JP2006073681A

JP2006073681A - Ccd solid state image sensor

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Publication number: JP2006073681A
Application number: JP2004253589A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oki; 洋昭大木; Hiroyuki Yoshida; 宏之吉田; Masao Kimura; 匡雄木村; Shinji Iwamoto; 真司岩本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state image sensor wherein even when the solid state image sensor is made fine, smear leaking from a pixel separation area lying next to a photosensor to a vertical charge transfer is reduced. <P>SOLUTION: The solid state image sensor 1 has a concentration distribution where the horizontal concentration distribution of the pixel separation region 25a between photosensors 3a, 3b adjoining vertically to each other has higher concentration at portions corresponding to opposite ends of the photosensor than that at a portion corresponding to the center of the photosensor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画素分離領域から垂直電荷転送部へのスミア成分を低減するＣＣＤ固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a CCD solid-state imaging device that reduces smear components from a pixel separation region to a vertical charge transfer unit.

ＣＣＤ型固体撮像素子では、図４に示すように、画素となる受光部、すなわちフォトセンサ部３とフォトセンサ部３からの信号電荷を読み出すための読み出し部（いわゆる読み出しゲート部）４と、この読み出し部４によって読み出された信号電荷を転送するＣＣＤ構成による垂直電荷転送部（いわゆる垂直転送レジスタ部）５と、この垂直電荷転送部５によって転送された電荷を、水平ライン毎に、出力回路１０に順次転送する水平電荷転送部（いわゆる水平転送レジスタ部）６と、各フォトセンサ部３を分離する画素分離部７とを有している。
通常のＨＡＤ（ＨｏｌｅＡｃｃｕｍｕｌａｔｅｄＤｉｏｄｅ）構造のフォトセンサ部３を有するＣＣＤ固体撮像素子は、図５に示すように、例えば、Ｓｉよりなる半導体基板２０として、ｎ型サブストレイト１１上に第１のｐ型ウェル領域１２が形成された構成を有し、この第１のｐ型ウェル領域１２上にｎ型低不純物濃度領域１３が形成され、さらに、表面に電荷蓄積領域（いわゆるｐ＋アキュミュレーション領域）１５が形成されたフォトダイオード１４がマトリックス状に配列され、それぞれフォトセンサ部３の各画素が形成されて成る。
また、第１のｐ型ウェル領域１２には、垂直ライン上に配列されたフォトセンサ部３、すなわちフォトダイオード１４と所要の距離を隔て、第２のｐ型ウェル領域２３が形成され、この第２のｐ型ウェル領域２３上にｎ型の電荷転送領域（いわゆる転送チャネル領域）２４が形成され、さらに、この上に絶縁膜１６を介して垂直転送電極１７が形成されて垂直電荷転送部５が構成される。
この垂直電荷転送部５と、対応するフォトダイオード１４との間に、ｐ型の信号電荷の読み出し領域２２が形成されて、読み出し部４が構成される。隣り合う、異なる垂直転送部間には、ｐ型の画素分離領域（いわゆるチャネルストップ領域）２５による画素分離部７が形成される。１つのフォトセンサ部３と読み出し部４と垂直電荷転送部５と画素分離部７によって、単位画素セル２が構成される。 In the CCD type solid-state imaging device, as shown in FIG. 4, a light-receiving unit serving as a pixel, that is, a photosensor unit 3 and a readout unit (so-called readout gate unit) 4 for reading out signal charges from the photosensor unit 3, A vertical charge transfer unit (so-called vertical transfer register unit) 5 having a CCD configuration for transferring the signal charges read by the read unit 4 and the charges transferred by the vertical charge transfer unit 5 for each horizontal line are output circuits. 10 includes a horizontal charge transfer unit (so-called horizontal transfer register unit) 6 that sequentially transfers to 10 and a pixel separation unit 7 that separates each photosensor unit 3.
As shown in FIG. 5, a CCD solid-state imaging device having a photosensor unit 3 having a normal HAD (Hole Accumulated Diode) structure includes, for example, a first p on an n-type substrate 11 as a semiconductor substrate 20 made of Si. The n-type low impurity concentration region 13 is formed on the first p-type well region 12, and a charge accumulation region (so-called p + accumulation region) is formed on the surface. Photodiodes 14 having 15 formed thereon are arranged in a matrix, and each pixel of the photosensor unit 3 is formed.
Further, a second p-type well region 23 is formed in the first p-type well region 12 at a required distance from the photosensor portions 3 arranged on the vertical line, that is, the photodiodes 14. An n-type charge transfer region (so-called transfer channel region) 24 is formed on the two p-type well regions 23, and a vertical transfer electrode 17 is formed on the n-type charge transfer region 24 via an insulating film 16. Is configured.
A p-type signal charge readout region 22 is formed between the vertical charge transfer unit 5 and the corresponding photodiode 14 to constitute the readout unit 4. Between adjacent different vertical transfer portions, a pixel separation portion 7 is formed by a p-type pixel separation region (so-called channel stop region) 25. One photosensor unit 3, readout unit 4, vertical charge transfer unit 5, and pixel separation unit 7 constitute a unit pixel cell 2.

半導体基板２０の表面には、光透過性を有する、例えばＳｉＯ_２よりなる前述の絶縁膜１６が被着形成され、この上に電荷転送領域２４と読み出し領域２２上に差し渡って耐熱性を有する多結晶シリコンによる垂直転送電極１７が被着形成される。
ｐ型の画素分離領域２５による画素分離部７は、図４に示すように、各フォトセンサ部列と隣接する垂直電荷転送との間（画素分離領域２５ｂ）及び垂直方向に隣合うフォトセンサ部３間（画素分離領域２５ａ）に形成される。また、各垂直転送電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕は、図６に示すように、各列の垂直電荷転送部５に共通するように垂直方向に隣合うフォトセンサ部３間の画素分離部７上に延長して形成される。この例では２つの垂直転送電極１７Ａ，１７Ｂが各１つのフォトセンサ部３〔３ａ，３ｂ〕に対応するように形成される。 On the surface of the semiconductor substrate 20, the above-described insulating film 16 made of, for example, SiO ₂ is deposited and formed, and has heat resistance across the charge transfer region 24 and the readout region 22. A vertical transfer electrode 17 made of polycrystalline silicon is deposited.
As shown in FIG. 4, the pixel separation unit 7 by the p-type pixel separation region 25 has a photosensor portion adjacent to each other between the photosensor portion columns and the adjacent vertical charge transfer (pixel separation region 25b) and in the vertical direction. It is formed between three (pixel separation region 25a). Further, as shown in FIG. 6, each vertical transfer electrode 17 [17A, 17B] is arranged on the pixel separation unit 7 between the photosensor units 3 adjacent in the vertical direction so as to be common to the vertical charge transfer units 5 of each column. It is formed to extend. In this example, two vertical transfer electrodes 17A and 17B are formed so as to correspond to one photosensor portion 3 [3a, 3b].

さらに、この垂直転送電極１７上を含んで全面的にＳｉＯ_２等の層間絶縁膜１８を介して遮光膜１９が形成される。
そして、この遮光膜１９のフォトセンサ部３上に開口３４が形成されて、これら開口３４を通じてフォトセンサ部３で受光を行い、この受光量に応じた信号電荷がフォトダイオード１４によって発生する。 Further, a light shielding film 19 is formed on the entire surface including the vertical transfer electrode 17 via an interlayer insulating film 18 such as SiO ₂ .
An opening 34 is formed on the photosensor portion 3 of the light shielding film 19, and light is received by the photosensor portion 3 through the opening 34, and signal charges corresponding to the received light amount are generated by the photodiode 14.

このＣＣＤ固体撮像素子では、各フォトセンサ部３で光電変換され蓄積された信号電荷が読み出し部４を通じて各対応する垂直電荷転送部５に読み出され、垂直電荷転送部５内を転送して水平ライン毎に水平電荷転送部６に転送され、さらに水平電荷転送部６内を一方向に転送して、出力回路１０を通じて電圧変換されて出力される。 In this CCD solid-state imaging device, the signal charges photoelectrically converted and accumulated in each photosensor unit 3 are read out to the corresponding vertical charge transfer units 5 through the reading units 4 and transferred in the vertical charge transfer units 5 to be horizontal. Each line is transferred to the horizontal charge transfer unit 6, further transferred in one direction in the horizontal charge transfer unit 6, converted into a voltage through the output circuit 10, and output.

このようなＣＣＤ固体撮像素子では、一般的なスミアの主成分が図５で示す４つの入射光ａ，ｂ，ｃ，ｄに起因して発生している。
（１）斜め入射光ａが、半導体基板２０と遮光膜１９及び垂直転送電極１７と一体の読み出しゲート電極との間で多重反射し、垂直電荷転送部５へ漏れ込んで垂直電荷転送部５内で電子が発生してスミアを発生する。
（２）斜め入射光ｂによって、半導体基板２０深部で光電変換により発生した電子−正孔の内、電子が垂直電荷転送部５へ漏れ込んでスミアを発生する。
（３）入射光ｃにより、フォトダイオード１４のシリコン表面である電荷蓄積領域１５で発生した電子が横方向に拡散し、読み出し領域２２または画素分離領域（いわゆるチャネルトップ）２５を通過し、垂直電荷転送部５へ漏れ込んでスミアを発生する。
（４）入射光ｄのように、遮光膜１９、垂直転送電極１７を直接透過した成分が垂直電荷転送部５内で電子を発生してスミアを発生する。 In such a CCD solid-state imaging device, the main component of a general smear is generated due to the four incident lights a, b, c and d shown in FIG.
(1) The obliquely incident light a is multiple-reflected between the semiconductor substrate 20, the light shielding film 19 and the readout gate electrode integrated with the vertical transfer electrode 17, leaks into the vertical charge transfer unit 5, and enters the vertical charge transfer unit 5. Electrons are generated and smear is generated.
(2) The obliquely incident light b causes electrons to leak into the vertical charge transfer unit 5 and generate smears among the electrons-holes generated by photoelectric conversion in the deep part of the semiconductor substrate 20.
(3) The incident light c causes electrons generated in the charge storage region 15 that is the silicon surface of the photodiode 14 to diffuse laterally and pass through the readout region 22 or the pixel isolation region (so-called channel top) 25 to generate vertical charges. It leaks into the transfer unit 5 and generates smear.
(4) Like the incident light d, the component directly transmitted through the light shielding film 19 and the vertical transfer electrode 17 generates electrons in the vertical charge transfer unit 5 to generate smear.

特許文献１には、スミアの低減を図るＣＣＤ固体撮像素子が開示されています。
特開平６−３１０７０１号公報 Patent Document 1 discloses a CCD solid-state imaging device that reduces smear.
JP-A-6-310701

上述のようなスミアにおいては、光電変換された電荷が垂直レジスタに混入することが原因の１つであるのことが明らかであるが、この他にもスミアの発生経路があり、図６に示すようにフォトセンサ部３ａ、３ｂ→垂直方向に隣り合うフォトセンサ間の画素分離領域２５ａ→垂直電荷転送部５、の経路によるスミア成分ｅが考えられる。
この経路のスミア成分ｅの発生原因の裏づけとして、この画素分離領域２５ａ上の部分の垂直転送電極１７（ノーマリH電極）にマイナス方向の電圧をかけると、スミアが減少することがわかっている。しかし、電極下の画素分離領域２５ａは、最低限のチャネルストップ能力を維持する程度のｐ＋層が形成されているだけである。しかも、最も濃度が濃い領域は、例えば画素分離領域２５ａの中央付近に形成されている。濃度の濃い領域を設ける理由は、画素分離領域２５ａの電位を安定化されるためである。しかし、このような画素分離領域２５ａでは、ｐ＋濃度勾配でみたときに、画素分離領域２５ａの中央から垂直電荷転送部５側に向かって濃度が低下する方向であるため、スミア電荷が垂直電荷転送部５に混入しやすい構造になっている。
すなわち、このようなｐ＋濃度勾配によって、垂直転送電極１７に所要の駆動電圧を印加したとき、画素分離領域２５ａの水平方向の表面ポテンシャルが、図７に示すように、中央側で浅く両端側で深くなるちょうな表面ポテンシャル分布を呈することになり、スミア電荷が画素分離領域２５ａを通じて垂直電荷転送部５へ混入し易くなる。 In the smear as described above, it is clear that one of the causes is that the photoelectrically converted charge is mixed into the vertical register, but there are other smear generation paths as shown in FIG. In this way, a smear component e due to the path of the photo sensor units 3a, 3b → the pixel separation region 25a → the vertical charge transfer unit 5 between the photo sensors adjacent in the vertical direction can be considered.
As support for the cause of the occurrence of the smear component e in this path, it is known that smear is reduced when a voltage in the negative direction is applied to the vertical transfer electrode 17 (normally H electrode) in the portion on the pixel isolation region 25a. However, the pixel isolation region 25a under the electrode is only formed with a p + layer that maintains a minimum channel stop capability. Moreover, the region with the highest density is formed, for example, near the center of the pixel isolation region 25a. The reason for providing the high density region is to stabilize the potential of the pixel isolation region 25a. However, in such a pixel separation region 25a, the smear charge is transferred in the vertical charge transfer direction because the concentration decreases in the direction from the center of the pixel separation region 25a toward the vertical charge transfer unit 5 when viewed with a p + concentration gradient. The structure is easy to be mixed into the portion 5.
That is, when a required drive voltage is applied to the vertical transfer electrode 17 due to such a p + concentration gradient, the horizontal surface potential of the pixel isolation region 25a is shallow at the center side as shown in FIG. The surface potential distribution becomes deeper and smear charges are likely to be mixed into the vertical charge transfer unit 5 through the pixel separation region 25a.

上述のスミア成分ｅは、従来のＣＣＤ固体撮像素子では無視できたが、画素サイズが微細化されるに従って無視できなくなってきた。 The above smear component e can be ignored in the conventional CCD solid-state imaging device, but cannot be ignored as the pixel size is reduced.

本発明は、上述の点に鑑み、固体撮像素子を微細化してもフォトセンサ部に隣接する画素分離領域から垂直電荷転送部に漏れるスミアを低減するようにした固体撮像素子を提供するものである。 In view of the above, the present invention provides a solid-state imaging device capable of reducing smear leaking from a pixel separation region adjacent to a photosensor unit to a vertical charge transfer unit even if the solid-state imaging device is miniaturized. .

本発明の固体撮像素子は、垂直方向に隣接するフォトセンサ間の画素分離領域の水平方向の濃度分布が、フォトセンサ両端に対応する部分をフォトセンサ中央に対応する部分より高濃度にした濃度分布を有することを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the present invention, the density distribution in the horizontal direction of the pixel separation region between the photosensors adjacent in the vertical direction is a density distribution in which the portion corresponding to both ends of the photosensor is higher in density than the portion corresponding to the center of the photosensor. It is characterized by having.

本発明の固体撮像素子は、上記画素分離領域の部分が、最表面または最表面近傍に濃度ピークを有して形成されていることが好ましい。 In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the pixel separation region is formed so as to have a density peak at or near the outermost surface.

本発明の固体撮像素子では、垂直方向に隣接するフォトセンサ間の画素分離領域の水平方向の濃度分布を、フォトセンサ両端に対応する部分がフォトセンサ中央に対応する部分より高濃度となる濃度分布とすることにより、隣接する垂直転送電極へのスミア電荷の漏れ込みを抑制することができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the concentration distribution in the horizontal direction of the pixel separation region between the photosensors adjacent in the vertical direction is such that the portion corresponding to both ends of the photosensor has a higher concentration than the portion corresponding to the center of the photosensor. By doing so, it is possible to suppress the smear charge from leaking into the adjacent vertical transfer electrodes.

上記画素分離領域の高濃度部分が、最表面または最表面近傍に濃度ピークを有することで、上記画素分離領域の水平方向に関して、フォトセンサ両端に対応する部分のポテンシャルを浅くし、フォトセンサ中央に対応する部分のポテンシャルを深くするようにした表面ポテンシャル分布が確実に得られる。 Since the high density portion of the pixel separation region has a density peak at or near the outermost surface, the potential of the portion corresponding to both ends of the photosensor is made shallower in the horizontal direction of the pixel separation region, and at the center of the photosensor. A surface potential distribution in which the potential of the corresponding part is deepened can be obtained reliably.

本発明の固体撮像素子によれば、固体撮像素子を微細化しても、フトセンサから垂直方向に隣合うフォトセンサ間の画素分離領域を通じて垂直電荷転送部へ至る経路ｅによるスミア成分を抑制することができ、スミア特性を改善することができる。最表面または最表面近傍に濃度ピークを有するように上記画素分離領域の高濃度部分を形成することにより、この画素分離領域の水平方向に関してフォトセンサ両端に対応する部分にポテンシャルバリアが形成される表面ポテンシャル分布を形成することができ、経路ｅによるスミア成分の抑制を確実にする。 According to the solid-state imaging device of the present invention, even if the solid-state imaging device is miniaturized, it is possible to suppress smear components due to the path e from the ft sensor to the vertical charge transfer unit through the pixel separation region between the photosensors adjacent in the vertical direction. And smear characteristics can be improved. A surface on which a potential barrier is formed at portions corresponding to both ends of the photosensor in the horizontal direction of the pixel separation region by forming a high concentration portion of the pixel separation region so as to have a density peak at or near the outermost surface. A potential distribution can be formed, and smear component suppression by the path e is ensured.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１及び図２は、本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す画素部分の構成を示す。本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子の全体の概略構成は、前述した図４及び図５と同様の構成を適用した。 1 and 2 show the configuration of a pixel portion showing an embodiment of a CCD solid-state imaging device according to the present invention. As the overall schematic configuration of the CCD solid-state imaging device of the present embodiment, the same configuration as that shown in FIGS.

先ず、全体の概略構成について図４及び図５を参照して説明する。本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子は、前述と同様に、マトリックス状に配置する画素となるフォトセンサ部３と、フォトセンサ部３からの受光量に応じた信号電荷を読み出す読み出し部４と、この読み出し部４によって読み出された信号電荷を転送する垂直電荷転送部５、この垂直電荷転送部５によって転送された電荷を、水平ライン毎に、出力回路１０に順次転送する水平電荷転送部６と、フォトセンサ部３からの信号電荷の漏洩を防ぐ画素分離部７とを有して成る。 First, the overall schematic configuration will be described with reference to FIGS. As described above, the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment includes a photosensor unit 3 serving as pixels arranged in a matrix, and a readout unit 4 that reads out signal charges corresponding to the amount of light received from the photosensor unit 3. The vertical charge transfer unit 5 that transfers the signal charges read by the read unit 4 and the horizontal charge transfer unit that sequentially transfers the charges transferred by the vertical charge transfer unit 5 to the output circuit 10 for each horizontal line. 6 and a pixel separation unit 7 for preventing leakage of signal charges from the photosensor unit 3.

ｐ型の画素分離領域２５による画素分離部７は、ｐ型の画素分離領域２５ａ，２５ｂで形成され、画素分離領域２５ａは垂直方向に隣合うフォトセンサ部３間に形成され、画素分離領域２５ｂは各フォトセンサ部列と隣接する垂直電荷転送との間に形成される。また、各垂直転送電極１７〔１７Ａ，１７Ｂ〕は、図１に示すように、各列の垂直電荷転送部５に共通するように垂直方向に隣合うフォトセンサ部３間の画素分離領域２５ａ上に延長して形成される。この例では２つの垂直転送電極１７Ａ，１７Ｂが各１つのフォトセンサ部３〔３ａ，３ｂ〕に対応するように形成される。 The pixel separation portion 7 by the p-type pixel separation region 25 is formed by p-type pixel separation regions 25a and 25b. The pixel separation region 25a is formed between the photosensor portions 3 adjacent in the vertical direction, and the pixel separation region 25b. Is formed between each photosensor section row and adjacent vertical charge transfer. Further, as shown in FIG. 1, each vertical transfer electrode 17 [17A, 17B] is arranged on the pixel separation region 25a between the photosensor parts 3 adjacent in the vertical direction so as to be common to the vertical charge transfer parts 5 of each column. It is formed to extend. In this example, two vertical transfer electrodes 17A and 17B are formed so as to correspond to one photosensor portion 3 [3a, 3b].

フォトセンサ部３は、ＨＡＤ（ＨｏｌｅＡｃｃｕｍｕｌａｔｅｄＤｉｏｄｅ）構造で形成される。ＣＣＤ固体撮像素子の断面構造は、例えば、Ｓｉよりなる半導体基板２０として、第１導電型、本例ではｎ型のサブストレイト１１上に第２導電型、本例ではｐ型の第１のウェル領域１２が形成された構成を有し、この第１のｐ型ウェル領域１２上にｎ型低不純物濃度領域１３が形成され、さらに、表面に電荷蓄積領域（いわゆるｐ＋アキュミュレーション領域）１５が形成されたフォトダイオード１４がマトリックス状に配列され、それぞれフォトセンサ部３の各画素が形成される。
また、第１のｐ型ウェル領域１２には、垂直ライン上に配列されたフォトセンサ部３、すなわちフォトダイオード１４と所要の距離を隔て第２のｐ型ウェル領域２３が形成され、この第２のｐ型ウェル領域２３上にｎ型の電荷転送領域（いわゆる転送チャネル領域）２４が形成され、さらに、この上に絶縁膜１６を介して垂直転送電極１７が形成されて、垂直電荷転送部５が構成される。
この垂直電荷転送部５と、対応するフォトダイオード１４との間に、ｐ型の信号電荷の読み出し領域２２が形成されて、読み出し部４が構成される。隣り合う、異なる垂直転送部間には、ｐ型の画素分離領域（いわゆるチャネルストップ領域）２５による画素分離部７が形成される。１つのフォトセンサ部３と読み出し部４と垂直電荷転送部５と画素分離部７によって、単位画素セル２が構成される。 The photosensor unit 3 is formed with a HAD (Hole Accumulated Diode) structure. The cross-sectional structure of the CCD solid-state imaging device is, for example, as a semiconductor substrate 20 made of Si. The first conductivity type, in this example, the n-type substrate 11, the second conductivity type, in this example, the p-type first well. A region 12 is formed, an n-type low impurity concentration region 13 is formed on the first p-type well region 12, and a charge accumulation region (so-called p + accumulation region) 15 is formed on the surface. The formed photodiodes 14 are arranged in a matrix, and each pixel of the photosensor unit 3 is formed.
Further, a second p-type well region 23 is formed in the first p-type well region 12 at a required distance from the photosensor portion 3 arranged on the vertical line, that is, the photodiode 14. An n-type charge transfer region (so-called transfer channel region) 24 is formed on the p-type well region 23, and a vertical transfer electrode 17 is formed on the n-type charge transfer region (so-called transfer channel region) via an insulating film 16. Is configured.
A p-type signal charge readout region 22 is formed between the vertical charge transfer unit 5 and the corresponding photodiode 14 to constitute the readout unit 4. Between adjacent different vertical transfer portions, a pixel separation portion 7 is formed by a p-type pixel separation region (so-called channel stop region) 25. One photosensor unit 3, readout unit 4, vertical charge transfer unit 5, and pixel separation unit 7 constitute a unit pixel cell 2.

半導体基板２０の表面には、光透過性を有する、例えばＳｉＯ_２よりなる絶縁膜１６が被着形成され、この上に電荷転送領域２４と読み出し領域２２上に差し渡って耐熱性を有する多結晶シリコンによる垂直転送電極１７が被着形成される。
さらに、この垂直転送電極１７上を含んで全面的にＳｉＯ_２等の層間絶縁膜１８を介して遮光膜１９が形成される。この遮光膜１９のフォトセンサ部３上に開口３４が形成されて、これら開口３４を通じてフォトセンサ部３で受光を行い、この受光量に応じた信号電荷がフォトダイオード１４によって発生する On the surface of the semiconductor substrate 20, a light-transmitting insulating film 16 made of, for example, SiO ₂ is deposited, and on this, a polycrystal having heat resistance across the charge transfer region 24 and the readout region 22. A vertical transfer electrode 17 made of silicon is deposited.
Further, a light shielding film 19 is formed on the entire surface including the vertical transfer electrode 17 via an interlayer insulating film 18 such as SiO ₂ . An opening 34 is formed on the photosensor portion 3 of the light shielding film 19, and the photosensor portion 3 receives light through the opening 34, and a signal charge corresponding to the amount of received light is generated by the photodiode 14.

そして、本実施の形態においては、特に、図１及び図２（図１のＡーＡ線上の断面図）に示すように、垂直方向に隣合うフォトセンサ部３ａ及び３ｂ間のｐ型の画素分離領域２５ａの表面に、その水平方向の両端部分において、局部的に他部より高不純物濃度のｐ型高濃度領域３０〔３０ａ，３０ｂ〕を形成する。すなわち、このｐ型高濃度領域３０〔３０ａ，３０ｂ〕は、画素分離領域２５ａの水平方向において、図３に示すように、中央付近より両端が高濃度となる濃度分布３２になるように、且つ垂直電荷転送部５のｎ型電荷転送領域２４ａ，２４ｂに接触して接合耐圧の劣化を生じさせないように、ｎ型電荷転送領域２４ａ，２４ｂから離して形成される。このため、ｐ型高濃度領域３０〔３０ａ，３０ｂ〕は、画素分離領域２５ａのフォトセンサ部３ａ，３ｂの水平方向の両端に対応する部分に、そのフォトセンサ部３ａ，３ｂの中央に対応する部分の濃度よりも高濃度となるように形成される。 In this embodiment, in particular, as shown in FIGS. 1 and 2 (a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1), a p-type pixel between the photosensor portions 3a and 3b adjacent in the vertical direction. On the surface of the isolation region 25a, p-type high concentration regions 30 [30a, 30b] having a higher impurity concentration than the other portions are locally formed at both ends in the horizontal direction. That is, the p-type high-concentration region 30 [30a, 30b] has a concentration distribution 32 in which both ends are higher in concentration from the vicinity of the center in the horizontal direction of the pixel isolation region 25a, as shown in FIG. The n-type charge transfer regions 24a and 24b are formed apart from the n-type charge transfer regions 24a and 24b so as not to be brought into contact with the n-type charge transfer regions 24a and 24b of the vertical charge transfer unit 5 to cause deterioration of the junction breakdown voltage. Therefore, the p-type high-concentration region 30 [30a, 30b] corresponds to the portion of the pixel separation region 25a corresponding to both ends of the photosensor portions 3a, 3b in the horizontal direction, and to the center of the photosensor portions 3a, 3b. It is formed so as to have a higher concentration than the concentration of the portion.

図２に示すように、一方の高濃度領域３０ａは、画素分離領域２５ａの界面近傍に位置してｐ型の読み出し領域２２の延長領域と接するように形成される。他方の高濃度な領域３０ｂは、画素分離領域２５ａの界面近傍に位置して隣接する垂直電荷転送部５の電荷転送領域２４ｂから離して形成される。 As shown in FIG. 2, one high concentration region 30a is formed in the vicinity of the interface of the pixel isolation region 25a so as to be in contact with the extension region of the p-type readout region 22. The other high-concentration region 30b is formed away from the charge transfer region 24b of the adjacent vertical charge transfer unit 5 located near the interface of the pixel isolation region 25a.

画素分離領域２５〔２５ａ，２５ｂ〕の不純物濃度は、イオン注入量に換算して例えば通常の画素分離領域を形成する場合の１×１０12ｃｍ-2程度とし、高濃度領域３０〔３０ａ，３０ｂ〕の不純物濃度は、イオン注入量に換算して例えば上記より１桁程高い１×１０13ｃｍ-2程度とすることができる。また、高濃度領域３０〔３０ａ，３０ｂ〕は、画素分離領域２５ａの界面表面にイオン注入することにより、形成することができる。本例のイオン注入エネルギは１００ｋｅＶ以下にして、濃度ピークがシリコン最表面になる条件を選択する。例えば、酸化膜を形成してイオン注入することで、濃度ピークをシリコン最表面もしくは表面近傍とすることができる。
本例の高濃度領域３０［３０ａ、３０ｂ］は、ごく浅い領域にボロンからなるｐ＋をイオン注入して形成することができる。高濃度領域３０［３０ａ、３０ｂ］は、スミア抑制のｐ＋層の条件として、水平方向の幅が画素分離領域２５ａの水平方向の幅の１／３以下程度となるように形成することが望ましい。
本実施の形態においては、画素分離領域２５ａの水平方向の濃度分布を、図３に示すように、フォトセンサ部３の水平方向の両端に対応する部分を他部より濃度を高くした濃度分布３０とすることにより、画素分離領域上の転送電極１７に所要の駆動電圧が印加されたとき、画素分離領域２５ａの表面ポテンシャルとして図２に示すような、両端にポテンシャルバリアが形成される表面ポテンシャル分布３２が得られる。 The impurity concentration of the pixel isolation region 25 [25a, 25b] is, for example, about 1 × 10 12 cm −2 in the case of forming a normal pixel isolation region in terms of the amount of ion implantation, and the high concentration region 30 [30a, 30b]. The impurity concentration can be set to, for example, about 1 × 10 13 cm −2 which is higher by one digit than the above in terms of ion implantation amount. The high concentration region 30 [30a, 30b] can be formed by ion implantation into the interface surface of the pixel isolation region 25a. In this example, the ion implantation energy is set to 100 keV or less, and the conditions for the concentration peak to be the silicon outermost surface are selected. For example, by forming an oxide film and performing ion implantation, the concentration peak can be set at the silicon top surface or in the vicinity of the surface.
The high concentration region 30 [30a, 30b] of this example can be formed by ion-implanting p + made of boron in a very shallow region. The high-concentration region 30 [30a, 30b] is desirably formed so that the horizontal width is about 1/3 or less of the horizontal width of the pixel isolation region 25a as a condition of the p + layer for smear suppression.
In the present embodiment, the density distribution 30 in the horizontal direction of the pixel isolation region 25a is obtained by increasing the density of the portions corresponding to both ends in the horizontal direction of the photosensor unit 3 as compared with the other parts as shown in FIG. Thus, when a required drive voltage is applied to the transfer electrode 17 on the pixel isolation region, the surface potential distribution in which potential barriers are formed at both ends as shown in FIG. 2 as the surface potential of the pixel isolation region 25a. 32 is obtained.

本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子によれば、画素を微細化、高密度化しても垂直方向に隣接するフォトセンサ部３間の画素分離領域２５ａの両端側に高濃度領域３０ａ、３０ｂを形成し、この画素分離領域２５ａの濃度分布を図３に示す濃度分布３２とすることにより、垂直方向に隣接するフォトセンサ間の画素分離領域から垂直転送電極へ流れるスミア成分ｅを阻止することができる。
つまり、画素分離領域の両端にｐ＋高濃度領域３０ａ、３０ｂを設け、フォトセンサからみた濃度勾配を垂直レジスタが高くなるような濃度勾配とし、スミア電荷を混入しにくくする工夫なので効果的である。 According to the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment, the high-concentration regions 30a and 30b are provided on both ends of the pixel separation region 25a between the photosensor portions 3 adjacent in the vertical direction even if the pixels are miniaturized and densified. By forming the density distribution of the pixel isolation region 25a as the density distribution 32 shown in FIG. 3, the smear component e flowing from the pixel isolation region between the photosensors adjacent in the vertical direction to the vertical transfer electrode can be prevented. it can.
In other words, p + high-concentration regions 30a and 30b are provided at both ends of the pixel isolation region, and the concentration gradient seen from the photosensor is set to a concentration gradient that increases the vertical register, so that smear charges are not easily mixed.

本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子は、ＩＳＩＴ（インターレース・スキャナー・インターライン・トランスファ）型イメージセンサ、ＩＴ（インターライン・トランスファ）型イメージセンサ、ＦＩＴ（フレーム・インターライン・トランスファ）型イメージセンサ等にも適用することができる。さらに、サブストレイト基板としてｎ型半導体基板を用いて説明したが、適宜基板の構造は変えることができ、高濃度領域のイオンも適宜にイオン種を変更し、また濃度変更等を行うことができる。 The CCD solid-state imaging device according to the present embodiment includes an ISIT (interlaced scanner interline transfer) type image sensor, an IT (interline transfer) type image sensor, and a FIT (frame interline transfer) type image sensor. The present invention can also be applied. Furthermore, although an n-type semiconductor substrate has been described as the substrate, the structure of the substrate can be changed as appropriate, and ions in the high-concentration region can also be changed appropriately and the concentration can be changed. .

本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the solid-state image sensor which concerns on this invention. 図１をＡ−Ａ線で切断した要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part which cut | disconnected FIG. 1 by the AA line. 図２のＰ−Ｑ間の不純物濃度分布図である。FIG. 3 is an impurity concentration distribution diagram between PQ in FIG. 2. ＣＣＤ固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a CCD solid-state image sensor. 図１をＢ−Ｂ線で切断した要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part which cut | disconnected FIG. 1 by the BB line. 従来の固体撮像素子のスミア成分を示す構成図である。It is a block diagram which shows the smear component of the conventional solid-state image sensor. 従来の画素分離領域の表面ポテンシャル分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface potential distribution of the conventional pixel separation area | region.

符号の説明Explanation of symbols

１・・固体撮像素子、２・・単位画素セル、３・・フォトセンサ部、４・・読み出し部、５・・垂直電荷転送部、６・・水平電荷転送部、７・・画素分離部、１０・・出力回路、１１・・ｎ型サブストレイト、１２・・第１のｐ型ウェル領域、１３・・低不純物濃度領域、１４・・フォトダイオード、１５・・電荷蓄積領域、１６・・絶縁膜、１７・・垂直転送電極、１８・・層間絶縁膜、１９・・遮光膜、２０・・半導体基板、２２・・読み出し領域、２３・・第２のｐ型ウェル領域、２４・・ｎ型の電荷転送領域、２５・・ｐ型の画素分離領域、３０・・高濃度領域、３２・・濃度分布、３４・・開口、
１０２・・単位画素セル、１０３・・フォトセンサ部、１０４・・読み出し部、１０５・・垂直電荷転送部、１０６・・水平電荷転送部、１０７・・画素分離部、１１０・・出力回路、１１１・・ｎ型サブストレイト、１１２・・第１のｐ型ウェル領域、１１３・・低不純物濃度領域、１１４・・フォトダイオード、１１５・・電荷蓄積領域、１１６・・絶縁膜、１１７・・垂直転送電極、１１８・・層間絶縁膜、１１９・・遮光膜、１２０・・半導体基板、１２２・・読み出し領域、１２３・・第２のｐ型ウェル領域、１２４・・ｎ型の電荷転送領域、１２５・・ｐ型の画素分離領域、１３４・・開口 1 .... Solid-state imaging device 2 .... Unit pixel cell 3 .... Photo sensor part 4 .... Reading part 5 .... Vertical charge transfer part 6 .... Horizontal charge transfer part 7 ... Pixel separation part 10..Output circuit, 11..n-type substrate, 12..first p-type well region, 13..low impurity concentration region, 14..photodiode, 15..charge storage region, 16..insulation Film, 17 ... vertical transfer electrode, 18 ... interlayer insulating film, 19 ... light shielding film, 20 ... semiconductor substrate, 22 ... readout region, 23 ... second p-type well region, 24 ... n-type Charge transfer region, 25... P-type pixel isolation region, 30... High concentration region, 32... Density distribution, 34.
102... Unit pixel cell 103... Photosensor unit 104.. Readout unit 105.. Vertical charge transfer unit 106.. Horizontal charge transfer unit 107 107 Pixel separation unit 110 Output circuit 111 ..N-type substrate 112 ..first p-type well region 113 ..low impurity concentration region 114 ..photodiode 115 ..charge storage region 116 ..insulating film 117 ..vertical transfer Electrode 118.. Interlayer insulation film 119... Light shielding film 120... Semiconductor substrate 122... Readout region 123... Second p-type well region 124... N-type charge transfer region 125. ..P-type pixel isolation region, 134..opening

Claims

垂直方向に隣接するフォトセンサ間の画素分離領域の水平方向の濃度分布が、
フォトセンサ両端に対応する部分をフォトセンサ中央に対応する部分より高濃度にした濃度分布を有する
ことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。 The horizontal density distribution of the pixel separation region between vertically adjacent photosensors is
A CCD solid-state image pickup device having a density distribution in which a portion corresponding to both ends of the photosensor has a higher density than a portion corresponding to the center of the photosensor.

上記画素分離領域の部分が、
最表面または最表面近傍に濃度ピークを有して形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＣＣＤ固体撮像素子。 The pixel separation region portion is
The CCD solid-state imaging device according to claim 1, wherein the CCD solid-state imaging device is formed to have a concentration peak at or near the outermost surface.