JP2001326341A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP2001326341A
JP2001326341A JP2000142091A JP2000142091A JP2001326341A JP 2001326341 A JP2001326341 A JP 2001326341A JP 2000142091 A JP2000142091 A JP 2000142091A JP 2000142091 A JP2000142091 A JP 2000142091A JP 2001326341 A JP2001326341 A JP 2001326341A
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solid
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Takeshi Nagata
豪 永田
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン基板側からの電荷の光電変換領域への
侵入を防止するとともに、固体撮像装置により表示され
た映像で発生するスミアやノイズをより低減させること
ができる固体撮像装置を提供すること。 【解決手段】第１導電型領域となるシリコン基板に第２
導電型領域となる光電変換領域を備えた固体撮像装置に
おいて、前記光電変換領域と前記シリコン基板との間に
前記シリコン基板より高濃度の不純物を拡散した第１導
電型領域となる高濃度拡散領域を有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、第１導電型領域と
なるシリコン基板に第２導電型領域となる光電変換領域
を備えた固体撮像装置に関し、特に、スミアやノイズを
より低減させることができる固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体撮像装置は、偽信号の原因と
なる電荷が第１導電型領域となるシリコン基板側から第
２導電型領域となるドレイン領域に侵入すると、該装置
により表示された映像にスミア（スメア：smear）やノ
イズが発生するため、これを防止する下記のような方法
が知られている。
【０００３】例えば、第２導電型領域となる光電変換領
域をドレイン領域の接合深さより深く形成する方法が知
られている(特開昭６１−９９４７２号公報)。これは、
シリコン基板側からの電荷が、光電変換領域でなくドレ
イン領域に侵入するのを防止したものである。図１６に
その構成を示すウェーハの断面概略図を示す。図１６
は、従来の一例に係る固体撮像装置の断面概略図であ
る。
【０００４】この固体撮像装置は、フォトダイオード１
０１のＰ型基板１０５側に、Ｐ型基板１０５より低濃度
の不純物を拡散したＰ-層１０２を有する。Ｐ型基板１
０５側で発生したスミアの原因となりうるスミア電荷
は、Ｐ-層１０２に引き寄せられ、フォトダイオード１
０１に捕獲される。
【０００５】この方法によれば、Ｐ型基板１０５側から
ドレイン１０４に電荷が侵入するのを防止できるので、
スミアの発生量を減少させることができる。
【０００６】なお、シリコン基板側からの電荷には、シ
リコン基板というバルクで発生した電子や正孔、シリコ
ン基板に注入された電子や正孔の他、固体撮像装置では
特に隣り画素等から発生した電子や正孔などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、Ｐ型
基板１０５側からドレイン１０４へのスミア電荷の侵入
を防止できるが、Ｐ型基板１０５側からフォトダイオー
ド１０１への電荷の侵入については防止することはでき
ない。その理由は、フォトダイオード１０１（光電変換
領域）そのものにはＰ型基板１０５側（シリコン基板
側）からの電荷の侵入を防止するような策がとられてい
ないためである。
【０００８】本発明の目的は、シリコン基板側からの電
荷の光電変換領域への侵入を防止するとともに、固体撮
像装置により表示された映像で発生するスミアやノイズ
をより低減させることができる固体撮像装置を提供する
ことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点にお
いては、第１導電型領域となるシリコン基板に第２導電
型領域となる光電変換領域を備えた固体撮像装置におい
て、前記光電変換領域と前記シリコン基板との間に前記
シリコン基板より高濃度の不純物を拡散した第１導電型
領域となる高濃度拡散領域を有することを特徴とする。
【００１０】また、前記固体撮像装置において、前記光
電変換領域と前記高濃度拡散領域との間に前記シリコン
基板及び前記高濃度拡散領域のそれぞれと異なる濃度の
不純物を拡散した第１導電型領域となる異濃度拡散領域
を有することが好ましい。
【００１１】また、前記固体撮像装置において、前記シ
リコン基板と前記高濃度拡散領域との間に前記シリコン
基板及び前記高濃度拡散領域のそれぞれと異なる濃度の
不純物を拡散した第１導電型領域となる異濃度拡散領域
を有することが好ましい。
【００１２】また、前記固体撮像装置において、前記高
濃度拡散領域は、前記光電変換領域の底面ないし側面の
少なくとも一部に有することが好ましい。
【００１３】また、前記固体撮像装置においては、前記
異濃度拡散領域は、前記光電変換領域の底面ないし側面
の少なくとも一部に有することが好ましい。
【００１４】また、前記固体撮像装置においては、前記
異濃度拡散領域は、前記高濃度拡散領域の底面ないし側
面の少なくとも一部に有することが好ましい。
【００１５】本発明の第２の視点においては、第１導電
型領域となるシリコン基板に第２導電型領域となる光電
変換領域を備えた固体撮像装置において、前記シリコン
基板と前記光電変換領域の境界面から所定の間隔をおい
て離れた前記シリコン基板中に前記シリコン基板より高
濃度の不純物を拡散した第１導電型領域となる高濃度拡
散領域を有することを特徴とする。
【００１６】また、前記固体撮像装置においては、前記
高濃度拡散領域は、前記光電変換領域の底面側ないし側
面側の少なくとも一部にに有することが好ましい。
【００１７】本発明の第３の視点においては、固体撮像
装置の製造方法において、第１導電型領域のシリコン基
板に第２導電型領域となる光電変換領域を形成する工程
と、前記光電変換領域のシリコン基板側にシリコン基板
より高濃度の不純物を拡散した第１導電型領域となる高
濃度拡散領域を形成する工程と、を含むことを特徴とす
る。
【００１８】本発明の第４の視点においては、固体撮像
装置の製造方法において、第１導電型領域となるシリコ
ン基板上に、前記シリコン基板より高濃度の不純物を拡
散した第１導電領域となる高濃度拡散領域を形成するた
めの第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１
レジストパターン上からイオン注入によって前記シリコ
ン基板に前記高濃度拡散領域を形成する工程と、前記高
濃度拡散領域を形成したシリコン基板上に、前記第１レ
ジストパターンで形成した空部分の領域内における所定
の位置にその大きさより小さな空部分を有する第２レジ
ストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパタ
ーン上からイオン注入によって前記シリコン基板に第２
導電型領域となる光電変換領域を形成する工程と、を含
むことを特徴とする。
【００１９】また、固体撮像装置の製造方法において、
前記光電変換領域と前記高濃度拡散領域の間に、シリコ
ン基板及び高濃度拡散領域と異なる濃度の不純物を拡散
させた第１導電型領域の異濃度拡散領域を形成する工程
を含むことが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】、第１導電型領域となるシリコン
基板に第２導電型領域となる光電変換領域を備えた固体
撮像装置において、前記光電変換領域と前記シリコン基
板との間に前記シリコン基板より高濃度の不純物を拡散
した第１導電型領域となる高濃度拡散領域を備えること
により、高濃度拡散領域はシリコン基板側からの電荷に
対してポテンシャルバリアとなるとともに、電荷が光電
変換領域に侵入しにくくなり、光電変換領域で光電変換
することにより発生した電荷のシリコン基板側への漏れ
が少なくなるので、スミアやノイズが低減する。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例に係る固体撮像装置を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る固体
撮像装置の断面概略図である。この装置では、上記光電
変換領域の底面にもシリコン基板より高濃度の不純物を
拡散した高濃度拡散領域を形成したことを特徴とする。
この装置は、ＣＭＯＳ型トランジスタ構造であり、シリ
コン基板１と、素子分離領域３と、絶縁膜４と、電極５
と、高濃度拡散領域７と、光電変換領域８と、ドレイン
領域９と、接続線１０と、を有する。
【００２２】シリコン基板１は、Ｐ型の第１導電型領域
である。素子分離領域３は、隣り合う素子を分離し絶縁
するための酸化膜である。絶縁膜４は、シリコン基板上
に形成されたゲート絶縁膜であり、電極５が埋め込まれ
ている。電極５は、ゲート電極であり、絶縁膜４中に埋
め込まれている。高濃度拡散領域７は、光電変換領域８
とシリコン基板１との間であって光電変換領域８の底面
にシリコン基板１より高濃度の不純物を拡散したＰ+型
の第１導電型領域である。光電変換領域８は、開口部を
シリコン基板の上面に配され、入射した光を電気信号に
変換するＮ型の第２導電型領域である。ドレイン領域９
は、Ｎ型の第２導電型領域である。接続線１０は、電極
５と回路を電気的に接続する線である。
【００２３】このようにシリコン基板側からの電荷に対
してポテンシャルバリアとなる高濃度拡散領域７が光電
変換領域のシリコン基板側や側面に存在すると、電荷が
光電変換領域に侵入しにくくなり、スミアやノイズが低
減する。従来法のドレイン領域での電荷侵入防止方法よ
り、光電変換領域への電荷侵入防止（光電変換領域から
シリコン基板への電荷の漏れ防止）のほうが、シリコン
基板側から光電変換領域に侵入する電荷が減少するのに
加え、光電変換領域で光電変換することにより発生した
電荷のシリコン基板側への漏れが少なくなり、固体撮像
装置のスミアやノイズの低減に効果的である。
【００２４】次に、本発明の実施例１に係る固体撮像装
置の製造方法について図面を用いて説明する。図２は、
本発明の実施例１に係る固体撮像装置の製造方法につい
ての製造工程を説明するための断面概略図である。
【００２５】図２を参照すると、本発明の実施例１に係
る固体撮像装置では、（ａ）第１導電型のシリコン基板
１の表面にシリコン窒化膜２を化学気相成長法により形
成し、フォトレジスト法でパターニングして、平面上で
素子分離領域となる部分のみシリコン窒化膜２を除去す
る。（ｂ）素子分離領域３をシリコン酸化、またはイオ
ン注入法により形成する。これにより、素子分離領域３
は絶縁膜としてのシリコン酸化膜や第２導電型領域とな
る。（ｃ）絶縁膜４をシリコン酸化、または化学気相成
長法により形成し、ドープされた多結晶シリコンやＷＳ
ｉなどのシリサイドからなる電極５をフォトレジスト法
でパターニングして形成する。（ｄ）フォトレジスト６
でパターニングするなどして、イオン注入法によりシリ
コン基板１より高濃度の不純物を拡散した第１導電領域
となる高濃度拡散領域７を形成する。（ｅ）さらにフォ
トレジスト６でドレイン領域をパターニングするなどし
て、イオン注入法により第２導電型領域となる光電変換
領域８及びドレイン領域９を形成し、フォトレジスト６
を除去する。（ｆ）シリコン酸化膜４を化学気相成長法
などにより形成し、フォトレジストでパターニングして
（図示せず）、電極５に接続するためのコンタクトホー
ルをドライエッチング法などによりあけ、導電体をコン
タクトホールに埋める。上記導電体に接続するように電
極への接続線１０をアルミニウムや銅やその混合物など
により形成する。また、（ｄ）高濃度拡散領域を形成す
る工程や（ｅ）光電変換領域及びドレイン領域を形成す
る工程で、光電変換領域８と高濃度拡散領域７の間に、
シリコン基板１と異なる濃度の不純物を拡散させた第１
導電型領域の異濃度拡散領域１１を形成することも可能
である（図１１参照）。
【００２６】なお、（ａ）から（ｆ）までの順番で必ず
しも形成する必要はない。最終的に出来上がった固体撮
像装置が（ｆ）のような構造となり、高濃度拡散領域７
が後述する図３〜図１５に示すように形成されていれば
スミアやノイズの低減が効果的である。
【００２７】次に、本発明の他の実施例に係る固体撮像
装置について図面を用いて説明する。
【００２８】図３は、本発明の実施例２に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、実施例１の高濃度拡
散領域７を光電変換領域８のドレイン領域９側の側面を
除く側面に接するようにして素子分離領域３と接するよ
うに延ばした場合である。実施例１（図１参照）の場合
に比べて、シリコン基板１側からの電荷が光電変換領域
８に侵入する確率は減少し（光電変換領域８からシリコ
ン基板１への電荷の漏出が減少）、固体撮像装置のスミ
アやノイズが低減する。
【００２９】図４は、本発明の実施例３に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、実施例２（図３参
照）の高濃度拡散領域７の底部を電極５側に延ばした場
合である。実施例２（図３参照）に比べて、シリコン基
板側からの電荷が光電変換領域８に侵入する確率は減少
し、固体撮像装置のスミアやノイズが低減する。
【００３０】図５は、本発明の実施例４に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、実施例２（図３参
照）の高濃度拡散領域７を底面側から光電変換領域８の
側面上における電極５側の一部と接するように延ばした
場合である。実施例３（図４参照）に比べて、シリコン
基板側からの電荷が第２導電型の光電変換領域８に侵入
する確率は減少し、更に固体撮像装置のスミアやノイズ
が低減する。
【００３１】図６は、本発明の実施例５に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、実施例４（図５参
照）における高濃度拡散領域７と素子分離領域３との接
触している部分を接しないようにした場合である。実施
例１（図１参照）に比べて、シリコン基板側からの電荷
が光電変換領域８に侵入する確率は減少し、更に固体撮
像装置のスミアやノイズが低減する。
【００３２】図７は、本発明の実施例６に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、シリコン基板１と光
電変換領域８との境界面から所定の間隔をおいて離れた
前記シリコン基板中に高濃度拡散領域７を有する場合で
ある。高濃度拡散領域７がない場合に比べて、シリコン
基板１側からの電荷が光電変換領域８に侵入する確率は
減少し、固体撮像装置のスミアやノイズが低減する。ま
た、実施例１（図１参照）の場合に比べ、光電変換領域
で可視光から赤外光での光電変換効率が良化しうる。
【００３３】図８は、本発明の実施例７に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、実施例６（図７参
照）の高濃度拡散領域７を光電変換領域８のドレイン領
域９側の側面を除く側面に接するようにして素子分離領
域３に接するように延ばした場合である。実施例６（図
７参照）に比べて、シリコン基板１側からの電荷が光電
変換領域８に侵入する確率は減少し、固体撮像装置のス
ミアやノイズが低減する。
【００３４】図９は、本発明の実施例８に係る固体撮像
装置の断面概略図である。これは、実施例７（図８参
照）の高濃度拡散領域７の底部を電極５側に延ばした場
合である。実施例７（図８参照）に比べて、シリコン基
板１側からの電荷が光電変換領域８に侵入する確率は減
少し、固体撮像装置のスミアやノイズが低減する。
【００３５】図１０は、本発明の実施例９に係る固体撮
像装置の断面概略図である。これは、実施例７（図８参
照）の高濃度拡散領域７を底面側から光電変換領域８の
側面上における電極５側の一部と接するように延ばした
場合である。実施例８（図９参照）に比べて、シリコン
基板側からの電荷が光電変換領域８に侵入する確率は減
少し、固体撮像装置のスミアやノイズが低減する。
【００３６】図１１は、本発明の実施例１０に係る固体
撮像装置の断面概略図である。これは、光電変換領域８
と高濃度拡散領域７との間にシリコン基板１と異なる濃
度の不純物を拡散させた異濃度拡散領域１１を介入させ
た場合である。高濃度拡散領域７がない場合に比べて、
シリコン基板側からの電荷が光電変換領域８に侵入する
確率は減少し、固体撮像装置のスミアやノイズが低減す
る。
【００３７】図１２は、本発明の実施例１１に係る固体
撮像装置の断面概略図である。これは、実施例１０（図
１１参照）の高濃度拡散領域７を光電変換領域８のドレ
イン領域９側の側面を除く側面に接するようにして、さ
らに素子分離領域３に接するように延ばした場合であ
る。実施例１０（図１１参照）に比べて、シリコン基板
側からの電荷が光電変換領域８に侵入する確率は減少
し、固体撮像装置のスミアやノイズが低減する。
【００３８】図１３は、本発明の実施例１２に係る固体
撮像装置の断面概略図である。これは、実施例１１（図
１２参照）の高濃度拡散領域７の底部を電極５側に延ば
した場合である。実施例１１（図１２参照）の場合に比
べて、シリコン基板側からの電荷が光電変換領域８に侵
入する確率は減少し、固体撮像装置のスミアやノイズが
低減する。
【００３９】図１４は、本発明の実施例１３に係る固体
撮像装置の断面概略図である。これは、実施例１２（図
１３参照）の高濃度拡散領域７を底面側から光電変換領
域８の側面上における電極５側の一部と接するように延
ばした場合である。実施例１２（図１３参照）の場合に
比べて、シリコン基板側からの電荷が光電変換領域８に
侵入する確率は減少し、固体撮像装置のスミアやノイズ
が低減する。
【００４０】図１５は、本発明の実施例１４に係る固体
撮像装置の断面概略図である。これは、実施例１３（図
１４参照）における高濃度拡散領域７と素子分離領域３
との接触する部分を接しないようにした場合である。高
濃度拡散領域７がない場合に比べて、シリコン基板側か
らの電荷が光電変換領域８に侵入する確率は減少し、固
体撮像装置のスミアやノイズが低減する。
【００４１】なお、異濃度拡散領域１１は、光電変換領
域８の側面に形成される場合でも、高濃度拡散領域７の
底面外側ないし側面外側に形成される場合でも、同様の
効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、固体撮像装置のスミア
やノイズが低減できることである。その理由は、第１導
電型のシリコン基板側からの電荷にはポテンシャルバリ
アとなるシリコン基板より高濃度の不純物を拡散する第
１導電型の高濃度拡散領域が第２導電型の光電変換領域
のシリコン基板側ないし側面に存在すると、光電変換領
域で光電変換することにより発生した電荷のシリコン基
板側への漏れが少なくなるとともに、シリコン基板側か
ら電荷が光電変換領域に侵入しにくくなるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図２】本発明の実施例１に係る固体撮像装置の製造方
法についての製造工程を説明するための断面概略図であ
る。
【図３】本発明の実施例２に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図４】本発明の実施例３に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図５】本発明の実施例４に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図６】本発明の実施例５に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図７】本発明の実施例６に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図８】本発明の実施例７に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図９】本発明の実施例８に係る固体撮像装置の断面概
略図である。
【図１０】本発明の実施例９に係る固体撮像装置の断面
概略図である。
【図１１】本発明の実施例１０に係る固体撮像装置の断
面概略図である。
【図１２】本発明の実施例１１に係る固体撮像装置の断
面概略図である。
【図１３】本発明の実施例１２に係る固体撮像装置の断
面概略図である。
【図１４】本発明の実施例１３に係る固体撮像装置の断
面概略図である。
【図１５】本発明の実施例１４に係る固体撮像装置の断
面概略図である。
【図１６】従来の一例に係る固体撮像装置の断面概略図
である。
【符号の説明】
１ シリコン基板（第１導電型） ２ シリコン窒化膜 ３ 素子分離領域 ４ 絶縁膜 ５ 電極 ６ フォトレジスト ７ 高濃度拡散領域（第１導電型） ８ 光電変換領域（第２導電型） ９ ドレイン領域（第２導電型） １０ 接続線 １１ 異濃度拡散領域（第１導電型） １０１ フォトダイオード（光電変換領域、第２導電
型） １０２ Ｐ-層（低濃度不純物拡散領域、第１導電型） １０３ トランスファーゲート １０４ ドレイン（第２導電型） １０５ Ｐ型基板（シリコン基板、第１導電型）

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型領域となるシリコン基板に第２
    導電型領域となる光電変換領域を備えた固体撮像装置に
    おいて、 前記光電変換領域と前記シリコン基板との間に前記シリ
    コン基板より高濃度の不純物を拡散した第１導電型領域
    となる高濃度拡散領域を有することを特徴とする固体撮
    像装置。
  2. 【請求項２】前記光電変換領域と前記高濃度拡散領域と
    の間に前記シリコン基板及び前記高濃度拡散領域のそれ
    ぞれと異なる濃度の不純物を拡散した第１導電型領域と
    なる異濃度拡散領域を有することを特徴とする請求項１
    記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項３】前記シリコン基板と前記高濃度拡散領域と
    の間に前記シリコン基板及び前記高濃度拡散領域のそれ
    ぞれと異なる濃度の不純物を拡散した第１導電型領域と
    なる異濃度拡散領域を有することを特徴とする請求項１
    又は２記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項４】前記高濃度拡散領域は、前記光電変換領域
    の底面ないし側面の少なくとも一部に有することを特徴
    とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の固体撮像装
    置。
  5. 【請求項５】前記異濃度拡散領域は、前記光電変換領域
    の底面ないし側面の少なくとも一部に有することを特徴
    とする請求項２又は４記載の固体撮像装置。
  6. 【請求項６】前記異濃度拡散領域は、前記高濃度拡散領
    域の底面ないし側面の少なくとも一部に有することを特
    徴とする請求項３乃至５のいずれか一に記載の固体撮像
    装置。
  7. 【請求項７】第１導電型領域となるシリコン基板に第２
    導電型領域となる光電変換領域を備えた固体撮像装置に
    おいて、 前記シリコン基板と前記光電変換領域の境界面から所定
    の間隔をおいて離れた前記シリコン基板中に前記シリコ
    ン基板より高濃度の不純物を拡散した第１導電型領域と
    なる高濃度拡散領域を有することを特徴とする固体撮像
    装置。
  8. 【請求項８】前記高濃度拡散領域は、前記光電変換領域
    の底面側ないし側面側の少なくとも一部に有することを
    特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
  9. 【請求項９】第１導電型領域のシリコン基板に第２導電
    型領域となる光電変換領域を形成する工程と、 前記光電変換領域のシリコン基板側にシリコン基板より
    高濃度の不純物を拡散した第１導電型領域となる高濃度
    拡散領域を形成する工程と、を含むことを特徴とする固
    体撮像装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】第１導電型領域となるシリコン基板上
    に、前記シリコン基板より高濃度の不純物を拡散した第
    １導電領域となる高濃度拡散領域を形成するための第１
    レジストパターンを形成する工程と、 前記第１レジストパターン上からイオン注入によって前
    記シリコン基板に前記高濃度拡散領域を形成する工程
    と、 前記高濃度拡散領域を形成したシリコン基板上に、前記
    第１レジストパターンで形成した空部分の領域内におけ
    る所定の位置にその大きさより小さな空部分を有する第
    ２レジストパターンを形成する工程と、 前記第２レジストパターン上からイオン注入によって前
    記シリコン基板に第２導電型領域となる光電変換領域を
    形成する工程と、を含むことを特徴とする固体撮像装置
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記光電変換領域と前記高濃度拡散領域
    の間に、シリコン基板及び高濃度拡散領域と異なる濃度
    の不純物を拡散させた第１導電型領域の異濃度拡散領域
    を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９又は１
    ０記載の固体撮像装置の製造方法。
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