隙に
まで拡散することがない。
Further, it is not necessary to diffuse the introduced impurities into the deep part of the substrate by the high-temperature heat treatment to increase the area of the photoelectric conversion element. Therefore, defects in the substrate caused by the high-temperature heat treatment do not occur. Further, the impurity is diffused from the other diffusion layers, and there is no need to control to have a desired impurity concentration. In addition, by performing the high-temperature heat treatment, the photoelectric conversion elements are diffused and spread, and are not diffused into the vertical CCD transfer channel or the gap between the transfer channel and the photoelectric conversion element.

【0114】なお、ここでの説明はn型光電変換素子の
例であったが、p型光電変換素子の場合も同様の効果が
あることはもちろんである。
Although the description here has been made of the example of the n-type photoelectric conversion element, the p-type photoelectric conversion element has the same effect.

【0115】[0115]

【発明の効果】本発明においては、電極材料及び電極材
料上のレジストをマスクに基板に不純物をイオン注入を
して光電変換素子を形成するため、不純物を高い加速電
圧で基板深くに注入しても電極材料下に不純物が導入さ
れることがなく、安定した特性を有する固体撮像装置を
製造することができる。
According to the present invention, impurities are ion-implanted into a substrate using an electrode material and a resist on the electrode material as a mask to form a photoelectric conversion element. Also, a solid-state imaging device having stable characteristics can be manufactured without introducing impurities under the electrode material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の固体撮像装置を説
明するための断面図
FIG. 1 is a sectional view for explaining a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第1の実施の形態の固体撮像装置の不
純物濃度を説明するための図
FIG. 2 is a diagram for explaining an impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第1の実施の形態の固体撮像装置のネ
ット不純物濃度を説明するための図
FIG. 3 is a diagram for explaining a net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第1の実施の形態の固体撮像装置のネ
ット不純物濃度を説明するための図
FIG. 4 is a diagram for explaining a net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第2の実施の形態の固体撮像装置の不
純物濃度を説明するための図
FIG. 5 is a diagram for explaining an impurity concentration of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention;

【図6】本発明の第2の実施の形態の固体撮像装置のネ
ット不純物濃度を説明するための図
FIG. 6 is a diagram for explaining a net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention;

【図7】他発明の第1の実施の形態の固体撮像装置を説
明するための断面図
FIG. 7 is a sectional view for explaining the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図8】他発明の第1の実施の形態のブルーミング現象
を説明するための電位分布図
FIG. 8 is a potential distribution diagram for explaining a blooming phenomenon according to the first embodiment of the present invention.

【図9】他発明の第1の実施の形態の電子シャッタの動
作を説明するための電位分布図
FIG. 9 is a potential distribution diagram for explaining the operation of the electronic shutter according to the first embodiment of the present invention.

【図10】他発明の第1の実施の形態の基板電位を説明
するための図
FIG. 10 is a diagram for explaining a substrate potential according to the first embodiment of the present invention;

【図11】他発明の第1の実施の形態の最大蓄積電荷量
を説明するための図
FIG. 11 is a diagram for explaining a maximum accumulated charge amount according to the first embodiment of the present invention;

【図12】他発明の第2の実施の形態の固体撮像装置を
説明するための断面図
FIG. 12 is a sectional view for explaining a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention;

【図13】他発明の第3の実施の形態の固体撮像装置を
説明するための別の断面図
FIG. 13 is another sectional view for explaining the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention;

【図14】他発明の第1の実施の形態の固体撮像装置の
不純物濃度を説明するための図
FIG. 14 is a diagram for explaining the impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図15】他発明の第1の実施の形態の固体撮像装置の
ネット不純物濃度を説明するための図
FIG. 15 is a diagram for explaining the net impurity concentration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;

【図16】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 16 is a diagram illustrating an embodiment of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.

【図17】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 17 is a diagram illustrating an embodiment of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.

【図18】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 18 is a diagram illustrating an embodiment of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.

【図19】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 19 is a diagram illustrating an embodiment of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.

【図20】他発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 20 is a diagram illustrating an embodiment of a method of manufacturing a solid-state imaging device according to another invention.

【図21】他発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 21 is a diagram illustrating an embodiment of a method of manufacturing a solid-state imaging device according to another invention.

【図22】他発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 22 is a diagram illustrating an embodiment of a method of manufacturing a solid-state imaging device according to another invention.

【図23】他発明の固体撮像装置の製造方法の実施の形
態を説明するための図
FIG. 23 is a diagram illustrating an embodiment of a method of manufacturing a solid-state imaging device according to another invention.

【図24】従来の固体撮像装置を説明するための平面図FIG. 24 is a plan view illustrating a conventional solid-state imaging device.

【図25】従来の固体撮像装置を説明するための断面図FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a conventional solid-state imaging device.

【図26】従来の固体撮像装置の不純物濃度を説明する
ための図
FIG. 26 is a diagram for explaining the impurity concentration of a conventional solid-state imaging device.

【図27】従来の固体撮像装置のネット不純物濃度を説
明するための図
FIG. 27 is a diagram for explaining the net impurity concentration of the conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 基板 6 p層 7 n層 8 p層 9 n層 12 絶縁膜 Reference Signs List 5 substrate 6 p layer 7 n layer 8 p layer 9 n layer 12 insulating film

フロントページの続き (72)発明者 石川 克也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 寺川 澄雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4M118 AA02 AB01 BA13 CA03 CA18 CA19 FA06 FA13 FA33 FA47Continued on the front page (72) Inventor Katsuya Ishikawa 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Sumio Terakawa 1006 Odaka Kazuma Kadoma, Osaka Pref. 4M118 AA02 AB01 BA13 CA03 CA18 CA19 FA06 FA13 FA33 FA47

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に電極材料を形成する工程
と、前記電極材料を加工する工程と、前記電極材料及び
前記電極材料上のレジストをマスクに前記基板に不純物
をイオン注入をして光電変換素子を形成する工程とを有
し、前記不純物の前記基板深さ方向の濃度極大部が前記
基板内部にあることを特徴とする固体撮像装置の製造方
法。
A step of forming an electrode material on a semiconductor substrate; a step of processing the electrode material; and ion-implanting impurities into the substrate using the electrode material and a resist on the electrode material as a mask. Forming a conversion element, wherein the concentration maximum of the impurity in the depth direction of the substrate is located inside the substrate.
【請求項2】 半導体基板上に電極材料を形成する工程
と、前記電極材料上にレジストパターンを形成する工程
と、前記レジストパターンをマスクに前記電極材料を除
去する工程と、前記レジストパターン及び前記電極材料
をマスクに前記基板に不純物をイオン注入をして光電変
換素子を形成する工程とを有し、前記不純物の前記基板
深さ方向の濃度極大部が前記基板内部にあることを特徴
とする固体撮像装置の製造方法。
A step of forming an electrode material on the semiconductor substrate; a step of forming a resist pattern on the electrode material; a step of removing the electrode material using the resist pattern as a mask; Forming a photoelectric conversion element by ion-implanting an impurity into the substrate using an electrode material as a mask, wherein the concentration maximum of the impurity in the substrate depth direction is inside the substrate. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
【請求項3】 前記光電変換素子の前記基板表面部とな
るところに前記不純物とは逆導電型の不純物を拡散する
工程を有し、前記不純物の前記基板深さ方向の濃度極大
部が前記逆導電型の不純物の拡散深さよりも深くにある
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固体撮
像装置の製造方法。
3. A step of diffusing an impurity of a conductivity type opposite to that of the impurity at a position on the substrate surface of the photoelectric conversion element, wherein the concentration maximum of the impurity in the substrate depth direction is opposite to the impurity concentration. 3. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the diffusion depth is larger than a diffusion depth of the conductivity type impurity.
【請求項4】 前記基板に前記不純物を200keV以
上の加速電圧でイオン注入をすることを特徴とする請求
項1ないし請求項3のいずれかに記載の固体撮像装置の
製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the impurity is ion-implanted into the substrate at an acceleration voltage of 200 keV or more.
【請求項5】 半導体基板上に電極材料を形成する工程
と、前記電極材料上に第1のレジストパターンを形成す
る工程と、前記第1のレジストパターンをマスクに前記
電極材料を除去する工程と、前記第1のレジストパター
ン及び前記電極材料をマスクに前記基板に不純物をイオ
ン注入をして光電変換素子を形成する工程と、前記第1
のレジストパターンを除去する工程と、前記電極材料上
に第2のレジストパターンを形成する工程と、前記第2
のレジストパターンをマスクに前記電極材料を除去し電
極を形成する工程と、を有することを特徴とする固体撮
像装置の製造方法。
5. A step of forming an electrode material on a semiconductor substrate, a step of forming a first resist pattern on the electrode material, and a step of removing the electrode material using the first resist pattern as a mask. Forming a photoelectric conversion element by ion-implanting an impurity into the substrate using the first resist pattern and the electrode material as a mask;
Removing the resist pattern; forming a second resist pattern on the electrode material;
Removing the electrode material using the resist pattern as a mask to form an electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7304338B2 (en) 2004-03-31 2007-12-04 Sharp Kabushiki Kaisha Solid-state image sensor and method for fabricating the same

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