JPS60173978A - solid-state imaging device - Google Patents
solid-state imaging deviceInfo
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- JPS60173978A JPS60173978A JP59028555A JP2855584A JPS60173978A JP S60173978 A JPS60173978 A JP S60173978A JP 59028555 A JP59028555 A JP 59028555A JP 2855584 A JP2855584 A JP 2855584A JP S60173978 A JPS60173978 A JP S60173978A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、複数の色信号および光学情報を取り出すため
の光電変換素子、および走査素子を半導体基板上に集積
化したCCD型及びMOS型の白黒及びカラー固体撮像
素子に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a CCD type and MOS type black and white image forming apparatus in which a photoelectric conversion element and a scanning element for extracting a plurality of color signals and optical information are integrated on a semiconductor substrate. and a color solid-state image sensor.
固定撮像素子は、現行のテレビジョン放送で使用されて
いる撮像電子管並みの解像力を備えた撮像板を必要とし
、このため約500X400個の絵素マトリックスを構
成する光電変換素子と、それに相当した走査素子が必要
となる。従って、上記固体撮像素子は、高集積化が比較
的容易なMO8大規模集積回路技術を用いて作られ、構
成素子として一般にCOD (光ダイオード十CCDシ
フトレジスタ)あるいはMOSトランジスタ(光ダイオ
ード+MOSシフ1〜レジスタ)等が使用されている。The fixed image sensor requires an image sensor with a resolution comparable to that of the imaging electron tube used in current television broadcasting, and therefore requires a photoelectric conversion element that constitutes a matrix of about 500 x 400 pixels and an equivalent scanning element. element is required. Therefore, the above-mentioned solid-state image sensor is manufactured using MO8 large-scale integrated circuit technology, which is relatively easy to achieve high integration, and generally consists of COD (photodiode + CCD shift register) or MOS transistor (photodiode + MOS shift register). ~ registers) etc. are used.
第1図に従来のインターライン型CCD固体撮像素子の
基本構成を示す。1は光ダイオードからなる光電変換素
子、2及び3は光電変換素子に蓄積された光信号を出力
端に取り出すための垂直CODシフトレジスタ、及び水
平CCDシフトレジスタ、4は光電変換素子に蓄積され
た光信号を垂直CCDシフトレジスタ2に転送するゲー
トである。第2図(a)はCODが埋め込みチャネル型
の場合の第1図のA−A’における断面図の一例である
。5は入射光によって発生する光信号電荷をPN接合容
量等に蓄積する光ダイオード部であり、第一導電型の拡
散層(例えばn型)で形成されている。6は埋め込み型
の垂直CODのチャネルであり、第一導電型の低濃度拡
散層(例えばn型)で形成されている。7は第二導電型
の半導体基板(例えばp型)、8はチャネルストッパと
しての第二導電型の高濃度拡散層である。9及び10は
CCD電極(ゲート電極)を示しており、一般に第一層
目の多結晶シリコン及び、第一層目と若干型なりをもつ
第二層目多結晶シリコンで作られる。11は光ダイオー
ド部5に蓄積された光信号電荷を垂直CCDのチャネル
6に送り込む転送ゲートであり、一般に第三層目の多結
晶シリコンで作られるが、第一層目又は第二層目のCC
D電極を延長させて代用することもある。12はゲート
酸化膜、13は従来の選択酸化法により形成された絶縁
分離用の5i02である。14は光ダイオード部に入射
した光によって発生した光信号電荷(例えば電子)であ
る。FIG. 1 shows the basic configuration of a conventional interline type CCD solid-state image sensor. 1 is a photoelectric conversion element consisting of a photodiode, 2 and 3 are vertical COD shift registers and horizontal CCD shift registers for taking out the optical signals accumulated in the photoelectric conversion element to the output end, and 4 is the signal accumulated in the photoelectric conversion element. This is a gate that transfers the optical signal to the vertical CCD shift register 2. FIG. 2(a) is an example of a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 1 when the COD is of a buried channel type. A photodiode section 5 stores optical signal charges generated by incident light in a PN junction capacitor or the like, and is formed of a first conductivity type diffusion layer (for example, n-type). Reference numeral 6 denotes a buried vertical COD channel, which is formed of a low concentration diffusion layer of a first conductivity type (for example, n-type). 7 is a semiconductor substrate of a second conductivity type (for example, p-type), and 8 is a high concentration diffusion layer of a second conductivity type as a channel stopper. Reference numerals 9 and 10 indicate CCD electrodes (gate electrodes), which are generally made of a first layer of polycrystalline silicon and a second layer of polycrystalline silicon that is slightly shaped like the first layer. Reference numeral 11 denotes a transfer gate that sends the optical signal charge accumulated in the photodiode section 5 to the channel 6 of the vertical CCD, and is generally made of the third layer of polycrystalline silicon, but it is made of the first or second layer. C.C.
The D electrode may be extended and used instead. 12 is a gate oxide film, and 13 is an insulating isolation film 5i02 formed by a conventional selective oxidation method. Reference numeral 14 denotes optical signal charges (for example, electrons) generated by light incident on the photodiode section.
第2図(b)は第1図におけるB−B’の断面図の例で
ある。第2図(b)において、光ダイオード部5に蓄積
されていた信号電荷は転送ゲート11に所定の電圧を加
え、転送ゲートチャンネル15を通して垂直CODのチ
ャンネル6に転送されるが、他にスミアと呼ばれる固体
撮像素子に特有な前記以外の過程で垂直CODのチャン
ネル6に入る成分達ある。光ダイオード部5への入射光
によってシリコン中で励起される光信号電荷14は、光
の波長が青から赤へと長くなるに従ってより深い所で発
生するようになる。発生した該光信号電荷14は等方的
に基板内を拡散するので、該光ダイオード部5に到達し
蓄積される成分16−1の他に、該光ダイオード部5に
隣接する垂直CCDのチャンネル6に到達する成分16
−2があり、該光信号成分16−2はスミアと呼ばれて
いる。スミアは波長が長くなるに従って増加し、走査中
の信号にこのスミアが偽信号として加わるため画質は著
しく損われ、スミアは現行固体撮像素子の大きな問題点
となっている。FIG. 2(b) is an example of a sectional view taken along line BB' in FIG. In FIG. 2(b), the signal charge accumulated in the photodiode section 5 is transferred to the vertical COD channel 6 through the transfer gate channel 15 by applying a predetermined voltage to the transfer gate 11. There are other components that enter the vertical COD channel 6 through processes other than those described above that are unique to the so-called solid-state image sensor. Optical signal charges 14 excited in the silicon by light incident on the photodiode section 5 are generated deeper as the wavelength of the light becomes longer from blue to red. Since the generated optical signal charge 14 is isotropically diffused within the substrate, in addition to the component 16-1 that reaches and accumulates in the photodiode section 5, the channel of the vertical CCD adjacent to the photodiode section 5 Component 16 reaching 6
-2, and the optical signal component 16-2 is called a smear. Smear increases as the wavelength becomes longer, and since this smear is added as a false signal to the signal being scanned, image quality is significantly impaired, and smear is a major problem with current solid-state image sensors.
このノ、ミアを抑制するため、最近以下に述べる様な構
造が提案された(V、Tshjhara et、 al
。In order to suppress this mire, the following structure has recently been proposed (V, Tshjhara et al.
.
”Interline CC,D Tn+age 5e
nsor tyijh an Ar+tiBlcomi
ng St、ructure”19821.5SCCD
iトTcch Papohs。”Interline CC,D Tn+age 5e
nsor tyijh an Ar+tiBlcomi
ng St, structure”19821.5SCCD
It Tcch Papohs.
p、168)。第3図は第】WIのB−4’における上
記の構造を採用した場合の断面図を示し7たものである
。18は第一導電型の半導体基板(例えば11型)】7
の上に形成した第二導電型のウェル拡散層(例えばp型
)である。19は転送ゲート部に形成した第二導電型拡
散層、20は転送ゲーI・を兼用した第一層目の多結晶
シリコンで形成されたCCD電極である。本構造におい
ては、光ダイオード部のウェルの厚さW、は垂直CCD
シフトレジスタ部のウェルの厚さWQよりも浅くなって
おり、濃度も薄くなっている。この構造のスミアに対す
る効果は以下の通りである。p. 168). FIG. 3 is a cross-sectional view taken along B-4' of WI when the above structure is adopted. 18 is a semiconductor substrate of the first conductivity type (for example, type 11)]7
A well diffusion layer of a second conductivity type (for example, p-type) is formed on the well diffusion layer. Reference numeral 19 indicates a second conductivity type diffusion layer formed in the transfer gate portion, and reference numeral 20 indicates a CCD electrode formed of polycrystalline silicon as the first layer which also serves as the transfer gate I. In this structure, the thickness W of the well in the photodiode section is
It is shallower than the well thickness WQ of the shift register section, and the concentration is also thinner. The effect of this structure on smear is as follows.
(1)ウェルより深い所で発生した電荷16−3は、基
板17とウェル18とを逆バイアスすることで基板17
に吸収する。(1) Charges 16-3 generated deeper than the well can be removed from the substrate 17 by applying a reverse bias between the substrate 17 and the well 18.
absorb into.
(ii)光ダイオード部5の下のウェル濃度を周囲のウ
ェルよりも薄くし、濃度差で生じる電位障壁を形成して
、隣接する垂直CCDのチャンネルに拡散しようとする
スミア成分16−4を防止することができる。(ii) The concentration of the well below the photodiode section 5 is made thinner than the surrounding wells to form a potential barrier caused by the concentration difference, thereby preventing the smear component 16-4 from diffusing into the channel of the adjacent vertical CCD. can do.
本構造により固体撮像素子の問題であるスミアは減少し
、画質は大きく改善されるに至った。しかし、本構造も
未だ次にあげる問題点を抱えており、性能の向上および
実用化(量産性など)を図るには抜本的な改善が必要と
されている。This structure reduces smear, which is a problem with solid-state image sensors, and greatly improves image quality. However, this structure still has the following problems, and drastic improvements are required in order to improve performance and put it into practical use (mass productivity, etc.).
(1)ウェル18の深さはW、で3〜5μm9w2で5
〜8μm程度必要であり、wlあるいはWc!に相当す
る量が横方向にも拡散する。これは主表面上に形成され
る配線、電極の寸法、間隙(現在の技術では1.5〜3
μm)に較べると大きい。このため光ダイオード部直下
のウェル全域にわたって周囲よりも浅く低濃度の領域(
第3図のd)を獲得することが難かしい。(1) The depth of the well 18 is W, 3 to 5 μm, 9W2, 5
~8 μm is required, and wl or Wc! An amount equivalent to 100% is also diffused in the horizontal direction. This depends on the dimensions of the wiring and electrodes formed on the main surface, and the gap (currently 1.5 to 3
μm). For this reason, the entire well area directly below the photodiode is shallower and has a lower concentration than the surrounding area (
It is difficult to obtain d) in Figure 3.
(2)ウェル深さW、の領域形成用のマスクのアライメ
ント(位置合せ)の精度が悪い場合、さらに、前項(1
)で述べた横方向の拡散のため、深さが浅い領域W、は
寸法のばらつきが大きく、この結y、素子によってスミ
ア抑制率が異なることになる。(2) If the alignment of the mask for forming the well depth W is poor,
) Due to the lateral diffusion mentioned above, the shallow region W has large variations in dimensions, and as a result, the smear suppression rate differs depending on the element.
(3)将来、解像度の向上のため画素寸法が現在より縮
少さ九でゆくと、前項(])にも増しC深さがW、の領
域を所定の形状に設計することは事実上不可能となる(
WQ側の横方向の拡散がW、側にも押し寄せるため)。(3) In the future, if the pixel size will be reduced by 9 compared to the present to improve resolution, this will increase even more than the previous item (]), and it will become virtually impossible to design the area with depth C into a predetermined shape. It becomes possible (
(This is because the lateral diffusion on the WQ side also pushes into the W, side).
(4)前項(2)で述べたマスク位置合せの精度が悪い
場合、スミア抑制率が許容値を下まわる場合は素子不良
(歩留りの低下)となり、素子自体あるいはビデオカメ
ラの価格を上昇させる。(4) If the precision of the mask alignment described in the previous section (2) is poor, and if the smear suppression rate is below the allowable value, the device will be defective (yield decrease), increasing the price of the device itself or the video camera.
素子サイズが通常のICに較べて4〜10倍大きい撮像
素子の歩留りは固体撮像素子(固体ビデオカメラ)の実
用化にとって最重要の因子である。The yield of an image sensor whose element size is 4 to 10 times larger than that of a normal IC is the most important factor for the practical application of solid-state image sensors (solid-state video cameras).
本発明の目的は、上記の如き従来の欠点を改善するため
、偽値信号電荷拡散防止領域に、よって、もしくは前記
拡散防止領域とその下に設けた不純物領域によって、基
板深部で発生した電荷が拡散して、隣接する信号電荷走
査fI賊もしくは光電変換素子に混入する偽信号を抜本
的に低減することが可能となる固体撮像素子を提供する
ことにある。An object of the present invention is to eliminate the charges generated deep in the substrate by a false value signal charge diffusion prevention region, or by the diffusion prevention region and an impurity region provided thereunder, in order to improve the conventional drawbacks as described above. It is an object of the present invention to provide a solid-state image sensor that can drastically reduce false signals that are diffused and mixed into adjacent signal charge scan fI or photoelectric conversion elements.
本発明は上記の目的を達成するため、光ダ、rオードに
蓄積さ九た光信号を信号電荷走査領域Z1..転送する
領域以外の部分において(すなわち転送ゲートを除く領
域において)、光ダイオードと信号電荷走査領域との間
に、ホトエツチング法等により第一導電型の半導体基板
−Fに形成した第二導電型の不純物拡散層よりも浅い溝
、もしくは前記第二導電型の不純物領域よりも深く基板
に達する深さの溝を形成し、その溝を線像材料もしくは
半導体材料を充填すること、あるいは酸化によって直接
埋めることにより、深い偽値信号電荷拡散防止領域を形
成し、光ダイオード下部で発生した電荷が拡散して信号
電荷走査領域もしくは光電変換素子に混入する偽信号を
、前記拡散防止領域で直接阻止すること、もしくは前記
拡散防止領域と併用して前記拡散防止領域の下部に形成
した第二導電型もしくは第−感電型の不純物拡散層によ
って阻止するようにしたものである。In order to achieve the above object, the present invention transfers the optical signals accumulated in the photodiode and rode to the signal charge scanning area Z1. .. In the area other than the transfer area (that is, in the area excluding the transfer gate), a second conductivity type semiconductor substrate formed on the first conductivity type semiconductor substrate -F by photoetching or the like is placed between the photodiode and the signal charge scanning area. Forming a trench shallower than the impurity diffusion layer or deeper than the second conductivity type impurity region reaching the substrate, and filling the trench with a line image material or semiconductor material, or directly filling it by oxidation. By this, a deep false value signal charge diffusion prevention region is formed, and the false signal generated under the photodiode is diffused and mixed into the signal charge scanning region or the photoelectric conversion element, and the diffusion prevention region directly blocks the false signal. Alternatively, the impurity diffusion layer is used in combination with the diffusion prevention region and is of the second conductivity type or the second electric shock type formed under the diffusion prevention region.
以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。 The present invention will be described in detail below using Examples.
第4図(a)は本発明をインターライン型COD固体撮
像素子に適用した場合の、第1図A−A’ における断
面構造の一例である。5は光ダイオード部であり、第一
導電型(例えばn型)の拡散層で形成される。6は埋め
込み型の垂直CCDのチャネルであり、第一導電型の拡
散層で形成される。17は第一導電型の半導体基板、1
8−1は光ダイオード下部の第二導電型のウェル拡散層
(例えばp型)であり、18−2は垂直CCDチャネル
下部のウェル拡散層である。該第二導電型層は拡散層で
なく、エピタキシャル層であってもかまわない。FIG. 4(a) is an example of a cross-sectional structure taken along the line AA' in FIG. 1 when the present invention is applied to an interline type COD solid-state imaging device. Reference numeral 5 denotes a photodiode section, which is formed of a first conductivity type (for example, n-type) diffusion layer. Reference numeral 6 denotes a channel of a buried vertical CCD, which is formed of a first conductivity type diffusion layer. 17 is a first conductivity type semiconductor substrate;
8-1 is a second conductivity type well diffusion layer (for example, p-type) below the photodiode, and 18-2 is a well diffusion layer below the vertical CCD channel. The second conductivity type layer may be an epitaxial layer instead of a diffusion layer.
ウェル18−1とウェル18−2は後に示す第4図(c
)において、転送ゲート11の下部で電気的に接続され
ている。21−1は前記ウェル鰺散層の一部をエツチン
グして溝を形成した後、この溝を絶縁材料で充填して形
成した偽値信号電荷拡散防止領域(深い絶縁分離層)で
ある。第4図(a)において深い絶縁層21−1の深さ
X、tはウェルの深さXwよりも深く、第1図A−A’
における断面では、光ダイオード下のウェル18−1と
垂直CCDチャネル下部のウェル18−2とを完全に分
離しているので、入射光によりウェル18−1内で発生
した信号電荷14が拡散してウェル18−2に入り込み
、垂直CCDのチャネル6に偽信号として混入しない構
造になっている。Well 18-1 and well 18-2 are shown in FIG. 4 (c) shown later.
) are electrically connected below the transfer gate 11. 21-1 is a false value signal charge diffusion prevention region (deep insulation isolation layer) formed by etching a part of the well diffusion layer to form a groove, and then filling this groove with an insulating material. In FIG. 4(a), the depth X, t of the deep insulating layer 21-1 is deeper than the well depth Xw, and FIG.
In the cross section at , the well 18-1 under the photodiode and the well 18-2 under the vertical CCD channel are completely separated, so the signal charge 14 generated in the well 18-1 by the incident light is diffused. The structure is such that it does not enter the well 18-2 and mix into channel 6 of the vertical CCD as a false signal.
第4図(b)は、第4図(a)の破線で示したウェル内
でのポテンシャル図である。例えばSin。FIG. 4(b) is a potential diagram within the well indicated by the broken line in FIG. 4(a). For example, Sin.
のような絶縁体は半導体にくらべて非常に高いボテンシ
ャルを形成するため、信号電荷14はポテンシャル障壁
を−越えてウェル18−1からウェル18−2に拡散す
ることはできない。Since an insulator such as the one shown in FIG. 1 forms a much higher potential than a semiconductor, the signal charge 14 cannot cross the potential barrier and diffuse from the well 18-1 to the well 18-2.
第4図(c)は第1図B −B ’における断面構造の
一例である。21−2はウェル深さXWよりも浅い深さ
Xlの絶縁分離層である。この構造でも十分拡散防止に
役立っているが、絶縁分離層21−2がウェル18より
も浅いので、深部で発生した信号電荷14の一部は分離
層21−2の下を通って偽信号となり得る。第4図(d
)は第4図(’c )の絶縁分離層21−2の下部に、
第二導電型でウェル18よりも高濃度の不純物層(例え
ばp型)22を設けた場合である。拡散層22とウェル
18の濃度差で生じる電位障壁と深い絶縁分離21−2
を併用することで偽信号を阻止する。FIG. 4(c) is an example of a cross-sectional structure taken along line B-B' in FIG. 21-2 is an insulating isolation layer having a depth Xl shallower than the well depth XW. Although this structure sufficiently serves to prevent diffusion, since the insulating separation layer 21-2 is shallower than the well 18, some of the signal charges 14 generated in the deep part pass under the separation layer 21-2 and become false signals. obtain. Figure 4 (d
) is below the insulating separation layer 21-2 in FIG. 4('c),
This is a case where an impurity layer 22 of a second conductivity type and higher concentration than the well 18 (for example, p-type) is provided. Potential barrier and deep insulation separation 21-2 caused by the concentration difference between the diffusion layer 22 and the well 18
Can be used in combination to prevent false signals.
第4図(8)は第1図c−c’における断面構造の一例
であり、隣接する光ダイオード部5を、各々深い絶縁分
離層21−2とその下部に形成した高濃度不純物拡散層
22で分離した構造になっている。本構造により光ダイ
オード下部で発生した信号電荷14が、隣接する光ダイ
オードに拡散してまざり込み、偽信号(クロストーク)
になることを深い絶縁分離層21−2と拡散層22でス
ミアと同様に阻止することができる。また、深い絶縁分
離層21−2の下に形成した拡散層22を、第一導電型
(例えばn型)の半導体基板に達するように形成するな
らば、拡散層22を基板17と同じ第一導電型にして絶
縁分離層21−2の下にウェル拡散層18が存在しない
ようにすることによって、ウェル18中を拡散する偽信
号を阻止できる。FIG. 4 (8) is an example of a cross-sectional structure taken along line c-c' in FIG. It has a separate structure. With this structure, the signal charge 14 generated at the bottom of the photodiode diffuses into the adjacent photodiode, causing false signals (crosstalk).
Similar to smear, this can be prevented by the deep insulating separation layer 21-2 and the diffusion layer 22. Furthermore, if the diffusion layer 22 formed under the deep insulating separation layer 21-2 is formed to reach the semiconductor substrate of the first conductivity type (for example, n-type), the diffusion layer 22 is formed under the same first conductivity type as the substrate 17. By making the well diffusion layer 18 of conductive type so that it does not exist under the insulating separation layer 21-2, it is possible to prevent false signals from diffusing in the well 18.
第5図は本発明の別の実施例を第1図へ−へ′の断面構
造で示したものである。23はウェル拡散層の一部をエ
ツチングして溝を作った後、熱酸化による体積増加を利
用してSin、で溝を充填して形成した偽値信号電荷拡
散防止領域(深い絶縁分離層)である。第5図の分離層
23が第4図の分離層21と異なる部分は、分離領域に
ウェル18が存在していることである。分離層23の深
さXlは、ウェル18深さXWより深くなってもかまわ
ない。FIG. 5 shows another embodiment of the present invention in cross-section taken along the lines 1--5' in FIG. 23 is a false value signal charge diffusion prevention region (deep insulating separation layer) formed by etching a part of the well diffusion layer to create a groove, and then filling the groove with Sin using the increase in volume due to thermal oxidation. It is. The separation layer 23 in FIG. 5 differs from the separation layer 21 in FIG. 4 in that a well 18 is present in the separation region. The depth Xl of the isolation layer 23 may be deeper than the depth XW of the well 18.
第6図(a)は、本発明の別の実施例を第1図A−A’
の断面構造で示したものである。5は光ダイオード部
であり、6は埋め込み型垂直CODのチャネルである。FIG. 6(a) shows another embodiment of the present invention as shown in FIG.
This is shown in cross-sectional structure. 5 is a photodiode section, and 6 is a channel of a buried vertical COD.
17は第一導電型の半導体基板、18−1は光ダイオー
ド下部の基板と異なる導電型のウェル拡散層(例えばP
型)、1.8−2は垂直CODチャネル下部のウェル拡
散層である。17 is a semiconductor substrate of the first conductivity type, and 18-1 is a well diffusion layer of a conductivity type different from that of the substrate below the photodiode (for example, P
1.8-2 is a well diffusion layer below the vertical COD channel.
24はウェル拡散層の一部をエツチングして溝を作った
後、多結晶シリコンを溝に充填し、第二導電型の継電性
を持たせた偽値信号電荷拡散防止領域であり、ウェルよ
りも不純物濃度が十分高い高濃度層である。25は5i
n2であろ1.第6図(a)は、拡散防止領域24とウ
ェルの濃度差で生じるポテンシャル障壁があることによ
り、入射光によりウェル18−1内で発生した信号電荷
14が垂直CCDのチャネル6に偽信号として混入する
ことを阻止できるような構造になっている。24 is a false value signal charge diffusion prevention region in which a groove is formed by etching a part of the well diffusion layer, and then the groove is filled with polycrystalline silicon to provide a second conductivity type relay property; This is a highly concentrated layer with a sufficiently higher impurity concentration than the above. 25 is 5i
If it's n2, it's 1. FIG. 6(a) shows that due to the potential barrier caused by the concentration difference between the diffusion prevention region 24 and the well, the signal charge 14 generated in the well 18-1 by the incident light is transmitted to the channel 6 of the vertical CCD as a false signal. The structure is designed to prevent contamination.
第6図(b)は、第6図(a)の破線で示tノたウェル
内でのポテンシャル図である。拡散防止領域24の深さ
X、はウェルの深さXWより浅くなってもかまわない。FIG. 6(b) is a potential diagram within the well indicated by the broken line in FIG. 6(a). The depth X of the diffusion prevention region 24 may be shallower than the depth XW of the well.
第6図(c)、(d)は第1図A −A ’の断面構造
の一例である。26は拡散防止領域24の下部に形成し
たウェルと同じ感電型の高濃度拡散層、27は拡散防止
領域24の下部に形成した基板と同じ第一導電型の拡散
層である。第6図(C)に示す高濃度拡散層26は、拡
散防止類1:曵24の深さXJがウェル深さX wより
も浅い場合に、ウェルと拡散層26との濃度差によって
形成されるポテンシャル障壁を利用して偽信号抑制効果
を高める為に採用されている。第6図(d)に示す拡散
層27は、拡散防止領域24と半導体基板]7の間に第
二導電型のウェル拡散層が存在しないようにする為に形
成されており、拡散防止領域24の下のウェル18を拡
散して偽信号となる成分を除外する効果がある。また、
拡散層27はウェル拡散層18と同じ第二導電型であっ
てもかまわない。FIGS. 6(c) and 6(d) are examples of cross-sectional structures taken along line A-A' in FIG. 1. 26 is a high concentration diffusion layer of the same electric shock type as the well formed under the diffusion prevention region 24, and 27 is a diffusion layer of the same first conductivity type as the substrate formed under the diffusion prevention region 24. The high-concentration diffusion layer 26 shown in FIG. 6(C) is formed due to the concentration difference between the well and the diffusion layer 26 when the depth XJ of the diffusion prevention type 1:well 24 is shallower than the well depth Xw. It is adopted to enhance the false signal suppression effect by utilizing the potential barrier. The diffusion layer 27 shown in FIG. 6(d) is formed to prevent the presence of a second conductivity type well diffusion layer between the diffusion prevention region 24 and the semiconductor substrate 7. This has the effect of removing components that cause false signals by diffusing the well 18 below. Also,
The diffusion layer 27 may be of the same second conductivity type as the well diffusion layer 18.
本発明の固体撮像素子は、従来の選択酸化による分離領
域形成工程を、例えば以下に述べるような部位信号電荷
拡散防止領域形成工程で置き換えること、もしくは併用
することによって製作することができる。The solid-state imaging device of the present invention can be manufactured by replacing the conventional isolation region forming step using selective oxidation with, for example, the following site signal charge diffusion prevention region forming step, or by using it in combination.
第4図の実施例における拡散防止領域21は以下のよう
にして製作することができる。第一導電型の半導体基板
(例えばn型)17に第二導電型の不純物拡散層18、
酸化膜28、チン化シリコン膜29を形成し、ホトレシ
スト30を塗布する(第7図(a))。レジストパター
ン形成後、チン化シリコン[29と酸化膜28の所望部
分をエッチして除去する。チン化シリコンをマスクにし
て異方性エッチし、深い溝を形成する(第7図(b))
。溝部に酸化膜31登形成し、チャネルストップとして
の第二導電型の濃い拡散層32をイオン打込みで形成す
る。前記チン化シリコン膜29を除去した後、再びチン
化シリコン膜33を積層し、前記溝内に多結晶シリコン
34を充填する(第7図(C))。多結晶シリコンの所
望部分をエッチして表面を平坦化し、多結晶シリコンの
表面を酸化して5in935を形成し、活性領域のチン
化シリコン33を除去して深い絶縁分離層形成工程を終
了する(第7図(d))。The diffusion prevention region 21 in the embodiment of FIG. 4 can be manufactured as follows. A second conductivity type impurity diffusion layer 18 on a first conductivity type semiconductor substrate (for example, n-type) 17,
An oxide film 28 and a silicon oxide film 29 are formed, and a photoresist 30 is applied (FIG. 7(a)). After forming the resist pattern, desired portions of the silicon oxide film 29 and the oxide film 28 are removed by etching. Anisotropic etching is performed using silicon nitride as a mask to form deep grooves (Figure 7(b))
. An oxide film 31 is formed in the groove, and a second conductivity type dense diffusion layer 32 as a channel stop is formed by ion implantation. After the silicon oxide film 29 is removed, a silicon oxide film 33 is laminated again, and the groove is filled with polycrystalline silicon 34 (FIG. 7(C)). A desired portion of the polycrystalline silicon is etched to planarize the surface, the surface of the polycrystalline silicon is oxidized to form a 5in935 layer, and the silicon nitride 33 in the active region is removed to complete the process of forming a deep isolation layer ( Figure 7(d)).
本発明の素子構造の一つである。第5図に示した分離領
域23は、以下のようにして製作できる。This is one of the element structures of the present invention. The separation region 23 shown in FIG. 5 can be manufactured as follows.
第一導電型の半導体基板17に第二導電型の拡散層】8
を形成し、周知のホトエツチング法により5in2膜か
らなるマスクパターン36を形成した後、チン化シリコ
ン膜37を積層して被着する(第8図(a))。異方性
エッチによって5102膜36の側部上に被着されたチ
ン化シリコン37だけを残し、他の部分上に被着された
チン化シリコン膜37を除去し、表面に酸化膜38を形
成する(第8図(b))。チン化シリコン膜37を除去
し、選択するエツチング法を用いて露出したウェル拡散
層の表面をエツチングし、溝幅が極めて狭い深さ数μm
の溝39を形成する(第8図(C))。表面の酸化膜を
除去し、溝内を熱酸化による体積増加を利用して5in
240で充填シ・、深い分離層形成工程を終了する(第
8図(d))。Diffusion layer of second conductivity type on semiconductor substrate 17 of first conductivity type]8
After forming a mask pattern 36 consisting of a 5 in 2 film by a well-known photoetching method, a silicon nitride film 37 is laminated and deposited (FIG. 8(a)). By anisotropic etching, only the silicon nitride film 37 deposited on the sides of the 5102 film 36 is left, and the silicon tinide film 37 deposited on other parts is removed, and an oxide film 38 is formed on the surface. (Figure 8(b)). The silicon nitride film 37 is removed and the exposed surface of the well diffusion layer is etched using a selected etching method to form a groove with an extremely narrow groove width of several μm in depth.
A groove 39 is formed (FIG. 8(C)). The oxide film on the surface was removed, and the inside of the trench was made 5 inches deep using the increase in volume due to thermal oxidation.
At step 240, the filling step and deep separation layer forming step are completed (FIG. 8(d)).
以後は従来のMO8集積回路技術によって固体撮像素子
を形成する(第5図)。Thereafter, a solid-state image sensor is formed using conventional MO8 integrated circuit technology (FIG. 5).
本発明の素子構造の一つである第6図に示した拡散防止
領域は第7図(c)に示す形成工程において、酸化膜3
1とチン化シリコン膜33を形成せずに、堆積した多結
晶シリコン34に基板とは異なる導電性(例えばp型)
を持たせることによって作成できる。The diffusion prevention region shown in FIG. 6, which is one of the device structures of the present invention, is formed by forming an oxide film 3 in the formation process shown in FIG. 7(c).
1 and the silicon nitride film 33, the deposited polycrystalline silicon 34 has a conductivity different from that of the substrate (for example, p-type).
It can be created by having
なお、上記の説明はインターライン型CCD固体撮像素
子を対象にして行ってきたが、本発明の越旨を越えない
範囲で、CCD型のもう一つの型式であるフレーム1〜
ランスフア型CCD固体撮像素子や、MO8型固体撮像
素子にも、本発明を適用できることは自明である。Although the above explanation has been made with reference to interline type CCD solid-state image sensing devices, frames 1 to 3, which are another type of CCD type, will be described without departing from the spirit of the present invention.
It is obvious that the present invention can also be applied to a Lancer-type CCD solid-state image sensor and an MO8-type solid-state image sensor.
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子の
欠点であるスミアを、偽値信号電荷拡散防止領域で直接
阻止すること、もしくは前記拡散防止領域と併用して前
記拡散防止領域の下部に形成した高濃度不純物層によっ
て阻止することが可能となる。同様な機構により、光電
変換素子部で発生した電荷が拡散して隣接する光電変換
部にまざり込むクロスト一りも防止できる。As explained above, according to the present invention, smear, which is a drawback of solid-state image sensors, can be directly prevented by the false value signal charge diffusion prevention region, or by using the false value signal charge diffusion prevention region in combination with the diffusion prevention region. This can be prevented by a high concentration impurity layer formed in the above. A similar mechanism can also prevent cross-over, in which charges generated in a photoelectric conversion element are diffused and mixed into an adjacent photoelectric conversion element.
また、前記拡散防止領域で直接スミアを阻1するので、
素子によってノ、ミア抑制率が異なるようなことはなく
、画素寸法を縮少させてもスミア抑制効果は低下しない
。本発明の採用により、上記以外にも以下にあげる多く
のすぐれた副次的効果を得ることができる。In addition, since the diffusion prevention region directly prevents smearing,
The smear suppression rate does not differ depending on the element, and the smear suppression effect does not decrease even if the pixel size is reduced. By employing the present invention, in addition to the above, many excellent secondary effects listed below can be obtained.
(1)従来の選択酸化による素子分離をしないので狭チ
ャネル効果の発生がなく、従来のM子構造に較べ素子分
離領域の縮少が可能となる。(1) Since element isolation by conventional selective oxidation is not performed, no narrow channel effect occurs, and the element isolation region can be reduced compared to the conventional M-structure.
(2)前項(1)で述べた分離領域減少により、活性領
域面積が増大し、飽和信号量に北限を与えている垂直C
CDと光電変換部の信号蓄積許容量を拡大することが可
能となるので、入射当世に対するダイナミックレンジが
大きくなる。また、暗電流の弊害を受けにくくなるので
高温下でも良質な画像が得られるようになる。(2) Due to the reduction in the isolation region mentioned in the previous section (1), the active region area increases and the vertical C
Since it becomes possible to expand the signal storage capacity of the CD and the photoelectric conversion unit, the dynamic range with respect to the incident current becomes larger. Furthermore, since it is less susceptible to the adverse effects of dark current, it becomes possible to obtain high-quality images even at high temperatures.
(3)前項(1)で述べた狭チャネル効果がないので、
転送効率を劣化させずに、垂直CODのチヤネル幅を縮
少させることが可能になる。これは絵素数の増加(すな
わち解像度の向上)あるいは開口率(光を取り込む面積
)の向上につながる。(3) Since there is no narrow channel effect mentioned in the previous section (1),
It becomes possible to reduce the channel width of the vertical COD without deteriorating the transfer efficiency. This leads to an increase in the number of picture elements (that is, an improvement in resolution) or an improvement in the aperture ratio (the area that captures light).
また、本発明の素子構造にはスケールダウン則(寸法縮
少側)がそのまま適用できるので、将来、偽値信号電荷
拡散防止領域の幅(現在の技術では2〜3μm)を縮少
させると、さらに解像度あるいは開口率を向上すること
ができる。Furthermore, since the scale-down rule (size reduction side) can be directly applied to the device structure of the present invention, in the future, if the width of the false value signal charge diffusion prevention region (2 to 3 μm in the current technology) is reduced, Furthermore, resolution or aperture ratio can be improved.
第1図及び第2図はインターライン型CCD固体撮像素
子の基本構成及び断面図の一例、第3図はスミア低域の
為に提案された従来の素子構造を示す図、第4図及び第
7図は本発明の一実施例を示す図、及びその製作工程図
、第5図及び第8図は本発明の別の実施例の構造を示す
図及びその製作工程図、第6図は本発明のもう一つの実
施例の構造を示す図である。
5・・・光ダイオード部、6・・・CCDのチャンネル
、17・・・半導体基板、18.18−2・・・ウェル
拡散層、21−1・・ウェルよりも深い溝、21−2・
・・ウェルよりも浅い溝。
代理人 弁理士 高橋明夫
′f31 図
不 2 図
(b)
l
冨 3 口
妃 4 図
((L)
’27g−z+zt−t−f−ttr−t→21−J←
/g−2−@葛 4 図
(C)
(d)
第 4 図
(e)
第 5 図
第2図
(欠)
ノー
イ
ル ll1g−z+24−←−/g−/ +212 +
/8’−2−’−1第 2 図
(C/)
l
y 7 図
3ρ
第 3 図Figures 1 and 2 are an example of the basic configuration and cross-sectional view of an interline type CCD solid-state image sensor, Figure 3 is a diagram showing a conventional element structure proposed for smear low frequency, and Figures 4 and 2 are 7 is a diagram showing one embodiment of the present invention and its manufacturing process diagram; FIGS. 5 and 8 are diagrams showing the structure of another embodiment of the present invention and its manufacturing process diagram; FIG. FIG. 3 is a diagram showing the structure of another embodiment of the invention. 5... Photodiode section, 6... CCD channel, 17... Semiconductor substrate, 18.18-2... Well diffusion layer, 21-1... Groove deeper than well, 21-2...
...A groove shallower than a well. Agent Patent Attorney Akio Takahashi 'f31 Not shown 2 Figure (b) l Tomi 3 Kuchihi 4 Figure ((L) '27g-z+zt-t-f-ttr-t→21-J←
/g-2-@Kudzu 4 Figure (C) (d) Figure 4 (e) Figure 5 Figure 2 (missing) Noil ll1g-z+24-←-/g-/ +212 +
/8'-2-'-1Figure 2 (C/) ly 7 Figure 3ρ Figure 3
Claims (1)
を形成し、さらにこの第二導電型半導体層の主表面に光
学情報を取り出す光電変換素子群、該素子に蓄積された
光信号電荷を順次転送する信号電荷転送素子群を集積化
した固体撮像装置において、前記光電変換素子群と前記
信号電荷転送素子群の間に、絶縁材料もしくは半導体材
料を充填した前記第二導電型半導体層より浅いあるいは
深い溝を形成し、該溝によって偽似信号電荷の拡散防止
を図ることを特徴とする固体撮像装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の固体撮像装置において
、前記溝の下にさらに第一導電型の半導体基体と接触す
る、もしくは第一導電型半導体基板との間に若干の間隙
を有する不純物層を設けることを特徴とする固体撮像装
置。[Claims] (1) A group of photoelectric conversion elements that form a semiconductor layer of a second conductivity type on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and extract optical information from the main surface of the semiconductor layer of the second conductivity type; In a solid-state imaging device that integrates a group of signal charge transfer elements that sequentially transfer optical signal charges accumulated in the elements, an insulating material or a semiconductor material is filled between the photoelectric conversion element group and the signal charge transfer element group. A solid-state imaging device characterized in that a groove is formed that is shallower or deeper than the second conductivity type semiconductor layer, and the groove prevents the diffusion of false signal charges. 2. In the solid-state imaging device according to claim 1, an impurity further contacts the first conductivity type semiconductor substrate under the groove or having a slight gap between the first conductivity type semiconductor substrate and the first conductivity type semiconductor substrate. A solid-state imaging device characterized by providing a layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59028555A JPS60173978A (en) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59028555A JPS60173978A (en) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | solid-state imaging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60173978A true JPS60173978A (en) | 1985-09-07 |
Family
ID=12251893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59028555A Pending JPS60173978A (en) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | solid-state imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60173978A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01161757A (en) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Nec Corp | Solid-state image pickup element |
JPH03273678A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-04 | Matsushita Electron Corp | Solid-state image sensing device |
JP2015056622A (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社リコー | Semiconductor device |
-
1984
- 1984-02-20 JP JP59028555A patent/JPS60173978A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01161757A (en) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Nec Corp | Solid-state image pickup element |
JPH03273678A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-04 | Matsushita Electron Corp | Solid-state image sensing device |
JP2015056622A (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社リコー | Semiconductor device |
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