JP2002289534A - Method for fabricating semiconductor device and method for sorting solid-state imaging device - Google Patents
Method for fabricating semiconductor device and method for sorting solid-state imaging deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、第2導電型の不純
物領域上に第1,第2導電型または真性の不純物領域を
結晶成長するときの界面近傍での汚染、とくにN化汚染
の程度を有効に検知して結晶成長を進める工程を含む半
導体装置の製造方法と、その検知した値を特性選別の基
準に用いる固体撮像装置の選別方法とに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for growing a first or second conductivity type or intrinsic impurity region on an impurity region of the second conductivity type. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a step of effectively detecting crystallinity and promoting crystal growth, and a method of selecting a solid-state imaging device using the detected value as a reference for characteristic selection.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の素子形成領域を結晶成長に
より形成することがある。たとえば、本願出願人が特開
平9−331058号公報に開示した発明では、縦型オ
バーフロードレイン方式の固体撮像素子において、第1
導電型半導体基板と、該第1導電型半導体基板上に形成
された第2導電型半導体領域と、該第2導電型半導体領
域上に形成された第2導電型半導体領域より低濃度で赤
外線が十分吸収されうる厚さの第1導電型,第2導電型
または真性の発明領域を有し、該第1導電型,第2導電
型または真性の半導体領域の表面に受光部が形成されて
いる。好ましくは、第1導電型,第2導電型または真性
の半導体領域がエピタキシャル層で形成され、第2導電
型半導体領域がイオン注入により形成され、その濃度が
1014〜1016cm-3程度となっている。2. Description of the Related Art An element formation region of a semiconductor device is sometimes formed by crystal growth. For example, in the invention disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-331058, the first type of solid-state imaging device of the vertical overflow drain type is disclosed.
A conductive semiconductor substrate, a second conductive semiconductor region formed on the first conductive semiconductor substrate, and infrared light having a lower concentration than the second conductive semiconductor region formed on the second conductive semiconductor region. A first conductivity type, a second conductivity type, or an intrinsic region of the invention having a thickness that can be sufficiently absorbed, and a light receiving portion is formed on a surface of the first conductivity type, the second conductivity type, or the intrinsic semiconductor region; . Preferably, the first conductivity type, the second conductivity type or the intrinsic semiconductor region is formed by an epitaxial layer, the second conductivity type semiconductor region is formed by ion implantation, and the concentration is about 10 14 to 10 16 cm -3. Has become.
【0003】この公報に記載された固体撮像素子によれ
ば、第2導電型半導体領域が形成された半導体基板上
に、第2導電型半導体領域より低濃度で赤外線が充分吸
収されうる厚さの半導体領域を形成している。これによ
り、高エネルギーのイオン注入を用いると良好な生産性
を保つことが困難となる深さに、いわゆるオーバフロー
バリア領域(第2導電型不純物領域)を形成することが
可能となった。その結果、縦型オバーフロードレイン構
造を形成した場合でも、赤外線などの波長が長い入射光
成分が感度向上に寄与するようになった。固体撮像素子
の微細化,受光部面積の縮小にともなって素子の高感度
化は重要な課題になっており、上記発明によって固体撮
像素子の高集積化,高感度化が大きく進展するものと期
待される。According to the solid-state imaging device described in this publication, a semiconductor substrate having a second conductivity type semiconductor region formed thereon has a lower concentration than the second conductivity type semiconductor region and a thickness sufficient to absorb infrared rays. A semiconductor region is formed. This makes it possible to form a so-called overflow barrier region (second conductivity type impurity region) at a depth where it is difficult to maintain good productivity when high-energy ion implantation is used. As a result, even when the vertical overflow drain structure is formed, an incident light component having a long wavelength such as infrared light contributes to the improvement of sensitivity. With the miniaturization of the solid-state imaging device and the reduction of the light receiving area, the sensitivity of the device has become an important issue, and it is expected that the above-mentioned invention will greatly advance the integration and sensitivity of the solid-state imaging device. Is done.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、もともと低
い濃度の半導体領域上に、さらに低い濃度の半導体を結
晶成長する場合、それまで施された種々の半導体形成工
程での汚染などの影響を受け、結晶成長を行うときの界
面付近で導電型がn型になりやすいというN化の問題が
ある。結晶成長層のN化の程度が大きいと、所望の不純
物プロファイルを有した結晶成長層を形成することが困
難となり、また素子特性に与える影響も大きくなる。However, when a semiconductor having a lower concentration is grown on a semiconductor region having a lower concentration than before, the semiconductor is affected by contamination and the like in various semiconductor forming steps performed so far. There is a problem of N-type that the conductivity type is likely to be n-type near the interface when performing crystal growth. If the degree of N-formation of the crystal growth layer is large, it becomes difficult to form a crystal growth layer having a desired impurity profile, and the influence on the device characteristics also increases.
【0005】たとえば、上記公報に記載された固体撮像
素子では、第2導電型半導体領域の不純物濃度が1014
〜1016cm-3と低く、その上に、これより低い濃度の
第1導電型,第2導電型または真性の半導体領域を結晶
成長する(以下、この半導体領域をエピタキシャル層と
いう)。この結晶成長の以前に、第2導電型不純物領域
の形成時に行った、洗浄,酸化,フォトリソグラフィ,
イオン注入,酸化膜剥離の各工程、および、その結晶成
長前の洗浄工程で、第2導電型不純物領域のドーパント
不純物が汚染されていることがある。具体的に、この汚
染としては、第2導電型不純物領域の表面がN化してい
ることがある。その後、第2導電型不純物領域の上に結
晶成長する、より低濃度の半導体領域の界面に上記N化
による不純物が混入し、オーバーフローバリア濃度が変
動して、この濃度変動が、所定のオーバフローバリア高
さを得るための基板電圧Vsub を大きくばらつかせる要
因となる。また、このオーバーフローバリア濃度変動
が、固体撮像素子内の画素間で混色不良を発生させる原
因となる。[0005] For example, in the solid-state imaging device described in the above publication, the impurity concentration of the second conductivity type semiconductor region is 10 14
As low as to 10 16 cm -3, thereon which is lower than the concentration first conductivity type, the second conductivity type or intrinsic semiconductor region grown (hereinafter, the semiconductor region of the epitaxial layer). Before the crystal growth, cleaning, oxidation, photolithography,
In each of the steps of ion implantation and oxide film stripping, and the cleaning step before crystal growth, the dopant impurities in the second conductivity type impurity region may be contaminated. Specifically, the contamination may be that the surface of the second conductivity type impurity region is N-type. Thereafter, the impurity due to the N-contamination mixes into the interface of the lower-concentration semiconductor region, which grows on the second conductivity type impurity region, and the overflow barrier concentration fluctuates. This is a factor that greatly varies the substrate voltage Vsub for obtaining the height. In addition, the fluctuation of the overflow barrier density causes a color mixing defect between pixels in the solid-state imaging device.
【0006】このN化防止の対策のために種々の装置管
理がなされているが、1014cm-3レベルと極めて低い
濃度の汚染を管理することは現状では難しく、N化防止
の対策が不十分な状況である。さらに、現状では、上記
の1014cm-3レベルのN化を事前に確認することがで
きない。すなわち、実際にエピタキシャル層を形成後に
固体撮像素子を形成してみないと、オーバーフローバリ
ア濃度の変動およびそれに基づく画素間の混色の程度が
判らない。その結果、所定のオーバーフローバリアの高
さの変化を得るための基板電圧Vsub が大幅にばらつい
たり、画素間の混色不良が多量に発生するといった事態
を未然に防ぐことができないという課題があった。Various devices have been managed to prevent this N-nitrification, but it is difficult at present to control contamination at an extremely low concentration of 10 14 cm -3, and measures to prevent N-nitration are not possible. That's enough. Furthermore, under the present circumstances, it is not possible to confirm in advance the above N - level of 10 14 cm −3 . That is, unless the solid-state imaging device is actually formed after the epitaxial layer is actually formed, the fluctuation of the overflow barrier density and the degree of color mixing between pixels based on the fluctuation cannot be known. As a result, there has been a problem that it is not possible to prevent a situation in which the substrate voltage Vsub for obtaining a predetermined change in the height of the overflow barrier varies greatly or a large amount of color mixing failure between pixels occurs.
【0007】本発明の第1の目的は、第2導電型の不純
物領域上に第1,第2導電型または真性の不純物領域を
結晶成長するときの界面近傍での汚染を有効に検知し、
その検出結果を以後の工程に反映させて不良の発生率を
抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。また、本発明の第2の目的は、上記検出結
果を完成後の固体撮像素子の特性の良否を決める基準の
一つに用いる固体撮像装置の選別方法を提供することに
ある。A first object of the present invention is to effectively detect contamination near an interface when growing a first, second conductivity type or intrinsic impurity region on a second conductivity type impurity region,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can suppress the occurrence rate of defects by reflecting the detection result in subsequent steps. A second object of the present invention is to provide a method of selecting a solid-state imaging device using the above detection result as one of the criteria for determining the quality of a solid-state imaging device after completion.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため、本発明の第1の観点に係る半導体装置の製造方
法は、第1導電型半導体の表層の一部に第2導電型の半
導体領域を形成し、第2導電型の半導体領域上と、その
周囲の第1導電型半導体上とに、第1,第2導電型また
は真性の半導体からなる結晶成長層を結晶成長させる工
程を含む半導体装置の製造方法であって、上記結晶成長
の工程が以下の緒工程、すなわち、半導体装置の製造ロ
ットを構成する複数のウエハのうち一枚を先行して結晶
成長し、上記第2導電型の半導体領域のピークキャリア
濃度(C1)と、上記結晶成長層と上記第1導電型半導
体との境界の近傍にできた濃度異常変化のピークキャリ
ア濃度(C2)とを、上記先行して結晶成長したウエハ
で実測し、上記2つのピークキャリア濃度の比(C2/
C1)が所定値以下のときに、上記製造ロット内の他の
ウエハを、上記先行したウエハと同じ条件で結晶成長す
る、各工程を含む。上記ピークキャリア濃度の比(C2
/C1)が所定値より大きいとき、好適に、その値に応
じて、前処理を含む結晶成長に関係する緒条件のうち少
なくとも一つの条件を上記先行したウエハの結晶成長時
から変えて、上記製造ロット内の他のウエハを結晶成長
する。また、上記結晶成長層の不純物濃度が、上記第2
導電型の半導体領域の第2導電型不純物の濃度より低
い。In order to achieve the first object, a method of manufacturing a semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a method of manufacturing a semiconductor device according to a first aspect of the present invention. Forming a semiconductor region of the first type, and crystal-growing a crystal growth layer made of a first, second, or intrinsic semiconductor on the second conductivity type semiconductor region and on the surrounding first conductivity type semiconductor. Wherein the step of crystal growth comprises the following steps, that is, one of a plurality of wafers constituting a production lot of the semiconductor device is first crystal-grown, and The peak carrier concentration (C1) of the semiconductor region of the conductivity type and the peak carrier concentration (C2) of the abnormal concentration change formed near the boundary between the crystal growth layer and the semiconductor of the first conductivity type are calculated in advance. Measured on a wafer with crystal growth, The ratio of the peak carrier concentration (C2 /
When C1) is equal to or less than a predetermined value, the method includes the steps of crystal growing another wafer in the production lot under the same conditions as the preceding wafer. The peak carrier concentration ratio (C2
When / C1) is larger than a predetermined value, it is preferable to change at least one of the conditions related to crystal growth including the pretreatment from the time of the preceding wafer crystal growth according to the value. Another wafer in the production lot is crystal-grown. In addition, the impurity concentration of the crystal growth layer is equal to the second impurity concentration.
The concentration is lower than the concentration of the second conductivity type impurity in the semiconductor region of the conductivity type.
【0009】この半導体装置の製造方法は、固体撮像装
置の製造方法に好適である。すなわち、上記半導体装置
は固体撮像装置であり、上記第1導電型半導体は、上記
固体撮像装置の第1導電型半導体基板または半導体基板
上に形成した第1導電型の半導体層であり、上記製造方
法が以下の緒工程、すなわち、第2導電型不純物を第1
導電型半導体にイオン注入して、オーバフローバリア層
として機能する上記第2導電型の半導体領域を形成し、
上記先行ウエハの結晶成長,上記2つのピークキャリア
濃度の測定および他のウエハの結晶成長を含む上記結晶
成長の工程を実行し、上記結晶成長層に固体撮像素子を
形成する。上記結晶成長層の不純物濃度が、上記第2導
電型の半導体領域の第2導電型不純物の濃度より低い。
また、上記結晶成長層を、その上面より入射した赤外光
が十分吸収される範囲の所定厚さまで成長させる。これ
らの要件を満たす固体撮像装置において、好適に、上記
結晶成長の良否を決める判定基準に用いた上記ピークキ
ャリア濃度の比(C2/C1)の値が0.2である。This method of manufacturing a semiconductor device is suitable for a method of manufacturing a solid-state imaging device. That is, the semiconductor device is a solid-state imaging device, the first conductivity-type semiconductor is a first conductivity-type semiconductor substrate of the solid-state imaging device, or a first conductivity-type semiconductor layer formed on the semiconductor substrate. The method comprises the following steps:
Ion implantation into the conductive semiconductor to form the second conductive semiconductor region functioning as an overflow barrier layer,
The steps of crystal growth including crystal growth of the preceding wafer, measurement of the two peak carrier concentrations, and crystal growth of another wafer are performed to form a solid-state imaging device on the crystal growth layer. An impurity concentration of the crystal growth layer is lower than a concentration of the second conductivity type impurity in the second conductivity type semiconductor region.
Further, the crystal growth layer is grown to a predetermined thickness in a range where infrared light incident from the upper surface is sufficiently absorbed. In a solid-state imaging device satisfying these requirements, the value of the ratio (C2 / C1) of the peak carrier concentration used as a criterion for determining the quality of the crystal growth is preferably 0.2.
【0010】この半導体装置の製造方法では、第2導電
型の不純物領域の表面汚染の程度が、上記ピークキャリ
ア濃度の比(C2/C1)に強く相関する。したがっ
て、この濃度比が一定値以下、たとえば0.2以下の場
合、同一ロット内の後続ウエハを同じ条件で結晶成長す
る。この濃度比が一定値、たとえば0.2より大きい場
合、前処理を含む結晶成長に関係する緒条件のうち少な
くとも一つの条件を変えて結晶成長を続けることができ
る。これにより、第2導電型の不純物領域の表面汚染に
起因した結晶成長層の品質低下が有効に回避される。ま
た、上記濃度比が基準値を大きく上回る場合は、たとえ
ば、そのロットを廃棄する。In this method of manufacturing a semiconductor device, the degree of surface contamination of the impurity region of the second conductivity type strongly correlates with the ratio of the peak carrier concentration (C2 / C1). Therefore, when this concentration ratio is equal to or less than a certain value, for example, 0.2 or less, subsequent wafers in the same lot grow under the same conditions. When this concentration ratio is larger than a certain value, for example, 0.2, crystal growth can be continued by changing at least one of the conditions related to crystal growth including pretreatment. As a result, quality degradation of the crystal growth layer due to surface contamination of the impurity region of the second conductivity type is effectively avoided. If the above concentration ratio greatly exceeds the reference value, for example, the lot is discarded.
【0011】前記した本発明の第2の目的を達成するた
めに、本発明の第2の観点に係る固体撮像装置の選別方
法は、第1導電型半導体の表層の一部に第2導電型の半
導体領域を形成し、第2導電型の半導体領域上と、その
周囲の第1導電型半導体上とに、第1,第2導電型また
は真性の半導体からなる結晶成長層を結晶成長させる工
程を含むプロセスを経て製造された固体撮像装置の選別
方法であって、上記結晶成長の工程が以下の緒工程、す
なわち、半導体装置の製造ロットを構成し同じ条件の同
じ製造装置を用いて製造される複数のウエハのうち一枚
を先行して結晶成長し、上記第2導電型の半導体領域の
ピークキャリア濃度(C1)と、上記結晶成長層と上記
第1導電型半導体との境界の近傍で上記結晶成長層内に
できた濃度異常変化のピークキャリア濃度(C2)と
を、上記先行して結晶成長したウエハで実測する各工程
を含み、完成後の固体撮像装置の特性の選別時に、上記
2つのピークキャリア濃度の比(C2/C1)を選別基
準の一つに用いる。In order to achieve the above-mentioned second object of the present invention, a method for selecting a solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention comprises the steps of: Forming a semiconductor region of the first type, and crystal-growing a crystal growth layer made of a first, second, or intrinsic semiconductor on the second conductivity type semiconductor region and on the surrounding first conductivity type semiconductor. A method for selecting a solid-state imaging device manufactured through a process including the following, wherein the crystal growth step is performed using the same manufacturing apparatus under the same conditions, comprising a manufacturing lot of a semiconductor device. One of a plurality of wafers is first crystal-grown, and the peak carrier concentration (C1) of the second conductivity type semiconductor region and the vicinity of the boundary between the crystal growth layer and the first conductivity type semiconductor are determined. Abnormal concentration change in the crystal growth layer And the peak carrier concentration (C2) of the solid-state imaging device after completion of the above-described process. ) Is used as one of the selection criteria.
【0012】好適に、固体撮像素子が形成された上記結
晶成長層の不純物濃度が、オーバフローバリア層として
機能する上記第2導電型の半導体領域の第2導電型不純
物の濃度より低く、かつ、上記結晶成長層の厚さが、そ
の上面より入射した赤外光が十分吸収される範囲内の所
定厚さに設定されている固体撮像装置の選別において、
上記ピークキャリア濃度の比(C2/C1)の値0.2
を、混色特性が良いと予測されるウエハの選別基準の一
つに用いる。Preferably, the impurity concentration of the crystal growth layer on which the solid-state imaging device is formed is lower than the concentration of the second conductivity type impurity in the second conductivity type semiconductor region functioning as an overflow barrier layer. In the selection of a solid-state imaging device in which the thickness of the crystal growth layer is set to a predetermined thickness within a range in which infrared light incident from the upper surface is sufficiently absorbed,
The value of the ratio (C2 / C1) of the peak carrier concentration 0.2
Is used as one of the criteria for selecting wafers predicted to have good color mixing characteristics.
【0013】この固体撮像装置の選別方法では、製造途
中で得られた上記濃度比のデータを見て、完成後の固体
撮像装置に対し、その結晶成長層の品質に関係する特
性、たとえば混色不良や基板電圧のばらつきの程度など
を選別する。In this method for selecting a solid-state imaging device, the data relating to the above-mentioned concentration ratio obtained during the manufacturing process is referred to, and the characteristics related to the quality of the crystal growth layer, such as poor color mixture, are given to the completed solid-state imaging device. And the degree of variation in substrate voltage.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。ここでは、インターライン転送
方式のCCDに本発明を適用した例を説明する。本発明
は、その他、フレームインターライン転送方式あるいは
フレーム転送方式など、転送方式に限定なく広く適用で
きる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, an example in which the present invention is applied to an interline transfer type CCD will be described. The present invention can be widely applied without being limited to a transfer method such as a frame interline transfer method or a frame transfer method.
【0015】図1は、本実施形態に係るCCDの概略構
成を示すブロック図である。このCCDは、撮像部1、
水平転送部2、出力部3から構成されている。出力部3
は、とくに図示しないが、出力ゲート部と、たとえばフ
ローティングゲートアンプまたはフローティングディフ
ュージョンアンプにより構成された電荷−電圧変換部
と、リセットゲート部とを有する。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a CCD according to this embodiment. This CCD includes an imaging unit 1,
It comprises a horizontal transfer unit 2 and an output unit 3. Output unit 3
Although not particularly shown, has an output gate unit, a charge-to-voltage conversion unit constituted by, for example, a floating gate amplifier or a floating diffusion amplifier, and a reset gate unit.
【0016】撮像部1は、光電変換を行なう受光部4、
読出ゲート部5および垂直転送部6からなる画素7を、
平面マトリックス状に多数配置させて構成されている。
各画素7間は、図示せぬチャネルストップで電気的に干
渉しないように分離されている。垂直転送部6は、受光
部4の列ごとに共有され行方向に所定本数、配置されて
いる。撮像部1には、垂直転送部6を駆動する4相の垂
直転送クロック信号が入力される。水平転送部2には、
これを駆動する2相の水平転送クロック信号が入力され
る。これら水平転送部2および垂直転送部6は、半導体
基板内の表面側に不純物が導入されて形成されたマイノ
リティ・キャリアの電位井戸と、誘電膜を介して基板上
に繰り返し分離して形成された複数の電極(転送電極)
とを有する。これらの転送部2,6には、その転送電極
に対して上記した4相または2相の転送クロック信号が
それぞれ周期的に位相をずらして印加される。これら転
送部3,7は、転送電極に印加される転送クロック信号
に制御されて前記電位井戸のポテンシャル分布が順次変
化し、この電位井戸内の電荷を転送クロック信号の位相
ずれ方向に転送する、いわゆるシフトレジスタとして機
能する。以下、垂直転送部を垂直転送レジスタ、水平転
送部を水平転送レジスタという。The imaging section 1 includes a light receiving section 4 for performing photoelectric conversion,
The pixel 7 including the read gate unit 5 and the vertical transfer unit 6 is
A large number of them are arranged in a planar matrix.
Each pixel 7 is separated by a channel stop (not shown) so as not to cause electrical interference. The vertical transfer units 6 are shared by columns of the light receiving unit 4 and are arranged in a predetermined number in the row direction. A four-phase vertical transfer clock signal for driving the vertical transfer unit 6 is input to the imaging unit 1. In the horizontal transfer unit 2,
A two-phase horizontal transfer clock signal for driving this is input. The horizontal transfer unit 2 and the vertical transfer unit 6 are formed by repeatedly separating a potential well of a minority carrier formed by introducing an impurity into a surface side in a semiconductor substrate and a substrate via a dielectric film. Multiple electrodes (transfer electrodes)
And The above-described four-phase or two-phase transfer clock signals are applied to these transfer units 2 and 6 with their phases periodically shifted to the transfer electrodes. The transfer units 3 and 7 are controlled by the transfer clock signal applied to the transfer electrode, and the potential distribution of the potential well changes sequentially, and transfers the charges in the potential well in the phase shift direction of the transfer clock signal. It functions as a so-called shift register. Hereinafter, the vertical transfer unit is referred to as a vertical transfer register, and the horizontal transfer unit is referred to as a horizontal transfer register.
【0017】図2は、図1のA−A線に沿った1画素分
の水平方向断面図である。このCCDは、n型のシリコ
ン基板10を有し、その表面上に、これより低い不純物
濃度のn型(以下、n- 型と表記)の第1エピタキシャ
ル層11が形成されている。第1エピタキシャル層11
は、単結晶シリコンの結晶成長により形成される。第1
エピタキシャル層11の表層の一部、すなわち撮像部1
に対応した箇所にp型の半導体不純物領域12が形成さ
れている。図2に表れていない撮像部1以外の箇所で
は、第1エピタキシャル層11の表層部にp型の半導体
不純物領域12が形成されていないため、表面にn型の
第1エピタキシャル層11が表れている。そして、この
p型の半導体不純物領域12上、および、その周囲のn
型の第1エピタキシャル層11上に、第1エピタキシャ
ル層11より更に低濃度のn型(以下、n--型と表記)
の第2エピタキシャル層13が形成されている。この第
2エピタキシャル層13が、本発明の“結晶成長層”に
該当し、結晶成長法により形成される。FIG. 2 is a horizontal sectional view of one pixel taken along the line AA in FIG. This CCD has an n-type silicon substrate 10 on which an n-type (hereinafter referred to as n - type) first epitaxial layer 11 having a lower impurity concentration is formed. First epitaxial layer 11
Is formed by crystal growth of single crystal silicon. First
Part of the surface layer of the epitaxial layer 11, that is, the imaging unit 1
A p-type semiconductor impurity region 12 is formed at a location corresponding to. Since the p-type semiconductor impurity region 12 is not formed in the surface layer of the first epitaxial layer 11 except for the imaging unit 1 not shown in FIG. 2, the n-type first epitaxial layer 11 appears on the surface. I have. Then, on the p-type semiconductor impurity region 12 and around n
N-type (hereinafter referred to as n − -type) having a lower concentration than the first epitaxial layer 11 on the first type epitaxial layer 11.
Of the second epitaxial layer 13 is formed. The second epitaxial layer 13 corresponds to the “crystal growth layer” of the present invention, and is formed by a crystal growth method.
【0018】第2エピタキシャル層13内の垂直転送レ
ジスタ6に対応した位置に、電荷転送時に電位井戸を形
成するn型の転送チャネル領域15が形成されている。
n型転送チャネル領域15は垂直転送方向に長く、撮像
部1全体では、たとえば並行ストライプ状に形成されて
いる。n型転送チャネル領域15の基板深部側に、p +
型の高濃度不純物領域16が形成されている。このp+
型高濃度不純物領域16の存在により、基板バルク側で
発生した電荷のn型転送チャネル領域15への流入が防
止され、その結果、とくにスミアが有効に抑制される。
なお、n型の転送チャネル領域15の基板表面側にもp
型不純物領域を形成し、転送チャネルを埋め込み型とし
てもよい。この場合、基板表面準位による信号電荷のピ
ンニングが防止され、垂直転送効率が向上する。The vertical transfer level in the second epitaxial layer 13 is
A potential well is formed at the position corresponding to the
An n-type transfer channel region 15 to be formed is formed.
The n-type transfer channel region 15 is long in the vertical transfer direction,
The entire part 1 is formed, for example, in a parallel stripe shape.
I have. On the deep side of the substrate in the n-type transfer channel region 15, p +
A high-concentration impurity region 16 is formed. This p+
On the substrate bulk side due to the presence of the
The generated charges are prevented from flowing into n-type transfer channel region 15.
As a result, smear is effectively suppressed.
It should be noted that the n-type transfer channel region 15 also has p
Type impurity region, and make the transfer channel a buried type.
You may. In this case, the signal charge peaks due to the substrate surface level.
And vertical transfer efficiency is improved.
【0019】第2エピタキシャル層13内の前記受光部
4に対応した位置に、n- 型の不純物領域(信号電荷蓄
積領域)18が形成されている。また、n- 型の不純物
領域18の基板表面側には、正電荷が蓄積されるp++型
不純物領域(正電荷蓄積領域)19が形成されている。
これらにより、基板垂直方向の断面がP++−N- −N --
−P構造の、いわゆるHAD(Hole Accumulated Diode)
センサと称されるフォトダイオードPDが形成されてい
る。このフォトダイオードPDに入射された光が光電変
換されて信号電荷(電子)を生成し、この信号電荷がn
- 型の不純物領域18内で一定時間蓄積される。また、
入射光が強い場合に、余分な電荷はp型の不純物領域1
2により形成されたOFB(Over Flow Barrier) から溢
れ出し基板側に捨てられる。OFBの高さは基板10に
印加される基板電圧Vsub により変化させることができ
る。この基板電圧Vsub を変えることにより、信号電荷
の蓄積量が変化し、蓄積時間を変更してシャッタ機能が
実現される。The light receiving section in the second epitaxial layer 13
In the position corresponding to 4, n- Type impurity region (signal charge storage
(Product area) 18 is formed. Also, n- Mold impurities
On the substrate surface side of the region 18, p++Type
An impurity region (positive charge storage region) 19 is formed.
As a result, the cross section in the vertical direction of the substrate becomes P++-N- -N -
A so-called HAD (Hole Accumulated Diode) with -P structure
A photodiode PD called a sensor is formed.
You. The light incident on the photodiode PD undergoes photoelectric conversion.
Is converted to generate signal charges (electrons).
- It is accumulated for a certain time in the impurity region 18 of the mold. Also,
When the incident light is strong, the extra charges are transferred to the p-type impurity region 1.
Overflows from OFB (Over Flow Barrier) formed by
Discarded on the substrate side. OFB height on substrate 10
It can be changed by the applied substrate voltage Vsub.
You. By changing the substrate voltage Vsub, the signal charge
Changes the accumulation time and changes the accumulation time to activate the shutter function.
Is achieved.
【0020】受光部4に対し図2より右側で隣接する他
のセルの垂直転送部(不図示)との間、あるいは、前述
した垂直転送部6に対し図2より左側で隣接する他のセ
ルの受光部(不図示)との間に、p+ 型の高濃度不純物
領域からなるチャネルストップ領域17が形成されてい
る。チャネルストップ領域17は、フォトダイオードP
Dを構成する不純物領域18,19の図2に表れていな
い他の2辺側にも延在している。これにより、水平方向
および垂直方向のセル間で信号電荷の干渉が有効に防止
されている。Another cell adjacent to the light receiving section 4 on the right side of FIG. 2 with a vertical transfer section (not shown) of another cell, or another cell adjacent to the above-described vertical transfer section 6 on the left side of FIG. A channel stop region 17 composed of ap + -type high-concentration impurity region is formed between the light-receiving portion (not shown). The channel stop region 17 includes the photodiode P
The impurity regions 18 and 19 constituting D also extend to the other two sides not shown in FIG. As a result, interference of signal charges between cells in the horizontal and vertical directions is effectively prevented.
【0021】垂直転送レジスタ6のn型の転送チャネル
領域15と受光部4のn+ 型の不純物領域18との間に
位置するn--型不純物領域が、読出ゲート領域となる。
なお、この領域に、読出ゲートの電位障壁の高さを調整
する低濃度なp型不純物領域を形成してもよい。The n − -type impurity region located between the n-type transfer channel region 15 of the vertical transfer register 6 and the n + -type impurity region 18 of the light receiving section 4 becomes a read gate region.
Note that a low-concentration p-type impurity region for adjusting the height of the potential barrier of the read gate may be formed in this region.
【0022】これらの各種不純物領域が形成されたn--
型の第2エピタキシャル層13上は誘電体膜14により
被覆されている。誘電体膜14は、図2では単層に描か
れているが、実際は、垂直レジスタ6,読み出しゲート
部5およびチャネルストップ領域上で、上下の酸化膜
(たとえば、二酸化珪素膜)と、その間に挟まれ電荷蓄
積能力を有した窒化膜(たとえば、窒化珪素膜)とから
なる三層構造の誘電体膜となっている。これは、主に読
み出しゲート部のしきい値電圧を変化させて、アンチブ
ルーミング特性の調整を可能にするためである。この三
層の誘電体膜14が形成された、読出ゲート部5,垂直
転送レジスタ6およびチャネルスットップ領域にかけて
は、たとえばポリシリコンからなる垂直転送電極20が
形成されている。この垂直転送電極20は、とくに図示
しないが、他のポリシリコン層からなる垂直転送電極と
一部重なりながら垂直転送方向に繰り返して配置されて
いる。また、垂直転送電極20は、読出ゲート部5の制
御用電極としても機能する。垂直転送電極20表面およ
び受光部4における誘電体膜14表面が、たとえばPS
G,SiO2 などからなる層間絶縁膜21で覆われてい
る。垂直転送電極20の上面および側面を覆い受光部4
上で開口する遮光膜22が、層間絶縁膜21上に形成さ
れている。遮光膜22は、例えばAl,Wなどの金属材
料からなる。The n − − in which these various impurity regions are formed
The second epitaxial layer 13 of the mold is covered with a dielectric film 14. Although the dielectric film 14 is depicted as a single layer in FIG. 2, actually, the upper and lower oxide films (for example, a silicon dioxide film) are interposed between the vertical register 6, the read gate unit 5, and the channel stop region. It is a dielectric film having a three-layer structure including a nitride film (for example, a silicon nitride film) having a charge storage capability. This is mainly because the threshold voltage of the read gate portion is changed to enable adjustment of anti-blooming characteristics. A vertical transfer electrode 20 made of, for example, polysilicon is formed over the read gate unit 5, the vertical transfer register 6, and the channel stop region where the three dielectric films 14 are formed. Although not shown, the vertical transfer electrodes 20 are repeatedly arranged in the vertical transfer direction while partially overlapping the vertical transfer electrodes made of other polysilicon layers. Further, the vertical transfer electrode 20 also functions as a control electrode of the read gate unit 5. The surface of the vertical transfer electrode 20 and the surface of the dielectric film 14 in the light receiving section 4 are, for example, PS
It is covered with an interlayer insulating film 21 made of G, SiO 2 or the like. Light receiving section 4 covering the upper and side surfaces of vertical transfer electrode 20
A light-shielding film 22 having an opening above is formed on the interlayer insulating film 21. The light shielding film 22 is made of, for example, a metal material such as Al and W.
【0023】以下、このCCDの製造方法について、図
3(A)から図6を参照して説明する。ここで、図3
(A)〜(C)は撮像部全体に対応した断面図であり、
図4から図6は、その1画素に対応した部分を拡大して
示す水平転送方向の断面図である。Hereinafter, a method of manufacturing the CCD will be described with reference to FIGS. Here, FIG.
(A) to (C) are cross-sectional views corresponding to the entire imaging unit,
4 to 6 are cross-sectional views in the horizontal transfer direction showing a portion corresponding to one pixel in an enlarged manner.
【0024】まず、図3(A)に示すように、CZ法に
より作製されたシリコン基板10を用意する。シリコン
基板10は、たとえば、その主面が(100)面であ
り、リンがドープされてn型の導電性を有し、その比抵
抗が8〜12Ω・cm程度とする。ここでは、シリコン
基板10の大きさを、直径8インチとした。このシリコ
ン基板10上に結晶成長を行い、シリコン基板より低濃
度のn- 型の第1エピタキシャル層11を形成する。た
とえば、枚葉式のCVD炉を用い1030℃の温度に
て、比抵抗が40〜50Ω・cm程度のn- 型単結晶シ
リコンを8μmほど成長させる。First, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate 10 manufactured by the CZ method is prepared. Silicon substrate 10 has, for example, a (100) main surface, is doped with phosphorus and has n-type conductivity, and has a specific resistance of about 8 to 12 Ω · cm. Here, the size of the silicon substrate 10 was 8 inches in diameter. Crystal growth is performed on the silicon substrate 10 to form an n − -type first epitaxial layer 11 having a lower concentration than the silicon substrate. For example, n - type single crystal silicon having a specific resistance of about 40 to 50 Ω · cm is grown to about 8 μm at a temperature of 1030 ° C. using a single-wafer CVD furnace.
【0025】図3(B)に示すように、このn- 型の第
1エピタキシャル層11の表層の一部に、p型の不純物
領域12を形成する。具体的には、イオン注入時のスル
ー膜として用いる酸化膜を第1エピタキシャル層11上
形成し、この酸化膜上に撮像部1の全体を開口したマス
ク層を形成し、このマスク層を開口部を通してp型不純
物を第1エピタキシャル層11内にイオン注入する。た
とえば、ホウ素イオンB+ をエネルギー700eV,ド
ーズ1×1011/cm-2にてイオン注入する。その後、
酸化膜を剥離する。As shown in FIG. 3B, a p-type impurity region 12 is formed in a part of the surface of the n − -type first epitaxial layer 11. Specifically, an oxide film to be used as a through film at the time of ion implantation is formed on the first epitaxial layer 11, a mask layer is formed on the oxide film so as to open the entire image pickup unit 1, and the mask layer is opened. Implants a p-type impurity into the first epitaxial layer 11 through. For example, boron ions B + are implanted at an energy of 700 eV and a dose of 1 × 10 11 / cm −2 . afterwards,
Strip the oxide film.
【0026】次に、図3(C)に示すように、p型の不
純物領域12上と、その周囲に表出するn- 型の第1エ
ピタキシャル層11上とに、第1エピタキシャル層11
より低濃度で高抵抗のn--型の第2エピタキシャル層1
3を結晶成長により形成する。たとえば、枚葉式のCV
D炉を用い1150℃の温度にて、比抵抗が500Ω・
cmより大きいn--型の単結晶シリコンを9〜11μm
ほど成長させる。この第2エピタキシャル層11の形成
は、まず、製造ロットから先行ウエハを一枚選んで行
う。Next, as shown in FIG. 3C, the first epitaxial layer 11 is formed on the p-type impurity region 12 and on the n − -type first epitaxial layer 11 exposed therearound.
Lower concentration and higher resistance n − -type second epitaxial layer 1
3 is formed by crystal growth. For example, single-wafer CV
Using a furnace D at a temperature of 1150 ° C, the specific resistance is 500Ω
9-11 μm of n − -type single crystal silicon larger than 10 cm
To grow. The formation of the second epitaxial layer 11 is performed by first selecting one preceding wafer from a production lot.
【0027】この先行ウエハに対し、図3(D)に示す
SR(Spreading Resistance)測定を行う。具体的には、
この先行ウエハを斜め研磨してステインニング後、SR
測定端子を動かし、表面からの距離の関数として抵抗の
分布を調べる。この深さ方向の抵抗分布をキャリア濃度
分布に変換した測定結果の例を、図7に示す。図7に示
すように、上記深さ方向のSR分布の測定は、撮像部1
以外のp型不純物領域12が形成されていない箇所で行
い、キャリア濃度に換算する。図7には、結晶成長面に
N化があった場合の濃度分布と、結晶成長面にN化がな
かった場合の濃度分布を重ねて示す。An SR (Spreading Resistance) measurement shown in FIG. 3D is performed on the preceding wafer. In particular,
After the preceding wafer is obliquely polished and stained, SR
Move the measurement terminals and examine the distribution of resistance as a function of distance from the surface. FIG. 7 shows an example of a measurement result obtained by converting the resistance distribution in the depth direction into a carrier concentration distribution. As shown in FIG. 7, the measurement of the SR distribution in the depth direction is performed by the imaging unit 1.
This is performed at a portion where the p-type impurity region 12 other than the above is not formed, and is converted into a carrier concentration. FIG. 7 shows the concentration distribution in the case where N-formation is present on the crystal growth surface and the concentration distribution in the case where there is no N-formation on the crystal growth surface.
【0028】前述したp型不純物領域12の形成時に行
った、洗浄,酸化,フォトリソグラフィ,イオン注入,
酸化膜剥離の各工程、および、その結晶成長前の洗浄工
程で、p型不純物領域12のドーパント不純物が汚染さ
れていることがある。このことを、一般にN化という
が、同じような汚染はp型不純物領域12周囲の第1エ
ピタキシャル層11表面にもある。したがって、この汚
染した面に、極めて低濃度(高抵抗)のエピタキシャル
層13を形成すると、その汚染の影響を受けて、高抵抗
エピタキシャル層13の界面近傍でn型が強まり、図7
に示すようにキャリア濃度のピークが生じる。このピー
ク濃度C2の、N化がない場合の濃度曲線までの距離が
N化による濃度増加分となる。Cleaning, oxidation, photolithography, ion implantation, and the like performed during the formation of the p-type impurity region 12 described above.
The dopant impurities in the p-type impurity region 12 may be contaminated in each step of removing the oxide film and in the cleaning step before the crystal growth. This is generally referred to as N-type, but similar contamination also exists on the surface of the first epitaxial layer 11 around the p-type impurity region 12. Therefore, if an extremely low-concentration (high-resistance) epitaxial layer 13 is formed on the contaminated surface, the n-type becomes stronger near the interface of the high-resistance epitaxial layer 13 due to the influence of the contamination, and the n-type epitaxial layer 13 is formed.
As shown in FIG. The distance from the peak concentration C2 to the concentration curve when there is no N-conversion is the concentration increase due to N-conversion.
【0029】また、上記したSR測定において、p型不
純物領域12のピークキャリア濃度C1を測定してお
く。本発明では、このp型不純物領域12のピークキャ
リア濃度C1に対する、上記ピークキャリア濃度C2の
比(C2/C1)を、エピタキシャル基板の良否を決め
るパラメータをして用いる。このパラメータを用いる理
由を、以下に述べる。In the above SR measurement, the peak carrier concentration C1 of the p-type impurity region 12 is measured. In the present invention, the ratio (C2 / C1) of the peak carrier concentration C2 to the peak carrier concentration C1 of the p-type impurity region 12 is used as a parameter for determining the quality of the epitaxial substrate. The reason for using this parameter is described below.
【0030】本発明者は、固体撮像素子の画素間混色不
良がエピタキシャル基板の出来で左右されることから、
混色不良の程度が良いものから悪いものまで広範囲に分
布する様々な素子の履歴(プロセスデータ)を検討し、
混色不良を起こした素子と同じロット内のウエハを調査
した結果、N化が混色不良に大きく影響していることを
突き止めた。そして、上述した濃度比(C2/C1)
が、混色不良と極めて強い相関があることが見い出し
た。その相関図を、図8に示す。図8は、1/3イン
チ,38万画素のCCD固体撮像素子の混色不良がばら
ついているサンプルに着目し、その素子と同じウエハの
典型的な混色不良率を縦軸とし、そのウエハと同じロッ
ト内の先行ウエハの濃度比(C2/C1)を横軸にとっ
たグラフである。The inventor of the present invention believes that the color mixing defect between pixels of a solid-state image sensor is affected by the formation of an epitaxial substrate.
Consider the history (process data) of various elements distributed over a wide range from good to bad in color mixing failure,
As a result of examining wafers in the same lot as the device in which the color mixture defect occurred, it was found that N-type had a great influence on the color mixture defect. Then, the above-described concentration ratio (C2 / C1)
However, it was found that there was an extremely strong correlation with poor color mixing. FIG. 8 shows the correlation diagram. FIG. 8 focuses on a sample in which the color mixing defect of a 1/3 inch, 380,000 pixel CCD solid-state imaging device varies, and the vertical axis represents the typical color mixing defect rate of the same wafer as the device, and the same as the wafer. It is a graph which plotted the concentration ratio (C2 / C1) of the preceding wafer in the lot on the horizontal axis.
【0031】このグラフから、濃度比(C2/C1)が
高くなると、その値が0.2を境にして急激に混色不良
率が増加することが判る。したがって、濃度比(C2/
C1)を0.2以下とすることで混色不良率1%未満が
達成できる。また、濃度比(C2/C1)が0.1の付
近を境に混色不良が僅かずつ出始めている。したがっ
て、より望ましくは、濃度比(C2/C1)を0.1以
下とすることで混色不良率をほぼ0%に低減できる。こ
の濃度比(C2/C1)が0.2以下の条件では、所定
のオーバーフローバリア高さとするための基板電圧Vsu
b の値が殆どばらつかないことを確認した。From this graph, it can be seen that as the density ratio (C2 / C1) increases, the color mixing defect rate sharply increases with the value at 0.2. Therefore, the concentration ratio (C2 /
By setting C1) to 0.2 or less, a color mixing defect rate of less than 1% can be achieved. Further, a color mixing defect starts to appear little by little around a density ratio (C2 / C1) of around 0.1. Therefore, more preferably, by setting the density ratio (C2 / C1) to 0.1 or less, the color mixing defect rate can be reduced to almost 0%. Under the condition that the concentration ratio (C2 / C1) is 0.2 or less, the substrate voltage Vsu for achieving a predetermined overflow barrier height is set.
It was confirmed that the value of b hardly varied.
【0032】この混色不良率と濃度比(C2/C1)と
の関係を、他の同じような構造を持つCCD固体撮像素
子についても調べた。その結果、縦型オーバーフロード
レイン構造を採用した場合、濃度比(C2/C1)があ
る境界値を越えると混色不良率が急増し、その境界値以
下では基板電圧Vsub も安定しているという結論を得
た。The relationship between the defective color mixing ratio and the density ratio (C2 / C1) was examined for other CCD solid-state imaging devices having a similar structure. As a result, it was concluded that when the vertical overflow drain structure was adopted, the color mixing defect rate rapidly increased when the concentration ratio (C2 / C1) exceeded a certain boundary value, and the substrate voltage Vsub was stable below the boundary value. Obtained.
【0033】上記理由により、図3(D)の濃度比(C
2/C1)判断では、濃度比(C2/C1)が0.2以
下の場合、その先行ウエハを行った結晶成長の装置の状
態および条件が良好であると判断する。したがって、そ
の合格した先行ウエハと同じロット内の他のウエハに対
し、先行ウエハと同じ装置で同じ条件で、図3(C)に
示す第2エピタキシャル層13の形成を行う。一方、濃
度比(C2/C1)が0.2より大きい場合は、先行ウ
エハと同じ条件での結晶成長は行わない。そして、望ま
しくは、濃度比の大きさに応じて対処の仕方をかえると
よい。たとえば、濃度比が0.2を僅かに越える程度で
あれば、結晶成長時のPH3 のドープ量などを調整する
ことで濃度比を0.2以下にすることが可能である。し
かし、濃度比がある程度の大きさまでなら、たとえば複
数回洗浄するか別の洗浄法を採用するなど後続ウエハの
洗浄条件を見直し、洗浄条件を単独で、あるいは成長条
件と組み合せて変化させる。さらに濃度比が大きい場合
は、ウエハを廃棄し、最初の第1エピタキシャル層の形
成からやり直す。なお、濃度比の判定基準は0.2以下
に限らず、それより小さい値、たとえば0.1以下とし
てもよい。また、本例の第2エピタキシャル層13は、
フォトダイオードPDに赤外領域の感度を持たせるため
に厚く設定したが、高感度としない場合は薄くてもよ
い。For the above reason, the density ratio (C) shown in FIG.
In the (2 / C1) determination, when the concentration ratio (C2 / C1) is 0.2 or less, it is determined that the state and conditions of the crystal growth apparatus that performed the preceding wafer are good. Therefore, the second epitaxial layer 13 shown in FIG. 3C is formed on another wafer in the same lot as the passed preceding wafer by using the same apparatus as the preceding wafer under the same conditions. On the other hand, when the concentration ratio (C2 / C1) is larger than 0.2, crystal growth is not performed under the same conditions as the preceding wafer. Then, it is desirable to change the way of handling according to the magnitude of the density ratio. For example, if the concentration ratio slightly exceeds 0.2, the concentration ratio can be reduced to 0.2 or less by adjusting the doping amount of PH 3 during crystal growth. However, if the concentration ratio is up to a certain level, the cleaning conditions of the subsequent wafer are reviewed, for example, by washing a plurality of times or using another cleaning method, and the cleaning conditions are changed alone or in combination with the growth conditions. If the concentration ratio is still higher, the wafer is discarded and the process is repeated from the first formation of the first epitaxial layer. The criterion for determining the concentration ratio is not limited to 0.2 or less, and may be a smaller value, for example, 0.1 or less. In addition, the second epitaxial layer 13 of the present example includes:
The photodiode PD is set to be thick in order to have the sensitivity in the infrared region, but may be thin if the sensitivity is not high.
【0034】以上の工程により、第1導電型半導体(第
1エピタキシャル層11)に第2導電型半導体領域12
を有し、それらの上に第2エピタキシャル層13を有し
たCCD固体撮像素子用のエピタキシャル基板が形成さ
れる。According to the above steps, the second conductivity type semiconductor region 12 is formed in the first conductivity type semiconductor (first epitaxial layer 11).
And an epitaxial substrate for a CCD solid-state imaging device having the second epitaxial layer 13 thereon is formed.
【0035】図4では、まず、n--型の第2エピタキシ
ャル層13の表面に、誘電体膜14を形成する。誘電体
膜14は、たとえば二酸化珪素膜/窒化珪素膜/二酸化
珪素膜の積層膜(ONO膜)とする。つぎに、n--型の
第2エピタキシャル層13に各種不純物領域を形成す
る。具体的には、誘電体膜14上に所定パターンのマス
ク層を形成し、このマスク層の開口部から誘電体膜14
をスルー膜としてn型またはp型の不純物を必要な条件
にてイオン注入する。このマスク層の形成とイオン注入
とを繰り返すことにより、垂直転送レジスタを構成する
n型の転送チャネル領域15、その下のp+ 型の高濃度
不純物領域16、およびp+ 型のチャネルストップ領域
17をそれぞれ形成する。In FIG. 4, first, a dielectric film 14 is formed on the surface of the n − -type second epitaxial layer 13. The dielectric film 14 is, for example, a laminated film (ONO film) of a silicon dioxide film / silicon nitride film / silicon dioxide film. Next, various impurity regions are formed in the n − -type second epitaxial layer 13. Specifically, a mask layer having a predetermined pattern is formed on the dielectric film 14, and the dielectric film 14 is formed through an opening of the mask layer.
Is used as a through film to ion-implant an n-type or p-type impurity under necessary conditions. By repeating the formation of the mask layer and the ion implantation, the n-type transfer channel region 15 constituting the vertical transfer register, the p + -type high-concentration impurity region 16 thereunder, and the p + -type channel stop region 17 are formed. Are formed respectively.
【0036】図5に示すように、誘電体膜14上に転送
電極20を形成する。転送電極が2層の場合、第1多結
晶シリコンの堆積とパターンニング、層間誘電体膜の形
成、第2多結晶シリコンの堆積とパターンニングの順で
行う。As shown in FIG. 5, a transfer electrode 20 is formed on the dielectric film 14. When the transfer electrode has two layers, deposition and patterning of the first polycrystalline silicon, formation of an interlayer dielectric film, and deposition and patterning of the second polycrystalline silicon are performed in this order.
【0037】図6に示すように、受光部4にn- 型の信
号電荷蓄積領域18を形成するためにn型不純物をイオ
ン注入する。また、その上層にp+ 型の正電荷蓄積領域
19を形成するためにp型不純物をイオン注入する。こ
のイオン注入は、ONO膜(誘電体膜)14を付けたま
までもよいが、イオン注入に先立って転送電極20をマ
スクとして受光部4のONO膜14を除去し、受光部4
に単層の二酸化珪素膜を再度形成し、その単層の二酸化
珪素膜をスルー膜として用いてもよい。あるいは、ON
O膜の最下層の二酸化珪素膜を残してイオン注入しても
よい。As shown in FIG. 6, an n-type impurity is ion-implanted in the light receiving section 4 to form an n − -type signal charge storage region 18. In addition, p-type impurities are ion-implanted to form ap + -type positive charge storage region 19 in the upper layer. In this ion implantation, the ONO film (dielectric film) 14 may be left attached, but prior to the ion implantation, the ONO film 14 of the light receiving section 4 is removed using the transfer electrode 20 as a mask, and the light receiving section 4 is removed.
May be formed again, and the single-layer silicon dioxide film may be used as a through film. Or ON
The ion implantation may be performed while leaving the silicon dioxide film at the lowermost layer of the O film.
【0038】その後、必要に応じて活性化アニールを行
う。また、図2に示すように、転送電極20上および受
光部4の誘電体膜14上に、たとえばPSGまたはSi
O2 からなる層間絶縁膜21を堆積する。また、遮光膜
22となる金属膜を層間絶縁膜21上に形成し、これを
パターンニングして受光部4の上方で開口させる。さら
に、必要に応じて、層間絶縁膜,層内凹レンズ,カラー
フィルタ,OCL(On Chip Lens)を形成し、当該CCD
を完成させる。Thereafter, activation annealing is performed if necessary. As shown in FIG. 2, for example, PSG or Si is formed on the transfer electrode 20 and the dielectric film 14 of the light receiving section 4.
An interlayer insulating film 21 made of O 2 is deposited. Further, a metal film serving as the light-shielding film 22 is formed on the interlayer insulating film 21, and is patterned to open above the light receiving unit 4. Further, if necessary, an interlayer insulating film, an in-layer concave lens, a color filter, an OCL (On Chip Lens) are formed, and the CCD is formed.
To complete.
【0039】本発明の固体撮像装置の製造方法の実施形
態は、上記の説明に限定されない。たとえば、CZ基板
に変えてMCZ(Magnetic field Czochralski)法で成長
させたMCZ基板を用いてもよい。また、MCZ基板を
用いた場合、第1エピタキシャル層11を形成しない
で、MCZ基板表面を中性子ドープしてシリコンを燐に
変える処理をし、その第1導電型層にOFBとなる第2
導電型不純物領域12を形成してもよい。なお、CZ基
板上に第1エピタキシャル層11を形成する理由は、C
Z基板に直接OFBを形成すると、CZ基板のドーパン
ト濃度ムラ(striation) に起因して画像コントラストが
ばらつくからである。MCZ基板はこのようなドーパン
ト濃度ムラが殆どないため、上記した方法により第1エ
ピタキシャル層11を省略することが可能となる。ま
た、第1エピタキシャル層11を設けた他の理由として
は、いわゆるシャッタ電圧を調整するためである。その
必要がなければ、MCZ基板を用いることを前提に第1
エピタキシャル層11の省略が可能となる。The embodiment of the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is not limited to the above description. For example, an MCZ substrate grown by the MCZ (Magnetic field Czochralski) method may be used instead of the CZ substrate. When an MCZ substrate is used, the surface of the MCZ substrate is subjected to neutron doping to convert silicon into phosphorus without forming the first epitaxial layer 11, and the second conductive type layer becomes OFB.
The conductive impurity region 12 may be formed. The reason for forming the first epitaxial layer 11 on the CZ substrate is as follows.
This is because, when the OFB is formed directly on the Z substrate, the image contrast varies due to the dopant concentration unevenness of the CZ substrate. Since the MCZ substrate has almost no such dopant concentration unevenness, the first epitaxial layer 11 can be omitted by the above-described method. Another reason for providing the first epitaxial layer 11 is to adjust the so-called shutter voltage. If this is not necessary, the first prerequisite is to use an MCZ substrate.
The epitaxial layer 11 can be omitted.
【0040】エピタキシャル基板は、その形成に低抵抗
基板を用いること、および/または、結晶成長に先立っ
て低抵抗な埋め込み領域を形成することにより、エピタ
キシャル層より下方領域の直列抵抗を低くすることが可
能である。そのため、エピタキシャル基板を用いると、
素子内で所望のエネルギー障壁変化を生じさせるための
駆動電圧および基板への印加電圧が低減され、低消費電
力化に有利となる。シリコンエピタキシャル基板の形成
には、実用的な方法として化学気相成長(CVD; Chem
ical Vapor Diposition)が用いられている。このCVD
は、SiCl4 あるいはSiHCl3 をソースガスとし
て用いる水素還元法、またはSiH 2 Cl2 あるいはS
iH4 をソースガスとして用いる熱分解法によって行わ
れる。上記した第1および第2エピタキシャル層11,
13の形成では、いずれの方法を用いてもよい。The epitaxial substrate has a low resistance in its formation.
Using a substrate and / or prior to crystal growth
Forming a buried region with low resistance
The series resistance in the region below the axial layer can be reduced.
Noh. Therefore, if an epitaxial substrate is used,
To produce the desired energy barrier change in the device
Drive voltage and applied voltage to the board are reduced, resulting in lower power consumption
This is advantageous for empowerment. Formation of silicon epitaxial substrate
As a practical method, chemical vapor deposition (CVD; Chem)
ical Vapor Diposition). This CVD
Is SiClFour Or SiHClThree Is the source gas
Hydrogen reduction method used or SiH Two ClTwo Or S
iHFour Is carried out by a pyrolysis method using
It is. The first and second epitaxial layers 11 described above,
In the formation of 13, any method may be used.
【0041】また、第2導電型の不純物領域12はイオ
ン注入で形成したが、たとえば拡散法によっても形成で
きる。Although the second conductivity type impurity region 12 is formed by ion implantation, it can be formed by, for example, a diffusion method.
【0042】上記の実施形態においては、第2エピタキ
シャル層13内にp型ウエルを形成して、そのp型ウエ
ル内にCCD固体撮像素子を形成してもよい。また、C
CD以外の固体撮像装置、たとえば増幅型固体撮像装置
やCMOS型固体撮像装置等の製造にも本発明を適用
し、画素間混色の抑制および基板電圧の安定化を図るこ
とができる。さらに、CCD以外の固体撮像装置、さら
に他の半導体装置であっても、結晶成長層を有し、その
不純物濃度が低いなどの理由により結晶成長の界面付近
で濃度異常が発生しやすい半導体装置に本発明は広く適
用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の変更が可能である。In the above embodiment, a p-type well may be formed in the second epitaxial layer 13, and a CCD solid-state imaging device may be formed in the p-type well. Also, C
The present invention can be applied to the manufacture of a solid-state imaging device other than a CD, for example, an amplification-type solid-state imaging device or a CMOS-type solid-state imaging device, so that color mixing between pixels can be suppressed and the substrate voltage can be stabilized. Furthermore, even solid-state imaging devices other than CCDs, and even other semiconductor devices, have a crystal growth layer and are likely to have an abnormal concentration near the crystal growth interface due to a low impurity concentration. The invention is widely applicable. In addition, without departing from the gist of the present invention,
Various modifications are possible.
【0043】このウエハ評価方法は、ウエハプロセス内
でのウエハの選別に限らず、ウエハ状態で出来上がった
半製品、あるいは、パッケージングされて出来上がった
固体撮像装置の製品に対する特性選別に応用できる。具
体的には、前記した濃度比(C2/C1)のデータをロ
ットごとに蓄積しておく。ウエハ状態の半製品またはパ
ッケージング後の製品の製造ロットは通常管理されてい
るので、そのロットNOを調べれば、そのロットにおけ
る濃度比(C2/C1)が分る。したがって、この濃度
比が、たとえば0.2以下(または0.1以下)である
ことを、混色特性がよく基板電圧変動が小さい半製品ま
たは製品の選別基準とする。これにより、その後の混色
特性等の測定が効率よく行える。たとえば、混色特性の
ランク分けをする場合などでは選別効率が上がるし、濃
度比0.1以下の場合に特定の測定項目を省略すること
も可能となる。This wafer evaluation method can be applied not only to selection of wafers in a wafer process but also to selection of characteristics of semi-finished products completed in a wafer state or products of a solid-state imaging device completed by packaging. Specifically, data of the above-mentioned concentration ratio (C2 / C1) is accumulated for each lot. Since a production lot of a semi-finished product in a wafer state or a product after packaging is usually managed, if the lot number is checked, the concentration ratio (C2 / C1) in the lot can be found. Therefore, the fact that the concentration ratio is, for example, 0.2 or less (or 0.1 or less) is used as a selection criterion for semi-finished products or products having good color mixing characteristics and small substrate voltage fluctuation. Thereby, the subsequent measurement of the color mixing characteristics and the like can be efficiently performed. For example, in the case where the color mixing characteristics are classified, the sorting efficiency increases, and when the density ratio is 0.1 or less, it is possible to omit a specific measurement item.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明の第1の観点に係る半導体装置の
製造方法によれば、先行ウエハの濃度比検出結果を見
て、その後の後続ウエハの結晶成長の条件に反映させた
り処分を決めることができる。このため、結晶成長層の
品質が高く半導体装置の特性が良く、大量の不良発生を
有効に防止して、歩留りの向上を図り、製造コストを抑
制することができる。また、半導体装置の製造工程の速
い段階で適切な処置が取られるため、生産計画が立てや
すくなる。この製造方法を固体撮像装置に適用した場
合、濃度比0.2以下を合格ウエハとすれば、混色不良
を1%以下に低減できる。また、第2導電型の不純物領
域により形成される電位障壁(いわゆるオーバーフロー
バリア)の高さを決めるために第1導電型半導体側から
印加する電圧(いわゆる基板電圧)が安定する。つま
り、一定の基板電圧を印加したときに、上記オーバーフ
ローバリアの高さがばらつかない。According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the result of detecting the concentration ratio of the preceding wafer is reflected on the conditions for crystal growth of the succeeding wafer or the disposal is determined. be able to. For this reason, the quality of the crystal growth layer is high, the characteristics of the semiconductor device are good, the occurrence of a large number of defects can be effectively prevented, the yield can be improved, and the manufacturing cost can be suppressed. In addition, since appropriate measures are taken at an early stage of the semiconductor device manufacturing process, a production plan can be easily set. When this manufacturing method is applied to a solid-state imaging device, if a density ratio of 0.2 or less is regarded as a passing wafer, color mixing defects can be reduced to 1% or less. Further, the voltage (so-called substrate voltage) applied from the first conductivity type semiconductor side to determine the height of the potential barrier (so-called overflow barrier) formed by the second conductivity type impurity region is stabilized. That is, when a constant substrate voltage is applied, the height of the overflow barrier does not vary.
【0045】本発明の第2の観点に係る固体撮像装置の
選別方法では、製造途中で得られた上記濃度比のデータ
を見て、完成後の固体撮像装置の特性選別ができる。こ
れにより最終的な特性チェックの時間と費用を節約でき
る。In the method for selecting a solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention, characteristics of the solid-state imaging device after completion can be selected by referring to the data of the concentration ratio obtained during the manufacturing. This saves time and money in the final property check.
【図1】実施形態に係るCCDの概略構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a CCD according to an embodiment.
【図2】実施形態に係るCCDに関し、図1のA−A線
に沿った1画素分の水平転送方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the CCD according to the embodiment in the horizontal transfer direction for one pixel along the line AA in FIG. 1;
【図3】(A)〜(C)は、実施形態に係るCCDの製
造において、エピタキシャル基板の形成までを示す断面
図である。(D)は、実施形態に係るCCDの製造にお
いて、SR測定による濃度比判断の工程を表示した図で
ある。FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views showing the steps up to the formation of an epitaxial substrate in the manufacture of the CCD according to the embodiment. (D) is a diagram showing a process of determining a concentration ratio by SR measurement in the manufacture of the CCD according to the embodiment.
【図4】実施形態に係るCCDの製造において、垂直転
送部およびチャネルストップ領域で不純物領域の形成後
を示す1画素分の水平転送方向の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of one pixel in a horizontal transfer direction after the formation of an impurity region in a vertical transfer portion and a channel stop region in the manufacture of the CCD according to the embodiment.
【図5】実施形態に係るCCDの製造において、垂直転
送電極形成後を示す1画素分の水平転送方向の断面図で
ある。FIG. 5 is a cross-sectional view of one pixel in a horizontal transfer direction after vertical transfer electrodes are formed in the manufacture of the CCD according to the embodiment.
【図6】実施形態に係るCCDの製造において、受光部
の不純物領域の形成後を示す1画素分の水平転送方向の
断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view in the horizontal transfer direction of one pixel after the impurity region of the light receiving section is formed in the manufacture of the CCD according to the embodiment.
【図7】本発明の実施形態に関し、SR測定に基づく深
さ方向のキャリア濃度分布例を示すグラフ図である。FIG. 7 is a graph showing an example of a carrier concentration distribution in a depth direction based on SR measurement according to the embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施形態に関し、1/3インチ,38
万画素のCCD固体撮像素子の混色不良率と、対応する
先行ウエハの濃度比(C2/C1)との関係を示すグラ
フである。FIG. 8 illustrates a 1/3 inch, 38, embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a relationship between a color mixing defect rate of a 10,000-pixel CCD solid-state imaging device and a corresponding density ratio (C2 / C1) of a preceding wafer.
1…撮像部、2…水平転送部、3…出力部、4…受光
部、5…読み出しゲート部、6…垂直転送部、7…画
素、10…シリコン基板(半導体基板)、11…第1エ
ピタキシャル層(第1導電型半導体)、12…p型不純
物領域、13…第2エピタキシャル層(結晶成長層)、
14,14a…誘電体膜、15…垂直転送チャネル領
域、16…高濃度不純物領域、17…チャネルストップ
領域、18…信号電荷蓄積領域、19…正電荷蓄積領
域、20…垂直転送電極、21…層間絶縁膜、22…遮
光膜。REFERENCE SIGNS LIST 1 imaging unit 2 horizontal transfer unit 3 output unit 4 light receiving unit 5 readout gate unit 6 vertical transfer unit 7 pixel 10 silicon substrate (semiconductor substrate) 11 first An epitaxial layer (first conductivity type semiconductor), 12 ... p-type impurity region, 13 ... second epitaxial layer (crystal growth layer),
14, 14a dielectric film, 15 vertical transfer channel region, 16 high-concentration impurity region, 17 channel stop region, 18 signal charge storage region, 19 positive charge storage region, 20 vertical transfer electrode, 21 Interlayer insulating film, 22 ... light shielding film.
フロントページの続き Fターム(参考) 4M106 AA01 AA10 CB30 DJ38 4M118 AA05 AA09 AB01 BA12 BA13 CA04 DA02 DA05 DB03 DB06 DB08 DD03 DD04 DD12 EA20 FA06 FA13 FA26 5F045 AA01 AA03 AC01 AC03 AC05 BB08 CA13 DA70 GB11 Continued on the front page F-term (reference) 4M106 AA01 AA10 CB30 DJ38 4M118 AA05 AA09 AB01 BA12 BA13 CA04 DA02 DA05 DB03 DB06 DB08 DD03 DD04 DD12 EA20 FA06 FA13 FA26 5F045 AA01 AA03 AC01 AC03 AC05 BB08 CA13 DA70 GB11
Claims (9)
型の半導体領域を形成し、第2導電型の半導体領域上
と、その周囲の第1導電型半導体上とに、第1,第2導
電型または真性の半導体からなる結晶成長層を結晶成長
させる工程を含む半導体装置の製造方法であって、 上記結晶成長の工程が以下の緒工程、すなわち、半導体
装置の製造ロットを構成する複数のウエハのうち一枚を
先行して結晶成長し、 上記第2導電型の半導体領域のピークキャリア濃度(C
1)と、上記結晶成長層と上記第1導電型半導体との境
界の近傍にできた濃度異常変化のピークキャリア濃度
(C2)とを、上記先行して結晶成長したウエハで実測
し、 上記2つのピークキャリア濃度の比(C2/C1)が所
定値以下のときに、上記製造ロット内の他のウエハを、
上記先行したウエハと同じ条件で結晶成長する、 各工程を含む半導体装置の製造方法。A second conductivity type semiconductor region formed in a part of a surface layer of the first conductivity type semiconductor; and a second conductivity type semiconductor region and a first conductivity type semiconductor surrounding the second conductivity type semiconductor region. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of crystal-growing a crystal growth layer made of a second conductivity type or an intrinsic semiconductor, wherein the crystal growth step comprises the following steps: Crystal growth of one of a plurality of wafers constituting the wafer occurs first, and the peak carrier concentration (C
1) and the peak carrier concentration (C2) of the abnormal concentration change formed in the vicinity of the boundary between the crystal growth layer and the first conductivity type semiconductor is actually measured on the wafer on which the preceding crystal growth is performed. When the ratio (C2 / C1) of the two peak carrier concentrations is equal to or less than a predetermined value, another wafer in the production lot is
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: growing a crystal under the same conditions as the preceding wafer.
1)が所定値より大きいとき、その値に応じて、前処理
を含む結晶成長に関係する緒条件のうち少なくとも一つ
の条件を上記先行したウエハの結晶成長時から変えて、
上記製造ロット内の他のウエハを結晶成長する請求項1
記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein said peak carrier concentration ratio (C2 / C
When 1) is larger than a predetermined value, at least one of the conditions related to the crystal growth including the pretreatment is changed from the preceding crystal growth of the wafer according to the value,
2. The crystal growth of another wafer in the production lot.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
型半導体基板または半導体基板上に形成した第1導電型
の半導体層であり、 上記製造方法が以下の緒工程、すなわち、第2導電型不
純物を第1導電型半導体にイオン注入して、オーバフロ
ーバリア層として機能する上記第2導電型の半導体領域
を形成し、 上記先行ウエハの結晶成長,上記2つのピークキャリア
濃度の測定および他のウエハの結晶成長を含む上記結晶
成長の工程を実行し、 上記結晶成長層に固体撮像素子を形成する各工程を含む
請求項1記載の半導体装置の製造方法。3. The semiconductor device is a solid-state imaging device, and the first conductivity type semiconductor is a first conductivity type semiconductor substrate of the solid-state imaging device or a first conductivity type semiconductor layer formed on the semiconductor substrate. The manufacturing method includes the following steps: ion implantation of a second conductivity type impurity into a first conductivity type semiconductor to form the second conductivity type semiconductor region functioning as an overflow barrier layer; 2. The method according to claim 1, further comprising the steps of: performing a crystal growth step including crystal growth of the first crystal, measurement of the two peak carrier concentrations, and crystal growth of another wafer, and forming a solid-state imaging device on the crystal growth layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
導電型の半導体領域の第2導電型不純物の濃度より低い
請求項1記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the impurity concentration of the crystal growth layer is equal to the second impurity concentration.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the second conductivity type impurity is lower than that of the conductivity type semiconductor region.
導電型の半導体領域の第2導電型不純物の濃度より低い
請求項3記載の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein an impurity concentration of said crystal growth layer is equal to said second concentration.
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the concentration is lower than the concentration of the second conductivity type impurity in the semiconductor region of the conductivity type.
赤外光が十分吸収される範囲の所定厚さまで成長させる
請求項3記載の半導体装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein said crystal growth layer is grown to a predetermined thickness within a range where infrared light incident from an upper surface thereof is sufficiently absorbed.
いた上記ピークキャリア濃度の比(C2/C1)の値が
0.2である請求項3記載の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the value of the ratio (C2 / C1) of the peak carrier concentration used as a criterion for determining the quality of the crystal growth is 0.2.
型の半導体領域を形成し、第2導電型の半導体領域上
と、その周囲の第1導電型半導体上とに、第1,第2導
電型または真性の半導体からなる結晶成長層を結晶成長
させる工程を含むプロセスを経て製造された固体撮像装
置の選別方法であって、 上記結晶成長の工程が以下の緒工程、すなわち、半導体
装置の製造ロットを構成し同じ条件の同じ製造装置を用
いて製造される複数のウエハのうち一枚を先行して結晶
成長し、 上記第2導電型の半導体領域のピークキャリア濃度(C
1)と、上記結晶成長層と上記第1導電型半導体との境
界の近傍で上記結晶成長層内にできた濃度異常変化のピ
ークキャリア濃度(C2)とを、上記先行して結晶成長
したウエハで実測する各工程を含み、 完成後の固体撮像装置の特性の選別時に、上記2つのピ
ークキャリア濃度の比(C2/C1)を選別基準の一つ
に用いる固体撮像装置の選別方法。8. A second conductivity type semiconductor region is formed in a part of the surface layer of the first conductivity type semiconductor, and a second conductivity type semiconductor region is formed on the second conductivity type semiconductor region and on the surrounding first conductivity type semiconductor. 1. A method for selecting a solid-state imaging device manufactured through a process including a step of crystal-growing a crystal growth layer made of a second conductivity type or an intrinsic semiconductor, wherein the crystal growth step is as follows: One of a plurality of wafers, which constitutes a manufacturing lot of semiconductor devices and is manufactured using the same manufacturing apparatus under the same conditions, grows one of the wafers in advance, and the peak carrier concentration (C) of the second conductivity type semiconductor region is increased.
1) and the peak carrier concentration (C2) of the abnormal concentration change formed in the crystal growth layer in the vicinity of the boundary between the crystal growth layer and the first conductivity type semiconductor, based on the wafer on which the preceding crystal growth was performed. A method for selecting a solid-state imaging device, wherein the ratio of the two peak carrier concentrations (C2 / C1) is used as one of selection criteria when selecting characteristics of the completed solid-state imaging device.
の不純物濃度が、オーバフローバリア層として機能する
上記第2導電型の半導体領域の第2導電型不純物の濃度
より低く、かつ、上記結晶成長層の厚さが、その上面よ
り入射した赤外光が十分吸収される範囲内の所定厚さに
設定されている固体撮像装置の選別において、上記ピー
クキャリア濃度の比(C2/C1)の値0.2を、混色
特性が良いと予測されるウエハの選別基準の一つに用い
る請求項8記載の固体撮像装置の選別方法。9. An impurity concentration of the crystal growth layer on which the solid-state imaging device is formed is lower than a concentration of a second conductivity type impurity of the second conductivity type semiconductor region functioning as an overflow barrier layer, and In selecting a solid-state imaging device in which the thickness of the growth layer is set to a predetermined thickness within a range where infrared light incident from the upper surface is sufficiently absorbed, the ratio of the peak carrier concentration (C2 / C1) is determined. 9. The method for selecting a solid-state imaging device according to claim 8, wherein the value 0.2 is used as one of the selection criteria for wafers predicted to have good color mixing characteristics.
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