CN1132252C

CN1132252C - 固体摄象器件及其制造方法

Info

Publication number: CN1132252C
Application number: CN96110466A
Authority: CN
Inventors: 石川克也; 黑田隆男; 松田祐二; 庭山雅彦; 立川景士
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: EP0746034A3; US5786607A; EP0746034A2; CN1146078A; US6046069A

Abstract

本发明提供一种具备即使将象素部微细化，也不会导致垂直CCD部的转移电荷量降低的器件构造的固体摄象器件及其制造方法。在N(100)硅衬底1上形成第1p型阱2和第2p型阱3、在第2p型阱3内形成垂直CCD n⁺层4后，在包括垂直CCD n⁺层4的上层部的N(100)硅衬底1的表面层用杂质原子(p、As)离子注入形成p^-层5，在垂直CCD n⁺层4的邻接部同时形成进行光电二极管部(8、9)与垂直CCD n⁺层4隔离的隔离部(5a)以及控制从垂直CCD n⁺层4的电荷读出的读出控制部5b。

Description

固体摄象器件及其制造方法

本发明涉及固体摄象器件及其制造方法，特别涉及象素变得微细时不会引起转移电荷量下降的固体摄象器件及其制造方法。

图10是表示作为现有摄象机等固体摄象器件所使用CCD固体摄象器件的一个象素部的光电二极管部(将光通过光电变换作为电荷存贮的部分)和垂直CCD部的结构剖面图。图中，在N(100)硅衬底1上形成第1p-型阱2，在第1p-型阱2内再形成第2p-型阱3和光电二极管n层8。在上述第2p-型阱3内形成垂直CCD n⁺层4，在上述光电二极管n层8内形成埋入光电二极管p⁺层9。上述第1p-型阱2(第2p-型阱3)内与上述垂直CCD n⁺层4邻接的一侧区域；形成担负从光电二极管n层8向垂直CCD n⁺层4电荷读出控制的p^-区域16，在另一侧区域形成担负上述垂直CCD n⁺层4和其邻接的光电二极管n层8之间电隔离的p⁺区域15。而且，在n型硅衬底1表面形成了栅绝缘膜6，在覆盖栅绝缘膜6的垂直CCD部(第2p-型阱3、垂直CCD n⁺层4)的部分表面形成多晶硅电极7。在这里，光电二极管p⁺埋层9是作为对付暗电流的措施而形成的，多晶硅电极7如将来自垂直CCD部的光电二极管部的电荷读出，则有将所读出电荷转移两个方向控制的电极，即起读出并作为转移电极作用。又，为使垂直CCD n⁺层4达到高效率转移电荷，通常，采用砷和磷双注入方法而形成。还有，此图6表示形成多晶硅电极7为止的状态，通常，形成了多晶硅电极之后，还要形成未图示的层间绝缘膜和遮光膜。

图11是表示上述图10所示现有固体摄象器件象素部的垂直CCD n⁺层(也叫做垂直CCD n⁺区域)4和其周围区域的杂质扩散情况的示意图。如此图11所示，在上图10所示的现有固体摄象器件中，邻接垂直CCD n⁺区域4形成p^-区域16和p⁺区域15区域时，来自p^-区域16和p⁺区域15的p型杂质会扩散到垂直CCD n⁺区域4，而垂直CCD n⁺区域4的n型杂质也会扩散到p^-区域16和p⁺区域15。因此，实际上与图中A-B线对应，从A侧看就变成为形成了真正的p⁺区域15、p⁺区域15和垂直CCD n⁺区域4重叠的杂质扩散区域4a、真正的垂直CCD n⁺区域4、垂直CCD n⁺区域4和p^-区域16重叠的杂质扩散区域4b以及真正的p^-区域16。

而且按图23的另一种现有技术，示出了CCD固体摄象器件的一个象素部分的剖面结构形式图。例p型区域206连接在光电二极管n型区域209与作为CCD转移通道的n型区域204之间，有选择地形成于n型半导体衬底201内的p型阱202表面。p型区域207靠近在与p型区域206不相接的内端，接到n型区域204，为使和n型区域209之间连接，被选择地形成于p型阱202的表面。p型区域283，在p型阱202的内部，位于n型区域204的正下方，由用于隔离的p型区域206和用于读出驱动电压控制的p型区域207包围n型区域204而形成。在这里，信号电荷非读出侧区域用虚线区域283表示，信号电荷读出侧区域用虚线285表示。

在上述的现有CCD固体摄象器件制造方法中，为了很适合于读出驱动电压、灵敏度、拖尾、饱和特性等，把光刻胶作为掩膜在p型阱202的预定区域离子注入硼，形成p型区域283。此后，再次涂布光刻胶、曝光、显影并形成掩膜，又形了CCD转移通道的n型区域204。

在民用和专业用的摄象机中广泛使用的CCD固体摄象器件中，随着摄象机的小型化、HDTV用高精度微细化的进展和多媒体应用的全象素CCD出现，使每单位象素的面积日渐缩小。因此，为不使D波段、转移效率、灵敏度、拖尾、余象等特性劣化，要将CCD和光电二极管微细化。为实现微细化，采取高加速度离子注入法、低温热处理法来形成杂质区域的方法乃是有力措施。因此，可以抑制来自各个n型或p型区域的杂质在不希望有的区域进行不必要的扩散，而又能在微小区域以所希望的深度，形成所要求浓度的杂质区域。然而，在现有的CCD转移通道的n型区域204的正下方形成p型区域283之构成中，由于在CCD转移通道204和光电二极管209的近傍形成了局部高浓度p型区域，这就发生了种种问题。

首先，用图14和15说明有关读出驱动电压的劣化问题。图14是用现有例的信号读出一侧区域285的放大剖面图。区域233表示CCD转移通道204正下方的p型区域。作为位置237端头的p型区域233是与图23的现有例的p型区域283相同的。点划线236是从光电二极管209向CCD转移通道形成信号读出的通道。其他标号表示的区域，则是图23现有例的CCD固体摄象器件一个象素部的剖面结构模式图。

在图15中示出了现有技术的信号电荷转移方向垂直，并且通过CCD转移通道正中，沿n型半导体衬底201深度方向284的杂质分布曲线。实线241是杂质分布曲线。浓度242表示p型区域283的峰值浓度。宽度243表示p型区域283的区域厚度。

如一维杂质分布241所示，p型区域283以高浓度局部分布。例如，形成硼剂量为2.0×10¹²cm^-2时，峰值浓度约3.8×10¹⁶cm^-3，其区域厚度243约为0.7μm。因而，信号读出时，随栅电极208电压上升，由于妨碍了自CCD转移通道204来自耗尽层扩大，难以形成自光电二极管209向CCD转移通道204的信号读出通道236。因此，造成读出驱动电压升高，发生余象。

进而在读出侧285拖尾特性劣化也是个大问题。又，在现有的制造方法中，由于分别用掩膜形成CCD转移通道204和p型区域283，所以一定会有掩膜重合误差。因而产生由掩膜重合误差引起的读出驱动电压、拖尾、饱和特性的改变。

如上所述，在上述的现有技术中，为使象素微细化如缩小垂直CCD n⁺区域4的面积，则上述p^-区域16和p⁺区域15与垂直CCDn⁺区域4间的杂质相互扩散，即杂质扩散区域4a和杂质扩散区域4b对垂直CCD部(垂直CCD n⁺区域4)的中部电位的影响，降低耗尽层电压而造成有效通道体积减小，其结果，降低了垂直CCD部分的饱和电荷容量，就有减少垂直CCD部的转移电荷量的问题。进而发生读出驱动电压、拖尾、饱和特性改变的问题。

本发明是为解决上述问题，本发明的第1个目的是提供一种具有即使将象素部分微细化，也不会导致垂直CCD部转移电荷量降低的器件结构的固体摄象器件及其制造方法。

本发明的第2个目的是提供一种具有较低读出驱动电压、减小拖影(模糊光)和高饱和特性的固体摄象器件及其制造方法。

为达到上述目的，本发明的第1种固体摄象器件是，在半导体衬底上形成按阵列配置多个象素部和隔离部的固体摄象器件，象素部具有光电二极管部、将上述光电二极管部所存储的电荷读出并进行转移的垂直转移部以及在上述光电二极管部与垂直转移部之间进行上述电荷读出控制的读出控制部，而隔离部进行上述多个象素部两邻接象素间的上述光电二极管部与上述垂直转移部的隔离，其特征是：在上述衬底表面层的上述垂直转移部的形成区域和包括其周边区域的衬底区域上，形成掺杂与构成上述垂直转移部的杂质原子相反导电型的杂质原子的低浓度杂质层，与上述低浓度杂质层的上述垂直转移部的一侧邻接的部分形成上述隔离部，而与另一侧邻接的部分则形成上述读出控制部。

在所述固体摄象器件中，构成所述垂直转移部的杂质原子最好至少有从磷和砷中选择的一种。

上述固体摄象器件中，还最好包括半导体衬底表面上选择形成的n型扩散层，和位于上述半导体衬底的n型扩散层的正下方，至少其中一端变成与上述n型扩散层的端部位置相等方式形成的p型扩散层。

又，上述固体摄象器件中，还最好包括半导体衬底表面上选择形成的n型扩散层，和位于上述半导体衬底的n型扩散层的正下方，两端都变成与上述n型扩散层的两端位置相等方式形成的p型扩散层。

又，上述固体摄象器件中，进而最好包括半导体衬底表面上选择形成的n型扩散层、位于上述半导体衬底的n型扩散层的正下方，两端都变成与上述n型扩散层的两端位置相等方式形成的p型扩散层以及在上述n型半导体表面的上述n型扩散层的两端分别形成的第1p型扩散层、第2p型扩散层，用它包围上述n型扩散层而形成。

又，上述固体摄象器件中，进而最好包括半导体衬底表面上选择形成的n型扩散层，位于上述半导体衬底的n型扩散层的正下方，至少一端而变成与上述n型扩散层的端部位置相等方式形成的p型扩散层、以及半导体衬底上形成的p型阱内的上述半导体衬底深部选择形成的光电变换部的n型扩散层。

其次，本发明的第2种固体摄象装置具有在半导体衬底表面选择形成的n型扩散层、以及位于上述半导体衬底的n型扩散层的正下方，至少其中一端与上述n型扩散层的端部位置变成相同方式形成的p型扩散层。

上述装置中，最好使p型扩散层的两端实质上与n型扩散层的两端位置成为相等的方式形成。

又，上述装置中，最好具有用在n型半导体衬底表面的n型扩散层的两端部分分别形成的第1p型扩散层和第2p型扩散层包围上述n型扩散层方式而形成上述p型扩散层。

又上述装置中，进一步可以包括半导体衬底上形成的p型阱内的半导体衬底深部，选择形成了光电变换部的n型扩散层。

又上述装置中，构成上述垂直转移部的杂质原子最好选自磷和砷的至少一种原子。

接着，本发明的第1种固体摄象器件的制造方法，它是在半导体衬底上，形成阵列状配置光电二极管部、用于读出并转移上述光电二极管所存储的电荷的垂直转移部、以及在上述光电二极管部与垂直转移部之间具有进行上述电荷的读出控制的读出控制部的多个象素部，并且形成进行上述多个象素部的邻接两个象素部间的上述光电二极管部与上述垂直转移部的隔离的隔离部的固体摄象器件制造方法，其特征是，在上述半导体衬底的预定区域形成上述垂直转移部后，将与构成上述垂直转移部的杂质原子相反导电型的杂质原子，离子注入到上述半导体衬底的表面层的至少一部分中，并同时，在上述垂直转移部的两侧邻接部，形成上述隔离部和上述读出控制部。

上述方法中，离子注入半导体衬底的表面层部分最好是垂直转移部的形成区域和包括其周边区域的衬底区域选择的部分。

而且上述方法中，离子注入半导体衬底的表面层的部分也最好是整个半导体衬底的表面层。

而且上述方法中，可以是通过进行在上述半导体衬底的第1衬底区域注入砷的第1工艺、在比上述第1衬底区域内的上述第1衬底区域还要狭的宽度的第2衬底区域注入磷的第2工艺，此后，对上述衬底进行退火，将上述垂直转移部形成于上述半导体衬底的预定区域内。

而且上述方法中，最好从这些上述半导体衬底表面往里的深度比从上述光电二极管部的pn结的上述半导体衬底表面往里的深度要小的方式形成上述隔离部和上述读出控制部。

而且上述方法中，最好有在半导体衬底内的预定区域形成注入掩模的工艺、利用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、以及使用上述注入掩膜在上述半导体衬底表面侧形成第1n型区域的工艺步骤。

而且上述方法中，最好有在半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第一n型区域的工艺、形成栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成转移栅电极的工艺、以及在上述半导体衬底内的预定区域内形成第二n型扩散层的工艺步骤。

而且上述方法中，第一n型区域最好是CCD转移通道，而第二n型区域最好是进行光电变换的光电二极管。

而且上述方法中，还最好具有：在半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域将形成p型区域的离子杂质，用100Kev以上，600Kev以下的加速能量进行离子注入的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧将形成第一n型区域的原子或者离子杂质导入的工艺、形成栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成转移栅电极的工艺、以及在上述半导体衬底内的预定区域中将形成第二n型区域的原子或者离子杂质导入的工艺步骤。

而且上述方法中，最好具有：在半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域将形成p型区域的原子或者离子杂质导入的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧将形成第一n型区域的原子、或者离子杂质导入的工艺、形成栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成转移栅电极的工艺、以及在上述半导体内的预定区域将形成第二n型区域的离子杂质，用200Kev以上、1.2Mev以下的加速能量进行离子注入的工艺步骤。

而且上述方法中，最好通过使光刻胶曝光形成注入掩膜。

接着，在本发明的第2种的固体摄象装置的制造方法中，其特征是具有：在半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、以及使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第一n型区域的工艺步骤。

接着，在本发明的第3种的固体摄象装置的制造方法中，其特征是具有：在半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第一n型区域的工艺、形成栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成转移栅电极的工艺、在上述半导体衬底内的预定区域形成第二n型扩散层的工艺步骤。

上述方法中，第一n型区域是CCD转移通道，第二n型区域是进行光电变换的光电二极管，这是令人满意的。

而且上述方法中，还最好包括：使用注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺是用100KeV以上，600Kev以下的加速能量离子注入离子杂质的方法、并且使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧将形成第一n型区域的原子或者离子杂质导入的工艺、形成栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成转移栅电极的工艺、以及在上述半导体衬底内的预定区域将形成第二n型区域的原子或者离子杂质进行导入的工艺步骤。

而且上述方法中，用注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺是导入原子或者离子杂质的方法、用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第一n型区域的工艺是导入原子-离子杂质的方法、在上述半导体衬底内的预定区域形成第二n型区域的工艺是用200Kev以上，1.2Mev以下的加速能量离子注入离子杂质的方法是令人满意的。

而且上述方法中，第一n型区域为CCD转移通道是令人满意的。

而且上述方法中，第二n型区域为进行光电变换的光电二极管是令人满意的。

根据上述本发明的第1种固体摄象器件，因在通过进行电荷读出控制的读出控制部和进行垂直转移部与光电二极管部的隔离的隔离部的垂直转移部的杂质(原子)扩散状态中给予的影响变小了，即使将象素部(垂直转移部)进行微细化，也能保持垂直转移部边缘区域的杂质(原子)浓度变化很陡，其结果，由于狭通道效应一面使耗尽化电压降低，一面可防止有效通道体积减小，从而能够防止垂直转移部的饱和电荷容量下降。

并且，作为上述本发明的装置的理想的例子，如果构成上述垂直转移部的杂质原子为磷和砷或者磷本身，就能有效提高转移效率。

并且，根据上述本发明的第2种固体摄象装置，由于具有在半导体衬底表面选择形成的n型扩散层、以及位于上述半导体衬底的上述n型扩散层的正下方，形成各端面与上述n型扩散层的两端面相等的p型扩散层，所以能够保持读出驱动电压的低电压化、拖尾的减低化和高饱和特性。

并且，作为上述本发明的装置的理想例，如果实质上在相同位置形成垂直转移部的上述n型扩散层和第2p型扩散层的各端，由掩膜对准误差决定的制造离散小，就能够制造出质量均匀的产品。

接着，根据上述的本发明固体摄象器件的第1种制造方法，不会发生垂直转移部的饱和电荷容量的降低，所以能够用比现有方法少的掩膜和工艺步骤来制造达到象素部(垂直转移部)微细化了的固体摄象器件。

还有，根据上述的本发明固体摄象器件的第2-3种制造方法，能够进一步减少制造工艺步骤，能取得制造效率的提高。

并且，作为上述方法的理想例，通过进行在上述半导体衬底的第1衬底区域注入砷的工艺、在比上述半导体衬底区域内的上述第1衬底区域宽度狭的第2衬底区域注入磷的工艺、然后，对上述衬底进行退火，通过将上述垂直转移部形成到上述半导体衬底的预定区域，使上述垂直转移部边缘区域的杂质(原子)浓度变化成为一层变化极陡的杂质浓度分布，确定更能防止由于象素部(垂直转移部)的微细化带来的垂直转移部饱和电荷容量的下降。

并且，作为上述方法的理想例，通过形成上述隔离部和上述读出控制部，形成其到上述半导体衬底表面的深度比上述光电二极管到上述半导体表面的深度，光电二极管不受上述隔离部和读出控制部影响，能够稳定地制造出器件特性良好的固体摄象器件。

并且，作为上述方法的理想例，由于具有在半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第1 n型区域的工艺步骤，能使在制造工艺中的注入掩膜对准误差引起的特性变动不会发生，还能降低制造成本。

图1是表示本发明实施例1的CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管与垂直CCD部的构成剖面图。

图2A-D是表示图1所示CCD固体摄象器件的制造工艺的各工艺剖面图。

图3是表示本发明实施例2的CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管部和垂直CCD部的构成剖面图。

图4A-D是表示图3所示CCD固体摄象器件的制造工艺的各工艺剖面图。

图5是表示本发明实施例3的CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管部和垂直CCD部的构成剖面图。

图6A-D是图5所示CCD固体摄象器件的制造工艺的各工艺剖面图。

图7是表示图1所示CCD固体摄象器件象素部的垂直CCD n⁺区域及其周边区域的杂质扩散状态的示意图。

图8是表示图5所示CCD固体摄象器件象素部的垂直CCD n⁺区域及其周边区域的杂质扩散状态示意图。

图9是表示本发明实施例1-3的CCD固体摄象器件和现有CCD固体摄象器件的垂直CCD n⁺区域及其周边区域的杂质浓度分布图。

图10是表示现有CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管部与垂直CCD部的构成剖面图。

图11是表示图10所示CCD固体摄象器件象素部的垂直CCD n⁺区域及其周边区域的杂质扩散状态示意图。

图12是本发明实施例4的CCD固体摄象器件一个象素部的剖面构造模式图。

图13是本发明实施例5 CCD固体摄象器件工艺顺序剖面模式图。

图14是为比较本发明实施例4与现有技术的信号读出侧区域作用的放大剖面图。

图15是相对于现有技术的信号电荷转移方向垂直、且通过CCD转移通道正中央，沿n型半导体衬底深度方向的杂质分布图。

图16是为比较本发明实施例4与现有技术的非读出侧区域的放大剖面图。

图17是由现有技术的非读出侧区域的现有例的3维光电器件模拟得出的电位分布图和拖尾扩散电流的模式图。

图18是由本发明实施例4的非读出侧区域的三维光电器件模拟得出的电位分布图和拖尾扩散电流的模式图。

图19是表示本发明实施例6 CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管部与垂直CCD部的构成剖面图。

图20A-D是表示图19所示实施例6 CCD固体摄象器件制造工艺的各工艺剖面图。

图21是表示本发明实施例7的CCD固体摄象器件的构成剖面图。

图22A-D是表示图21所示实施例7的CCD固体摄象器件的制造工艺的各工艺剖面图。

图23是另一个现有技术CCD固体摄象器件一个象素部的剖面构造模式图。

以下，进一步用实施例具体说明本发明。(实施例1)

图1是表示本发明实施例1 CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管与垂直CCD的构成部面图。图1中，用与图9同一标号表示相同或相当的部分，5是担负垂直CCD n⁺部4与光电二极管n层8之间的电隔离和从光电二极管n层8向垂直CCD n⁺部4的电荷读出控制的p^-层，在N(100)硅衬底1上层部分上形成包括第2p型阱3和垂直CCD n⁺层4的一部分。5a是进行上述p^-层5之内的垂直CCD n⁺部4与光电二极管n层8间电隔离的部分(隔离部分)、5b是进行从上述p^-层5之内光电二极管n层8向垂直CCD n⁺部4的电荷读出控制的部分(读出控制部)。还有，在此，如上述那样，所形成的p^-层5包括第2p型阱3的一部分，但也可形成p^-层5不包括第2p型阱3的一部分，图2A～D是表示上述图1所示的本实施例CCD固体摄象器件制造工艺的各工艺剖面图。图2A～D中，用同一标号表示与图1相同或相当的部分。以下按照该图2A～D说明制造工艺。

首先，如图2A所示，在N(100)硅衬底1上形成第1p型阱(载流子浓度：10¹⁴～10¹⁵cm^-3)2和第2p型阱(载流子浓度：10¹⁵～10¹⁵cm-3)3之后，在上述第2p型阱3内形成垂直CCD n⁺区域(载流子浓度：10¹⁶～10¹⁷cm^-3)4。接着如图2B所示，衬底1表面形成光刻胶图10形后，以此光刻胶图形10作为掩膜，在应形成衬底1的光电二极管区域以外的包括上述垂直CCD n⁺部4和第2p阱型3的上层部的区域，注入硼剂量约为5×10¹¹m^-2，形成p^-层(载流子浓度：约10¹⁶cm^-3)。接着，如图2C所示，例如形成由SiO₂构成的栅绝缘膜6后，在此栅绝缘膜6上淀积多晶硅，用干蚀刻法形成读出兼做转移电极的多晶硅电极7。接着，如图2D所示，将上述多晶硅电极7作为掩膜，通过离子注入法自对准地形成埋入光电二极管n层(载流子浓度：5×10¹⁵～5×10¹⁶cm^-3)8和埋入光电二极管p⁺层(载流子浓度：10¹⁷～10²⁰cm^-3)9后，根据必要形成未图示的层间绝缘膜和遮光膜，于是完成了CCD固体摄象器件。在此，为用一次离子注入工艺形成p^-层5，所以不能形成与现有器件隔离用p⁺层15相等载流子浓度的隔离区域，但是经过缩小多晶硅电极7和隔离区域的重叠尺寸，或者通过扩大光电二极管n层8与垂直CCD n⁺层4间的距离，可以进行垂直CCD n⁺层4与光电二极管层8间的电隔离。还有，上述各层的载流子浓度是在器件完成时，即杂质原子掺杂后，经过使衬底退火成为已扩散的状态浓度。

接着，根据本实施例CCD固体摄象器件的器件构造，说明有关能够抑制将象素微细化时垂直CCD部转移电荷量下降的理由。图7是表示上述图1所示本实施例CCD固体摄象器件象素部的垂直CCD n⁺区域4及其周边区域的杂质扩散状态的示意图。图9是表示上述图10所示现有CCD固体摄象器件的图11中用A-B线划定区域的杂质浓度分布曲线、本实施例CCD固体摄象器件的用图7中A′-B′线划定区域的杂质浓度分布曲线以及下述的图5示出的实施例3 CCD固体摄象器件的用图8中A″-B″线划定区域的杂质浓度分布曲线图。

由图9可知，现有的器件(图中实线)中，垂直CCD部(垂直CCD n⁺区域4)的边缘区域周边的杂质浓度变化非常缓慢，而且，隔离区域(p⁺层15)，和读出区域(p^-区域16)的杂质浓度方面不同，并且图11中的A点和B点附近的杂质浓度变化的斜率也出现差别。

对于此，在本实施例器件(图中虚线)中，垂直CCD部(垂直CCD n⁺区域4)的边缘区域周边的杂质浓度变化则很陡。通常，杂质浓度与电位电压变化具有对应关系。因此，现有的器件中垂直CCD部边缘区域的电位电压的变化也缓慢，由于象素部微细化形成垂直CCD部(垂直CCD n⁺区域4)微细时，就会影响垂直CCD部中央的电位电压，由于狭沟道效应，垂直CCD部的耗尽化电压降低导致有效通道体积减小。另一方面，在本实施例器件中，垂直CCD部的边缘区域周边的杂质浓度变化很陡，因而由于象素部微细化垂直CCD部的边缘区域周边的电位电压变化也变成很陡，所以通过象素微细化形成微细垂直CCD部(垂直CCD n⁺区域4)时，垂直CCD部中央的电位电压难以受到影响。亦即，狭沟道效应的影响比现有垂直CCD部也变得缓和了，也能比现有构造减轻垂直CCD部耗尽化电压降低和有效通道体积的减小。因此，本实施例的器件中，能够防止由于象素部微细化而引起的垂直CCD部(垂直CCD n⁺区域4)转移电荷量的下降。(实施例2)

图3是表示根据本发明实施例2的CCD固体摄象器件构成剖面图。图3中，同一标号表示与图1相同或相当的部分，标号5′担负垂直CCD n⁺部4与光电二极管n层8之间电隔离，和从光电二极管n层8向垂直CCD n⁺部4的电荷读出控制的p^-层。本实施例的固体摄象器件是通过对整个晶片(N(100)硅衬底1)进行硼离子注入而形成p^-层5′的。

图4A-D是表示上述图3所示本实施例CCD固体摄象器件制造工艺的各工艺剖面图，图4A-D中，同一标号表示与图1相同或相当的部分。以下按照图4说明制造工艺。

首先，如图4A所示，与实施例1一样，在N(100)硅衬底1上形成第1p型阱2和第2p型阱3后，在上述第2p型阱3内形成垂直CCD n⁺部4。接着，如图4B所示，在整个N(100)硅衬底1表面用剂量约5×10¹¹m^-2硼离子进行注入，形成p^-层5′。接着，如图4C所示，例如形成由SiO₂构成的栅绝缘膜6后，再在此栅绝缘膜6上淀积多晶硅，用干蚀刻法形成读出兼做转移电极的多晶硅电极7。接着，如图4D所示，将上述多晶硅电极7作为掩膜用离子注入法自对准地形成埋入光电二极管n层8和埋入光电二极管p⁺层9，此后，按必要形成未图示出的层间绝缘膜和遮光膜，从而完成了CCD固体摄象器件。还有，以上的工艺中，器件形成工艺结束时(图4D)，形成p^-层5′之际的离子注入工艺的加速能量设定为将此p^-层5′埋入到埋入光电二极管p⁺层9那样的加速能量。假设形成p^-层5′之际的离子注入工艺的加速能量以比埋入光电二极管p⁺层9深的位置形成上述p^-层5时，则要将埋入光电二极管n层8形成时的杂质原子剂量增大，也对光电二极管部的p^-层5′没有影响。

这样在本实施例中，就不是选择性地形成担负垂直CCD n⁺部4和光电二极管n层8之间的电隔离以及自光电二极管n层8向垂直CCD n⁺部4的电荷读出控制的p^-层5，而是在整个N(100)硅衬底1表面上形成，所以没有形成上述实施例1那样的光刻胶掩膜(光刻胶图形10)的必要。与上述实施例1相比较，可以简化制造工艺。(实施例3)

图5是表示根据本发明实施例3的CCD固体摄象器件的构成剖面图。在图5中，同一标号表示与图3相同的或相当的部分，标号12为垂直CCD砷注入层，标号14为垂直CCD磷注入层。图6A-D是表示上述图5所示本实施例CCD固体摄象器件的制造工艺的各工艺剖面图。图6A-D中，同一标号表示与图5相同或相当的部分，而标号11、13为光刻胶图形。以下按照图6A-D，说明制造工艺。

首先，如图6A所示，在N(100)硅衬底1上形成第1p型阱2和第2p型阱3后，在衬底1表面形成光刻胶图形11，以此光刻胶图形作为掩膜将砷原子离子注入上述第2p型阱3内，形成作为垂直CCD n⁺层4一个构成要素的垂直CCD砷注入层12。接着除去光刻胶图形11后，如图6B所示，衬底1表面形成新的光刻胶图形13，以此光刻胶图形13作为掩膜将磷原子离子注入到上述砷注入层12的内侧，并形成作为垂直CCD n⁺层4的另一构成要素的垂直CCD磷注入层14。接着，如图6C所示，对整个衬底1，以剂量约5×10¹¹m^-2注入硼并形成p^-区域5′。接着如图6D所示，例如形成由SiO₂构成的栅绝缘膜6后，在此栅绝缘膜6上淀积多晶硅，使用干式蚀刻法形成读出作为兼做转移电极的多晶硅电极7，此后，以多晶硅电极7作为掩膜通过离子注入用自对准法形成埋入光电二极管n层8和埋入光电二极管p⁺层9。进而，根据需要形成未图示的层间绝缘膜和遮光膜，从而完成CCD固体摄象器件。还有，在以上工艺中，这样设定垂直CCD磷注入层14的最初注入的注入区域，使最初注入形成于垂直CCD砷注入层12的内侧，然而器件形成工艺结束时(图6C)，即，衬底退火后，其边缘与垂直CCD砷注入层12的边缘重合。而且，与上述实施例2相同，使形成p^-层5′之际的离子注入工艺的加速能量，在器件形成工艺结束时(图6D)，设定为将此p^-层5′埋入到埋入光电二极管p⁺层9中那样的加速能量。如果形成p^-层5′之际的离子注入工艺的加速能量使形成p^-层5′比埋入光电二极管p⁺层9位置深的情况，则形成埋入光电二极管n层8时的杂质原子剂量要增大，就不会影响光电二极管的p^-层5′。

接着，通过本实施例CCD固体摄象器件的器件构造来说明能够防止将象素部微细化时垂直CCD部的转移电荷量降低的理由。图8是表示本实施例CCD固体摄象器件的象素部的垂直CCD n⁺区域4(垂直CCD磷注入层14和垂直CCD砷注入层12)及其周边区域的杂质扩散状态的示意图。本实施例的器件，根据与上述实施例1、2起同样作用，使垂直CCD部边缘区域的电位电压变化变得很陡，不会导致垂直CCD部耗尽化电压降低和有效通道体积减小，既能防止转移电荷量下降，同时还可得到良好的转移效率。而且，在本实施例中，其热扩散系数使比砷原子热扩散系数大的磷原子注入区域(垂直CCD磷注入层14)比砷原子的注入区域(垂直CCD砷注入层12)狭，衬底退火后因各个边缘在同一位置变成重叠，并形成垂直CCD n⁺区域4，所以只使用砷原子和磷原子作为垂直CCD n⁺区域4边缘的杂质形成垂直CCD n⁺区域4。也就是，不需考虑砷原子和磷原子的热扩散系数不同，将砷原子和磷原子注入到同一衬底区域中并形成垂直CCD n⁺区域4。将其与上述实施例1、2器件的垂直CCD n⁺区域4相比较，可以保持较宽。从而垂直CCD部边缘区域的周边杂质浓度的变化变得更陡，与上述实施例1、2的器件比较，可以以更高程度防止垂直CCD部耗尽化电压降低和有效通道体积减小，能可靠地防止因象素部(垂直转移部)的细微化而产生的垂直转移部饱和电荷容量下降。

还有，在上述实施例1～3中，用硼作为形成p^-层5，5′时的p型杂质原子，然而在本发明，不言而喻也可以使用除硼以外的铝、镓等其它p型杂质原子。

而且，在上述实施例1～3中，形成为垂直CCD部后形成p^-层5、5′，然而本发明即使以相反的顺序形成p^-层5、5′，也能得到同样的效果。

而且，在上述实施例1～3中，垂直CCD部和p^-层5、5′是在形成栅绝缘膜前用离子注入法形成，但即使在形成栅绝缘膜之后形成也能得到同样的效果。

还有，在上述实施例1～3中，使用n型半导体衬底，说明垂直CCD区域由n⁺区域构成的固体摄象器件，但本发明不言而喻也能适用于用p型半导体衬底的与上述实施例1～3固体摄象器件导电型相反的固体摄象器件。(实施例4)

图12表示本发明一个实施的形式的CCD固体摄象器件的一个象素部剖面构造模式图。图12中，在n型半导体衬底201上形成低浓度p型阱202。为了抑制模糊现象，将p型阱202设定为约1×10¹⁶cm^-3以下的浓度。采用设定于此浓度，n型Si衬底201上可施加电压为15V以下，而且可以把电子光闸一时的纵向抽去电压做成低于20V。光电二极管是选择地形成于p型阱202深处的n型区域209。为了不产生暗电流，在n型光电二极管区域209上部的n型半导体衬底201表面有选择地形成了高浓p型区域210。CCD转移通道是在p型阱的n型半导体衬底201表面上有选择地形成的n型区域204。用于隔离的p型区域206，以连接光电二极管的n型区域209与n型区域204之间的方式，选择性地形成在p型阱202的表面部位。与n型区域204连接的p型区域206所形成的区域是信号电荷非读出侧。用实线区域216表示信号电荷非读出侧区域。用于隔离和读出驱动电压控制的p型区域207，以连结在没有与p型区域206连接的端头连接到n型区域204与n型区域209之间的方式，而选择性地形成在p-型阱202的表面部位。与n型区域204连接的p型区域207所形成的区域就是信号电荷读出侧。用实线215表示信号电荷读出侧区域。p型区域203在p型阱202的内部且位于CCD转移通道n型区域204的正下方，其两端与n型区域204的两端位置相同，并以p型区域206放p型区域207包围n型区域204的方式而形成。p型区域203又是使n型CCD转移通道204与n型半导体衬底201隔离的区域。加上由于将p型区域203的两端做成与n型区域203的两端位置相等，使信号读出通道的厚度扩大，所以p型区域204也是使读出驱动电压降低的区域。而且，使光电二极管和衬底的耗尽层扩大并由于CCD转移通道吸收的拖尾电荷流到光电二极管和衬底，因而也是兼用使拖尾特性提高的区域。用为表面覆膜的栅绝缘膜205形成在n型半导体衬底201表面。在此表面上的一定区域形成栅电极208。进而其上，整个衬底上形成绝缘膜211。另外，为了不发生光入射到光电二极管以外区域的拖尾现象而设置了遮光膜212。遮光膜212可使用铝(Al)膜或遮光性更好的高熔点金属钛(Ti)、硅化钨(WSi)和钨(W)膜。进而全面形成保护膜。标号214表示与信号电荷转移方向垂直且通过CCD转移通道正中央的n型半导体衬底201的深度方向。

就如上构成的CCD固体摄象装置来说，下面示出其特性提高的原理。

开始，用图14，说明有关信号读出侧区域造成的读出驱动电压降低，饱和特性维持问题。图14示出了本实施例的信号读出侧215的放大剖面图。区域233表示CCD转移通道204正下方的p型区域。位置239、238、237分别表示区域233的端面位置。例如，若信号读出侧区域的p型区域233端面位置为位置238，则与本实施形式的p型区域203相同。又，若为位置237，则与现有例的p型区域相同。自光电二极管209到CCD转移通道204的点划线236就是信号读出通道。现有例的信号读出通道厚度表示为实线234，本实施例的信号读出通道厚度表示为实线235。高浓度p型区域210与p型区域233施加了0V电压，为方便说明，信号读出通道236形成时其厚度，将高浓度区域210和p型区域233的n型半导体衬底201深度方向的中点各自形成之间连结作为表示模式。图14的其他标号表示的构造区域也都与图12表示的相同。

信号读出时，从光电二极管209向垂直CCD转移通道204，形成信号读出通道236。与读出驱动电压有关的信号读出效率以下式表示：

信号读出效率α1/[(通道长)×(通道宽度)×(通道厚度)]

当在p型区域233端部位置237的情况下，信号电荷读出通道236形成于实线234之间，它变成通道厚度。当在p型区域233的端部位置238(与本实施例的p型区域203相同)的情况下，则通道的厚度成为实线235。从三平分定理考虑，由于将p型区域233的端部从位置237向位置238移动，从实线234扩大为实线235。因此，提高了信号读出效率并可以使读出驱动电压降低。如果将p型区域移动到位置239，与上述同样能扩大通道厚度，进而可以使读出驱动电压降低。但是，在另一方面，因变成了不能用p型区域207和p型区域233包围CCD转移通道204，变成不能隔离CCD转移通道204与n型半导体衬底201，造成作为CCD的工作不好。

另外，如果从p型区域233的端部位置237移动到位置238(与本实施例的p型区域203相同)，则使读出前的CCD转移通道204与光电二极管209的隔离变差，容易引起穿通，但通过调整p型区域207的宽度、信号读出侧215的CCD转移通道204与光电二极管之间的距离，仍可防止穿通并能保持器件高度饱和状态。由于p型区域207浓度不变，也就不会引起读出驱动电压增大。

接着，使用图16、图17、图18和表1说明有关信号非读出侧区域造成的拖尾现象降低和保持饱和特性问题。

本实施例构造的非读出侧区域216的放大剖面图表示于图16中。区域253表示为CCD转移通道204正下方的p型区域。位置254、255、256表示p型区域253端面的位置。例如，在非读出侧区域，若将p型区域253端面设为位置255，则与本实施形式的p型区域203相同。又，若在位置254，则与现有例的p型区域相同。由非读出侧区域的现有例和本实施例的三维光电器件模拟得到的电位分布与拖尾扩散电流重叠模式图表示在图17和图18中。采用了维光电器件模拟，一边包括用入射光依次产生电子-空穴时，一边通过用过渡解析法解开电位、电子和空穴，可以求得存储于光电二极管209的信号电荷、存储于CCD转移通道204的拖尾电荷。

箭头271表示入射光。箭头272、273、274分别表示由于入射光发生放射状扩散的电子电流。箭头275、276分别表示CCD转移通道204所吸收的拖尾电子电流。箭头277表示n型半导体衬底201深度方向所吸收的电子电流。虚线278表示CCD转移通道204的拖尾电荷俘获区域，与CCD转移通道204的周围电位峰部相当，大致形成于光电二极管209与CCD转移通道204之间一半的区域。由本发明实施例及现有例的三维光电器件模拟而得到的造成读出侧及非读出侧的拖尾值及器件总的拖尾值表示在表1中。表1

读出侧非读出侧总拖尾值现有例 0.020％ 0.0768％ 0.0968％本发明 0.020％ 0.0545％ 0.0745％

实施例

如果将p型区域253端部从位置254(与现有例的p型区域同)移动到位置255(与本实施例的p型区域203同)，则来自p型区域253的杂质扩散减弱，并且p型区域206下部的p型杂质浓度降低。因而，如图18所示，在非读出侧216(图12)，通过光电二极管209靠近CCD转移通道204，实际的CCD转移通道204与光电二极管209之间的距离减小了。随之，与图17的现有例比较，图18的本实施例的结果表明，CCD转移通道204周围的电位峰部也更靠近CCD转移通道204。因此，本实施例中，拖尾电荷俘获区域278可比现有例为小。而且，因为有效的CCD转移通道204与光电二极管209之间的距离变小，与图17的现有例结果相比较，p型区域206下部的p型区域203会形成耗尽化开始位置270界线电位梯度朝着光电二极管209、n型半导体衬底201的深度方向。

由以上说明，由于入射光271产生放射状扩散电子电流之中的电子电流274大部分变成流到光电二极管209或n型半导体衬底201深部方向的电子电流277。CCD转移通道204吸收的拖尾电子电流276，与图17的现有例的情况相比可减小约1/6，作为器件的总拖尾电子电流，按表1结果约可减小23％。如果把p型区域253的端面移动到位置256，与上述一样可减小CCD转移通道204拖尾俘获区域，也能使拖尾降低。然而，由于变成不能以p型区域206、p型区域253包围CCD转移通道204，而变成不能隔离CCD转移通道204与n型半导体衬底201，引起CCD工作不良。

并且，在图18的模拟结果中，由于在位置270处的电位为-0.2V，所以不会发生穿通现象也不会使饱和特性恶化。当穿通现象容易发生时，可通过调整p型区域206的浓度、在非信号读出侧216的CCD转移通道204与光电二极管209之间的距离，便可防止穿通并能保持器件高饱和。

根据以上所述本实施例，由于在半导体衬底表面具有选择地形成的n型扩散层和位于上述半导体衬底的上述n型扩散层的正下方形成各端与上述n型扩散层两端位置相同的p型扩散层的存在，所以能够使读出驱动电压降低、拖尾减小并保持高饱和特性。(实施例5)

图13A-E中示出了本发明另一个实施例的CCD固体摄象器件的制造工艺剖面模式图。

在图13A中，在n型半导体衬底201上形成p型阱202。这时，为抑制模糊现象，p型阱202设定浓度为1×10¹⁶cm^-3以下。在图13B中，涂敷、曝光、显象光刻胶形成光刻胶掩膜221。此后使用光刻胶掩膜221，在p型阱202的一定区域用100Kev以上的加速能量进行硼离子注入并形成p型区203。接着，在图13C中，仍旧用光刻胶掩膜221，离子注入磷和砷，或两种杂质，将n型CCD转移通道204形成在p型阱202区域内的p型区域203的n型半导体衬底201表面上。在图13D中，除去光刻胶掩膜221后，形成栅绝缘膜205。接着，以光刻胶做掩膜，离子注入硼，使n型CCD转移通道204与p型区域203连接的方式形成用于隔离的p型区域206和用于读出栅电压控制的p型区域207。此后，形成转移栅电极208、用形成栅电极208图形的光刻胶掩膜、栅电极208和自对准方法，通过以200Kev以上的加速能量，离子注入磷，形成n型光电二极管209。接着，形成光电二极管表面的高浓p型区域210。最后，在图13E中，依次形成绝缘膜211、遮光膜212和保护膜213，从而制造出了CCD固体摄象器件。

在如上工艺中有关所制造的CCD固体摄象装置的方法，显示出以下各优点。

就图13A-E所示的本实施形式的制造工艺而言，由于CCD转移通道204、p型区域203用同一光刻胶掩膜221形成，所以可使CCD转移通道204与p型区域203的两端的位置时常重合。因此，可使为形成这些区域的掩膜对准离散造成的读出驱动电压、饱和特性、拖尾特性不变。加之，在图13A-E所示的本实施例的制造工艺中，由于用同一光刻胶掩膜221形成CCD转移通道204和p型区域203，所以与用另外掩膜制作CCD转移通道202和p型区域203的现有例制造方法比较，可以降低制造成本。

并且，一旦p型区域203靠近半导体衬底201表面，则上述的读出通道厚度变薄，因而读出驱动电压上升。为防止这种情况，用于形成p型区域203的硼需要用100Kev以上的加速能量进行离子注入。加之，如果在p型阱202内部深处形成p型区域203，则变成不能用p型区域206和p型区域207形成包CCD转移通道的n型区域204，饱和特性就劣化。为防止这种情况，形成p型区域203的硼就有用600Kev以下的加速能量进行离子注入的必要性。

并且，如果在p型阱202内部的深处形成光电二极管的n型区域209，上述的有效通道长度变长了，因而使读出驱动电压升高。为防止这种情况，为了形成光电二极管的n型区域209的磷应该用低于1.2Mev的加速能量进行离子注入。加之，为了不会有暗电流，应在光电二极管的n型区域209的半导体衬底201表面形成高浓度的p型区域210，因而用于形成光电二极管的n型区域209的磷应用高于200Kev的加速能量进行注入。

根据上述的本实施例，通过在半导体衬底内一定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜在一定区域形成p型区域的工艺以及使用上述注入掩膜在上述半导体衬底表面侧形成第1n型区域的工艺，而没有制造工艺中的注入掩膜对合离散引起的特性变动，能够降低制造成本。

还有，在上述发明中，形成栅电极208后用自对准法注入形成n型光电二极管区域209，然而由于对CCD的构造没有影响，所以也可以在将要形成栅绝缘膜205之前可将光刻胶作为掩膜来进行。

并且，在上述实施中，自形成p型区域203之后再形成CCD转移通道204，然而也可改变顺序，首先形成CCD转移通道204。(实施例6)

图19是表示根据本发明实施例的CCD固体摄象器件一个象素部的光电二极管部和垂直CCD部的构成剖面图。在图19中，标号105是担负垂直CCD n⁺部104与光电二极管n层108间的电隔离，以及担负从光电二极管n层108到垂直CCD n⁺部104电荷读出控制p^-层，它形成在N(100)硅衬底101的上层部分上包括第2p型阱103和垂直CCD n⁺层104的一部分。所述第2p型阱103在形成上述垂直CCD n⁺层104时，为了同时进行，上述第2p型阱103和与上垂直CCD n⁺层104的端头处于相同位置。105a是上述p^-层105之内的进行垂直CCD n⁺部104与光电二极管n层108间电隔离的部分(隔离部)；105b是上述p^-层105之内进行从光电二极管n层108到垂直CCD n⁺部104的电荷读出控制的部分(读出控制部)。还有，在此如上所述，虽然使该p^-层105包括第2p型阱103的一部分而形成，但是也可以使p^-层105不包括第2p型阱103而形成。而且102是硅衬底1上形成的第1p型阱。图20A-D是表示上述图19所示本实施例CCD固体摄象器件制造工艺的各工艺剖面图。在图中，

与图19同一标号表示相同的或相当的部分。下面按照图20说明制造工艺。

首先，如图20A所示，N(100)硅衬底101上形成第1p型阱(载流子浓度：10¹⁴～10¹⁵cm^-3)102后，衬底101表面又形成光刻胶图形110。此后，同时形成第2p型阱(载流子浓度：10¹⁶～10¹⁷cm^-3)103和垂直CCD n⁺区域(载流子浓度：10¹⁶～10¹⁷cm^-3)104。接着如图20B所示，形成光刻胶图形110后，以此光刻胶图形110作为掩膜，在包括应形成衬底101的光电二极管区域以外的上述垂直CCD n⁺部104的区域上用剂量约5×10¹¹m^-2注入硼，而形成p^-层(载流子浓度：约10¹⁶cm^-3)。接着，如图20C所示，例如形成由SiO₂构成的栅绝缘膜106后，在此栅绝缘膜106上淀积多晶硅。用干式蚀刻法，形成读出兼做转移电极的多晶硅电极107。接着，如图20D所示，把上述多晶硅电极107作为掩膜，用离子注入法自对准形成埋入光电二极管n层(载流子浓度P：5×10¹⁵～5×10¹⁶cm^-3)108，以及埋入光电二极管p⁺层(载流子浓度：10¹⁷～10²⁰cm^-3)109后，按需要形成未图示的层间绝缘膜和遮光膜，这样便完成了CCD固体摄象器件。在此，由于用1次离子注入工艺形成p^-层105，因此不能形成与现有器件隔离用p⁺层115相同载流子浓度的隔离区域，而是一边使多晶硅电极107与隔离区域的重叠尺寸缩小，并且，一边通过将光电二极管n层108与垂直CCD n⁺层104间的距离增大，就能实现垂直CCD n⁺层104与光电二极管108间的电隔离。还有，上述各层的载流子浓度是器件完成时，即，杂质原子掺杂后衬底经退火已扩散状态的浓度。(实施例7)

图21是表示本实施例CCD固体摄象器件的构成剖面图。图2中，与图20同一标号表示相同或相当的部分，标号105′是担负垂直CCD n⁺部104与光电二极管n层108间电隔离和从光电二极管n层108到垂直CCD n⁺部104的电荷读出控制的p^-层。本实施例的固体摄象器件是用同一光刻胶掩膜110，同时进行第2p型阱103形成和形成垂直CCD n⁺层104，但是，是对整个晶片(N(100)硅衬底101)表面通过离子注入硼形成p^-层105′而构成的。

图22A-D表示上述图21所示的本实施例CCD固体摄象器件制造工艺的各工艺剖面图。图22A-D中，与图21同一标号表示相同或相当的部分。下面按照图22说明制造工艺。

首先，如图22A所示，与实施例6一样，N(100)硅衬底101的表面形成光刻胶图形110后，同时形成第2p型阱(载流子浓度：10¹⁵～10¹⁶cm^-3)103和垂直CCD n⁺区域(载流子浓度：10¹⁶～10¹⁷cm^-3)104。接着，如图22B所示，N(100)硅衬底101全部用剂量约10¹¹m^-2注入硼原子并形成p^-层105′。接着，如图22C所示，例如形成由SiO₂构成的栅绝缘膜106后，此栅绝缘膜106上再淀积多晶硅，用干式蚀刻法形成读出兼做转移电极的多晶硅电极107。接着，如图22D所示，把上述多晶硅电有107作为掩膜，通过离子注入法用自对准法形成埋入光电二极管n层108和埋入光电二极管p⁺层109后，按需要形成未图示的层间绝缘膜和遮光膜，完成了CCD固体摄象器件。还有，在以上的工艺中，器件形成工艺结束时(图22D中)，形成p^-层105′之际的离子注入工艺的加速能量设定为如将此p^-层105′埋进埋入光电二极管p⁺层109中一样的加速能量。如果形成p^-层105′之际的离子注入工艺的加速能量，形成该p^-层105′直到比埋入光电二极管p⁺层109还深的位置时，在象这样情况下，则将形成埋入光电二极管下层108之际的杂质原子剂量增大，就不会影响光电二极管部的p^-层105′。

并且，本实施例中，在栅绝缘膜形成之前，形成第2p型阱103、担负垂直CCD n⁺层104与光电二极管n层108间的电隔离以及从光电二极管n层108到垂直CCD n⁺部104的电荷读出控制的p^-层105或者105′，但是，从减少总的热处理角度看，也可以在栅绝缘膜106形成后形成上述的第2p型阱103、垂直CCD n⁺层104和p^-层105。

·在如上所述本实施例中，不是选择性形成担负垂直CCD n⁺部104与光电二极管n层108间的电隔离，以及担负从光电二极管n层的108到垂直CCD n⁺部104的电荷读出控制的p^-层105′，而是对N(100)硅衬底100整个面形成p^-层105′，所以就不必要形成象上述实施例6这样的光刻胶掩膜(光刻胶图形110)，与上述实施例6相比较，能够简化制造工艺。

如上所述，根据本发明的固体摄象器件，由进行电荷读出控制的读出控制部和进行垂直转移部与光电二极管部隔离的隔离部构成垂直转移部使给与杂质(原子)的扩散状态的影响变小，即使对象素部(垂直转移部)进行微细化，也能保持垂直转移部边缘区域的杂质(原子)浓度变化很陡，由于狭通道效应，一面使耗尽化电压降低，一面又不会减小有效通道体积，从而能够防止垂直转移部的饱和电荷容量的下降。因此，即使把象素部微细化，也能获得不会导致垂直CCD部转移电荷量下降的固体摄象器件。

并且通过本发明，可使读出驱动电压低电压化，减小拖尾现象并保持高饱和特性，不会由于制造工艺的注入掩膜对合偏差造成这些特性改变，能够制作出具有容易实现降低制造成本的CCD固体摄象器件。

其次，根据本发明的固体摄象器件的制造方法，不会发生垂直转移部的饱和电荷容量的降低，能够用比现有更少的掩膜和工艺步骤来制造使象素部(垂直转移部)微细化的固体摄象器件。

Claims

1.一种固体摄象器件，在半导体衬底上形成阵列状配置具有光电二极管部、用于读出并转移上述光电二极管部所存储电荷电荷的垂直转移部、在上述光电二极管与垂直转移部之间进行电荷读出控制的读出控制部的多个象素部；并且形成进行上述多个象素部分的邻接的两个象素部间的上述光电二极管部和上述垂直转移部的隔离部，其特征是：

在上述衬底表面层的上述垂直转移部的形成区域和包括其周边区域的衬底区域上，形成与构成上述垂直转移部的杂质原子相反导电类型的杂质原子掺杂的低浓度杂质层，与上述低浓度杂质层的上述垂直转移部的一侧邻接的部分形成上述隔离部，与另一侧邻接的部分形成上述读出控制部。

2.根据权利要求1所述的固体摄象器件，其特征是，构成上述垂直转移部的杂质原子是选自磷和砷的至少一种原子。

3.根据权利要求1所述的固体摄象器件，其特征是，还包括上述半导体衬底表面选择形成构成上述垂直转移部的n型扩散层，以及位于上述半导体衬底的n型扩散层正下方，形成至少一端与上述n型扩散层的端位置相同的p型扩散层。

4.根据权利要求1所述的固体摄象器件，其特征是，还包括上述半导体衬底表面选择形成构成上述垂直转移部的n型扩散层，以及位于上述n型扩散层正下方，形成两端与上述n型扩散层的两端位置相同的p型扩散层。

5.根据权利要求1所述的固体摄象器件，其特征是，还包括上述半导体衬底表面选择形成构成上述垂直转移部的n型扩散层，以及位于上述n型扩散层正下方，形成至少一端与上述n型扩散层的端部位置相同的p型扩散层和在上述半导体衬底上形成的p型阱内的上述半导体衬底内的预定深度位置选择形成的光电变换部的n型扩散层。

6.一种固体摄象器件的制造方法，它是在半导体衬底上形成阵列状配置光电二极管部、用于读出并转移上述光电二极管所存储的电荷的垂直转移部、以及还有在上述光电二极管与垂直转移部之间进行上述电荷读出的控制的多个象素部，而且形成对上述多个象素部的两个相邻象素间的上述光电二极管部与上述垂直转移部进行隔离的隔离部，其特征是，

上述半导体衬底的预定区域形成上述垂直转移部后，将与构成上述垂直转移部的杂质原子相反导电类型的杂质原子，离子注入到上述半导体衬底表面层的至少一部分，在上述垂直转移部的两侧邻接部同时形成上述隔离部和上述读出控制部。

7.根据权利要求6所述的固体摄象器件的制造方法，其特征是，上述半导体衬底表面层注入离子的部分为包括垂直转移部的形成区域和其周边区域的衬底区域的选定部分。

8.根据权利要求6所述的固体摄象器件的制造方法，其特征是，上述半导体衬底表面层的离子注入部分，是整个半导体衬底的表面层。

9.根据权利要求6所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是，通过施行将砷注入上述半导体衬底的第1衬底区域的第1工艺、和将磷注入比上述第1衬底区域内的上述第1衬底区域宽度狭的第2衬底区域的第2工艺，此后，施行对上述衬底的退火，从而在上述半导体衬底的预定区域形成上述垂直转移部。

10.根据权利要求6所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是，所形成的上述隔离部和上述读出控制部，要使其从这些上述半导体衬底表面往里的深度比从上述光电二极管p-n结的上述半导体衬底表面往里的深度小。

11.根据权利要求6所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是，还有：在形成上述垂直转移部之际，在上述半导体衬底内的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、以及使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第一n型区域的工艺步骤。

12.根据权利要求6所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是，形成上述垂直转移部之际，在上述半导体衬底上的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成p型区域的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧形成第一n型区域的工艺、形成栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成转移栅电极的工艺、以及在上述半导体衬底内的预定区域，形成构成光电二极管部的第二n型扩散层的工艺步骤。

13.根据权利要求12所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是，具有形成上述垂直转移部之际，在上述半导体衬底上的预定区域形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域形成上述p型区域的，用100Kev以上且600Kev以下的加速能量，进行离子注入的工艺，使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧，将形成上述第一n型区域的原子或离子源导入的工艺、形成上述栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上，形成转移栅电极的工艺、以及在上述半导体衬底内的预定区域，形成将构成上述光电二极管的上述第二n型区域的原子，或离子源导入的工艺步骤。

14.根据权利要求12所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是具有形成上述垂直转移部之际，上述半导体衬底上的预定区域内形成注入掩膜的工艺、使用上述注入掩膜，在预定区域将形成上述p型区域的原子或者离子源导入的工艺、使用上述注入掩膜，在上述半导体衬底表面侧将形成上述第一n型区域的原子或者离子源导入的工艺、形成上述栅绝缘膜的工艺、在上述n型区域上部的上述栅绝缘膜上形成上述转移栅电极的工艺、以及在上述半导体衬底内的预定区域将形成构成上述光电二极管的上述第二n型区域的离子源，用200Kev以上且1.2Mev以下的加速能量进行离子注入的工艺步骤。

15.根据权利要求12所述的固体摄象装置的制造方法，其特征是，上述注入掩膜是通过使光刻胶曝光而形成的。