JP2000223687A

JP2000223687A - 固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JP2000223687A
Application number: JP11019414A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kuroiwa; 淳黒岩
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ブルーミングマージンを確保しつつ読み出し
必要電圧ＶＴを下げて必要な読み出しが良好に達成でき
るようにした固体撮像素子が得られる製造方法を提供す
る。【解決手段】フォトダイオード部を備える固体撮像素
子の製造方法において、フォトダイオード部の形成用の
イオン打ち込み１４の際、マスクとなるレジスト１３を
リフローさせた後に、垂直電荷転送部の読み出し６側に
向けてθ＝８度以上傾けて打ち込みを行う

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子の製
造方法に関する。本発明は、特に、耐ブルーミング性及
びスミア特性を良好に維持したまま読み出し電圧を低電
圧化できるフォトダイオード部を形成する固体撮像素子
の製造方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に、一般的な固体撮像素子につい
て、これを画素部の水平方向から見た断面構造で示す。
画素単位Ｕは、垂直電荷転送部７、読み出し部６、フォ
トダイオード部８，９、チャネルストップ部５で構成さ
れている。フォトダイオード部は、Ｐ⁺ＰＮＰ接合であ
るのが、現状では一般的である。図示例では、基板４の
Ｎウェル１１上のＰウェル１０内に、フォトダイオード
のＮ領域９及びその上にフォトダイオードのＰ領域８が
形成されて、フォトダイオード部が構成されている。な
お図４中、符号１は遮光膜、２はＳｉＯ₂等の層間絶縁
膜、３はポリシリコン等からなる電極、１２はＳｉＯ₂
等のゲート絶縁膜である。

【０００３】従来の製造方法により得られた撮像素子に
おいては、フォトダイオード部から電荷転送部へ電荷を
読み出すのに必要な電圧（以下これを読み出し必要電圧
ＶＴと表す）が、１１〜１４Ｖと、高いという問題点が
ある。そのため、たとえば電源電圧を１５（Ｖ）から１
２（Ｖ）へと低電圧化させる場合、読み出し電圧も１５
（Ｖ）から１２（Ｖ）へと下がるために、読み出し必要
電圧ＶＴが上記のように１１〜１４Ｖであると、フォト
ダイオードからの電子を読み出しきれなくなるという問
題が生じる。

【０００４】本発明者の検討によれば、この問題は、フ
ォトダイオード部形成の際のイオンの打ち込みの手法に
起因することが、わかった。

【０００５】すなわち図５に示すように、従来、フォト
ダイオード部の形成、特にフォトダイオード部の電荷蓄
積部（図示例の構成にしたがって、以下センサーＮ層と
も言う）の形成は、フォトレジスト１３のパターニング
後、そのまま、砒素（Ａｓ）あるいはリン（Ｐ）を、垂
直電荷転送部７の読み出し側に向けてθ₀＝７度に傾け
て打つという方法が採られている。傾けて読み出し部の
方向にイオン注入するのは、チャネリングを起こさない
ようにするためである。図５中、イオン注入で打ち込ま
れる砒素（Ａｓ）あるいはリン（Ｐ）を、模式的に符号
１４で示す。

【０００６】このような従来技術の手法を採った場合に
おいて、上記読み出し必要電圧ＶＴが高いという問題を
解決するため、通常フォトダイオードへイオン注入する
砒素（Ａｓ）あるいはリン（Ｐ）の量を調整し、フォト
ダイオード部の電子を蓄積する箇所の電位（以下センサ
ーポテンシャルと称する）を浅くさせることによって、
フォトダイオード部から電荷転送部へ電荷を読み出しや
すくするという方法がとられている。

【０００７】しかしこの場合には、フォトダイオード部
に、センサーポテンシャルを浅くさせない場合と同量の
電子を蓄積するには、基板の電位も浅く設定する必要が
あり、その結果オーバーフローバリアの電位も浅くな
る。したがってこの方法では、読み出し部の電位とオー
バーフローバリアの電位差（以下、Ｖａｂで示す）が縮
まり、ブルーミングを起こしやすくなる難点がある。以
上のように、フォトダイオード部の形成においては、読
み出し部の電位とオーバーフローバリアの電位差Ｖａｂ
を維持したままで、読み出し必要電圧ＶＴを下げる手段
が求められているのである。

【０００８】ここで、ブルーミングとは、大光量の光が
入射した際に、フォトダイオード部に蓄積されきれず溢
れた電子が、オーバーフローバリアを越えて、本来捨て
られるべき場所（縦型オーバーフロードレイン構造の場
合、基板のＮ領域）に捨てられずに、読み出し部のポテ
ンシャルバリアを越えて、フォトダイオード部から垂直
電荷転送部へ漏れ込む現象である。ブルーミングは、読
み出し部の電位がオーバーフローバリアの電位差に比べ
て浅いほど（すなわち両者の差が大きいほど）、起こし
にくいものである。この電位差を、ブルーミングマージ
ンと称する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
技術にあっては、読み出し必要電圧ＶＴが高く、よって
所望の読み出しが達成されないおそれがあるという問題
があり、これを解決しようとすると、読み出し部の電位
とオーバーフローバリアの電位差Ｖａｂが小さくなっ
て、ブルーミングの問題などが生じやすくなっていたも
のである。

【００１０】本発明は上記問題点を解決して、読み出し
部の電位とオーバーフローバリアの電位差Ｖａｂを維持
したままで、すなわちブルーミングマージンを確保し
て、これによりブルーミングの問題などを生じさせず、
しかも読み出し必要電圧ＶＴを下げて必要な読み出しが
良好に達成できるようにした固体撮像素子が得られる製
造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、フォトダイオ
ード部を備える固体撮像素子の製造方法において、フォ
トダイオード部の形成用のイオン打ち込みの際、マスク
となるレジストをリフローさせた後に、垂直電荷転送部
の読み出し側に向けて８度以上傾けて打ち込みを行うこ
とを特徴とするものである。

【００１２】この発明によれば、垂直電荷転送部の読み
出し側に向けて８度以上傾けてイオンの打ち込みを行う
ことによって、読み出し部の下部にも若干のイオン注入
領域が形成され、読み出し部の電位が深くなり、すなわ
ち読み出し必要電圧ＶＴが下がって読み出し部のポテン
シャルバリアが低くなり、従来よりも読み出しがしやす
くなる。また、マスクとなるレジストをリフローさせた
ことにより、センサーＮ層が従来同様のチャネルストッ
プ側に近いところにも形成され、スミアの悪化を抑制で
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を説明する。但し当然のことではあるが、本
発明は以下の説明及び図示の形態例に限定されるもので
はない。

【００１４】図１に、本発明によるフォトダイオード部
形成の一例を示す。この例は、図４に示した構造の撮像
素子のフォトダイオード部を形成する場合を示すもので
ある。

【００１５】レジストを塗布し、露光、現像し、さらに
熱処理を施してレジストをリフローさせる。ここでは、
たとえば１２０〜１３０℃のベークを加えることによっ
て、リフロー処理を行う。これにより図１に符号１３で
示すように、角部が角取りされて丸まった構造のレジス
トを得る。

【００１６】その上で本発明を適用して、イオン注入の
方向を図１の符号１４で示すように、従来技術よりさら
に読み出し部の方向に傾けて、イオンの打ち込みを行
う。すなわち、垂直電荷転送部の読み出し側に向けて８
度以上傾けて打ち込みを行う。８度〜４５度の範囲で傾
けて実施するのが好ましい。

【００１７】イオン注入の傾き（注入角）を変更するの
は、読み出し必要電圧ＶＴを下げるためであり、レジス
トをリフローさせるのは、注入角を変更するとスミア特
性が悪化する恐れがあるがそれを抑制するためである。
以下、本発明により好ましい結果が得られることを説明
する。

【００１８】まず、注入角変更により読み出し必要電圧
ＶＴが低減できる理由について述べる。図２を参照す
る。図２は、図１における読み出し部の拡大図である。
図２中、符号９は、イオン注入傾き角度８度以上（本発
明適用）で注入されたときのｎ領域、９’は、同角度７
度（従来技術）で注入されたときのｎ領域を示す。符号
１４は同角度８度以上（本発明適用）で注入される砒素
（Ａｓ）あるいはリン（Ｐ）を、１４’は、同角度７度
（従来技術）で注入される砒素（Ａｓ）あるいはリン
（Ｐ）をそれぞれ模式的に示すものである。矢印１５は
読み出し時の電子の経路を示し、矢印１６はブルーミン
グ時の電子の経路を示す。

【００１９】図２に示すように、符号９’で示すイオン
注入傾き角度７度で注入された従来技術の場合のｎ領域
に比べ、本発明を適用してイオン注入傾き角度８度以上
でイオン注入がなされた符号９で示す場合は、読み出し
部６の下部にも若干のｎ層の領域が形成されるようにな
る。

【００２０】このため、読み出し部の電位が深くなり、
すなわち読み出し必要電圧ＶＴが下がって読み出し部の
ポテンシャルバリアが低くなり、従来よりも読み出しが
しやすくなる。

【００２１】一方、ブルーミング時の電子の経路は、矢
印１６で示すように、基板４（ここではシリコン基板）
から深い場所にあるので、イオン注入角の影響が少な
く、読み出し部の電位とオーバーフローバリアの電位差
Ｖａｂは維持できる。

【００２２】図６に示すグラフ１に、砒素（Ａｓ）を注
入角を変えてフォトダイオード部に注入したときの、注
入角と読み出し必要電圧ＶＴ，読み出し部の電位とオー
バーフローバリアの電位差Ｖａｂの関係（実測）を示
す。また、図７に示すグラフ２に、砒素（Ａｓ）を注入
角を変えてフォトダイオード部に注入したときの、注入
角とＶＴ−Ｖａｂとの関係（実測）を示す。ＶＴが低減
され、Ｖａｂが維持されていることがわかる。したがっ
て、Ｖａｂに対する影響なく、読み出しに必要な電源電
圧の低減等が可能となる。

【００２３】次ぎに、レジストリフローにより、スミア
抑制が可能となる１由について述べる。図３を参照す
る。図３は、図１におけるチャネルストップ部の拡大図
である。図３中、符号９は、イオン注入傾き角度８度以
上（本発明適用）で注入されたて形成されるチャネルス
トップ部付近のｎ領域、９’は、同角度７度（従来技
術）で注入されて形成さるたチャネルストップ部付近の
ｎ領域、９’’は、レジストをリフローさせずに注入角
を大きくした場合（比較）に形成されるチャネルストッ
プ部付近のｎ領域を示す。

【００２４】図３の符号９’’で示すように、レジスト
をリフローさせずに注入角を大きくした場合、センサー
Ｎ層が従来（符号９’で示す部分参照）よりもチャネル
ストップ層から離れて形成される結果、大光量の光が入
射した場合に、チャネルストップ付近で光電変換された
電子の内、隣接する垂直電化転送部７へ拡散する成分が
増加することにより、スミアが悪化するデメリットが生
じてしまう。

【００２５】しかし本発明を適用してレジスト１３をリ
フローさせた場合は、レジスト１３の上部で砒素（Ａ
ｓ）やリン（Ｐ）等の注入されるべきイオンが邪魔され
るようなことなく打ち込まれるため、符号９で示すよう
にセンサーＮ層が従来（符号９’参照）どおりチャネル
ストップ側に近いところにも形成される。その結果、チ
ャネルストップ付近で光電変換された電子で、垂直電化
転送部７へ拡散する成分が減るために、スミアの悪化を
抑制できる。

【００２６】上記詳述したとおり、本発明を適用すれ
ば、スミア特性を悪化させることなく、ブルーミングマ
ージンＶａｂ（読み出し部の電位とオーバーフローバリ
アの電位差）を減らさずに、読み出し必要電圧ＶＴを下
げることができる。

【００２７】その結果、電源の低電圧化が可能になる。
よって、消費電力を減らすことができる。

【００２８】また、電源電圧の低電圧化が要求されない
タイプの撮像素子に本発明を適用することで、白点欠
陥、或いは読み出し不良による点欠陥を減少することが
可能となり、歩留り向上を実現できる。具体的には、次
のとおりである。

【００２９】すなわち、読み出し電圧が高すぎると、電
子シャッター適用時などに、フォトダイオード部の電子
を読みきれずに画面上に黒点となって見えることがあ
る。本発明を適用すれば、読み出し必要電圧ＶＴが下が
るので、この不良は低減できる。

【００３０】白点の改善に利用する場合は、あらかじめ
読み出し部のＰ領域の濃度を濃く形成しておく。しかる
後に、本発明を適用したうえで、フォトダイオード形成
のための砒素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）の注入量を減ら
してセンサーポテンシャルを浅く形成するようにする。
すなわち、読み出し部のＰ領域の濃度を濃くして読み出
し必要電圧ＶＴが増加する分を、本発明を適用して抑え
るのである。本発明適用でセンサーポテンシャルを浅く
形成すると、フォトダイオード表面のＰ⁺とＮ領域間の
電界を弱めることができ、白点えお減らすことができ
る。

【００３１】

【発明の効果】上述したように、本発明の固体撮像素子
の製造方法によれば、ブルーミングマージンを確保し
て、これによりブルーミングの問題などを生じさせず、
しかも読み出し必要電圧ＶＴを下げて必要な読み出しが
良好に達成できるようにした固体撮像素子が得られると
いう効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成の一例を示す断面概略図であ
る。

【図２】本発明の作用を説明するための図であり、図
１の読み出し部の拡大図である。

【図３】本発明の作用を説明するための図であり、図
１のチャネルストップ部の拡大図である。

【図４】一般的な撮像素子の画素部の水平方向断面構
造を示す図である。

【図５】従来の撮像素子のフォトダイオード部の形成
方法を示す図である。

【図６】本発明の作用を示すグラフである（１）。

【図７】本発明の作用を示すグラフである（２）。

【符号の説明】

４・・・基板、５・・・チャネルストップ部、６・・・
読み出し部、７・・・垂直電化転送部、８・・・フォト
ダイオード（Ｐ領域）、９・・・フォトダイオード（Ｎ
領域）、１３・・・レジスト、１４・・・イオン打ち込
み方向、θ・・・イオン打ち込み方向の傾き角度。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトダイオード部を備える固体撮像素
子の製造方法において、フォトダイオード部の形成用のイオン打ち込みの際、マ
スクとなるレジストをリフローさせた後に、垂直電荷転
送部の読み出し側に向けて８度以上傾けて打ち込みを行
うことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。