JP2006066481A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 固体撮像装置においてリーク電流を低減する。
【解決手段】 第１導電型の半導体領域と、前記第１導電型の半導体領域に設けられた、光電変換により得られた信号電荷を蓄積する第２導電型の信号蓄積領域と、前記第１導電型の半導体領域の表面から下方に離間した位置に設けられた第２導電型のドレイン領域と、前記第２導電型の信号蓄積領域と前記第２導電型のドレイン領域の間における前記第１導電型の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられた読み出しゲート電極とを有することを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】 図１
【解決手段】 第１導電型の半導体領域と、前記第１導電型の半導体領域に設けられた、光電変換により得られた信号電荷を蓄積する第２導電型の信号蓄積領域と、前記第１導電型の半導体領域の表面から下方に離間した位置に設けられた第２導電型のドレイン領域と、前記第２導電型の信号蓄積領域と前記第２導電型のドレイン領域の間における前記第１導電型の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられた読み出しゲート電極とを有することを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】 図１
Description
本発明は、固体撮像装置に関するものである。
近年、固体撮像装置の一つとして、増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置が用いられるようになってきている。この増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置は、セル（画素）毎に光電変換部（フォトダイオード）で検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度、単一電源駆動、低消費電力という特徴をもつ。具体的には、光電変換により発生した信号電荷で信号蓄積領域の電位を変調し、その電位により画素内部の増幅トランジスタを変調することで画素内部に増幅機能をもたせており、画素数の増加やイメージサイズの縮小による画素サイズの縮小に適した固体撮像装置として期待されている。
例えば、増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置としては、特許文献１に示すようなものがある。
従来の増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置では、ドレイン領域の表面側の端部である上端が、半導体基板表面と一致するようにして形成されている。しかし、この半導体基板表面および半導体基板表面の近傍は、半導体基板内部に比べて、製造プロセス中のダメージ等を原因として、結晶欠陥を多く有している。また、半導体基板表面の表面上には、ＳｉＯ２等の層間絶縁膜が形成されるため、半導体基板表面に表面準位が存在する。このため、信号蓄積領域からドレイン領域に読み出されてきた信号電荷が、ドレイン領域内に存在する結晶欠陥や表面準位にトラップされ、この結晶欠陥を発生中心としてリーク電流が発生するという問題が生じていた。
また、ドレイン領域内に結晶欠陥や表面準位が存在するため、リセット動作を行うときに、ドレイン領域中の結晶欠陥や表面準位にトラップされた信号電荷が排出され、リセット動作を行っても、信号蓄積領域に残存した信号電荷を排出しにくくなり、ノイズが増加しＳ/Ｎ比が低下するという問題が生じていた。
特許第３４８４０７１号公報
本発明は、リーク電流を低減することが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の固体撮像装置は、第１導電型の半導体領域と、前記第１導電型の半導体領域に設けられた、光電変換により得られた信号電荷を蓄積する第２導電型の信号蓄積領域と、前記第１導電型の半導体領域の表面から下方に離間した位置に設けられた第２導電型のドレイン領域と、前記第２導電型の信号蓄積領域と前記第２導電型のドレイン領域の間における前記第１導電型の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられた読み出しゲート電極とを有することを特徴としている。
本発明によれば、リーク電流を低減することが可能な固体撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
本発明の実施例１に係る固体撮像装置を図１乃至図３を用いて説明する。まず、本実施例に係る固体撮像装置の構造を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る固体撮像装置の要部断面図である。
図１に示すように、Ｐ型ウェル領域１の表面上の一部には、ゲート絶縁膜２を介して読み出しゲート電極３が設けられている。そして、Ｐ型ウェル領域１の表面上の読み出しゲート電極３の側部には、ＳｉＯ２若しくはＳｉＮ等の絶縁物からなる側壁１２が、読み出しゲート電極３に対して自己整合的に形成されている。なお、このＰ型ウェル領域１の不純物濃度は約１×１０１４〜１×１０１７ｃｍ−３程度である。
Ｐ型ウェル領域１内には、上記読み出しゲート電極３に隣接して、光信号を受光して光電変換するためのフォトダイオードの信号蓄積領域４が設けられている。この信号蓄積領域４は、不純物としてリン（Ｐ）を有するＮ型の不純物領域であり、その不純物濃度は約１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３程度である。
信号蓄積領域４の上部のＰ型ウェル領域１には、信号蓄積領域４でのリーク電流を抑制するために、不純物としてホウ素（Ｂ）を有し、約１×１０１５〜１×１０１９ｃｍ−３程度の不純物濃度を有するＰ＋型のサーフェスシールド領域５が設けられている。
一方、上記読み出しゲート電極３の側方であって、信号蓄積領域４およびサーフェスシールド領域５が形成されていない側には、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定の距離だけ下方に離間したところ、例えばＰ型ウェル領域１の表面から０．１μmの深さの位置に、不純物として、リン（Ｐ）を有し、約１×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３程度の不純物濃度を有するＮ型のドレイン領域６が設けられている。このドレイン領域６には、上記読み出しゲート電極３によって、上記信号蓄積領域４内より読み出された信号電荷が転送される。
また、このドレイン領域６は、側壁１２に対して自己整合的に形成されており、ドレイン領域６と読み出しゲート電極３の端部との間には、側壁１２の幅程度のオフセットを有してドレイン領域６が形成されている。
Ｐ型ウェル領域１の表面上には、後述するように層間絶縁膜９が形成される。そのため、Ｐ型ウェル領域１と層間絶縁膜９の界面のＰ型ウェル領域１の表面には、表面準位が存在する。また、Ｐ型ウェル領域１の表面は、製造工程中のダメージを受けるため、Ｐ型ウェル領域１の内部に比べて結晶欠陥が存在する確率が高い。
そして、Ｐ型ウェル領域１の表面からの距離が近い位置（Ｐ型ウェル領域１表面からの深さが浅い位置）のほうが、Ｐ型ウェル領域１の表面からの距離が離れている位置（Ｐ型ウェル領域１表面からの深さが深い位置）に比べて、この結晶欠陥が存在する確率が高い。
ドレイン領域６は、表面準位が存在し結晶欠陥が存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面およびその近傍を避けるようにして、Ｐ型ウェル領域１の内部に形成されている。このように、ドレイン領域６は、表面準位が存在し、結晶欠陥が存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間した位置に形成され、結晶欠陥が存在する確率が低いところに形成されている。このため、信号蓄積領域４から読み出された信号電荷が、表面準位や結晶欠陥にトラップされにくくなるので、ドレイン領域６におけるリーク電流の発生を抑制することが可能となる。
そして、ドレイン領域６の上部であってＰ型ウェル領域１の表面部には、ホウ素（Ｂ）がイオン注入されて形成されるＰ＋型のドレインシールド領域７が設けられている。このＰ＋型のドレインシールド領域７は、Ｐ型ウェル領域１よりも不純物濃度が高く、約１×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３程度の不純物濃度を有し、側壁１２に対して自己整合的に形成されている。
このドレイン領域６の上部にＰ＋型のドレインシールド領域７が形成されることによって、ドレイン領域６とＰ＋型のドレインシールド領域７の間に電位障壁を形成し、ドレイン領域６中に読み出された信号電荷が、Ｐ型ウェル領域１の表面に存在する表面準位や、Ｐ型ウェル領域１の表面およびその近傍の結晶欠陥にトラップされにくくすることが可能となっている。
さらに、Ｐ型ウェル領域１の表面部には、ドレインシールド領域７およびドレイン領域６に接するように、コンタクトインプラ部８が形成されている。このコンタクトインプラ部８は、ドレイン領域６とほぼ同等の不純物濃度を有し、約１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３程度の不純物濃度を有する。なお、コンタクトインプラ部８は、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定の距離だけ離間して形成されているドレイン領域６と、後述のプラグ１０を接続するために形成されるものであり、少なくともドレイン領域６に接するように形成されればよい。
Ｐ型ウェル領域１、読み出しゲート電極３、サーフェスシールド領域５、ドレインシールド領域７および側壁１２の上部にはＳｉＯ２等の層間絶縁膜９が形成され、コンタクトインプラ部８の上部にはコンタクトインプラ部８と接続されるプラグ１０が形成されている。そして、プラグ１０には配線１１が接続され形成されている。このようにして、本実施例に係る固体撮像装置が形成されている。
次に、図２を用いて、本実施例の実施例１に係る固体撮像装置のドレイン領域６が形成されている位置について説明する。図２は、図１におけるＡ−Ａ’線での不純物濃度分布図である。図２内の線aはイオン注入されたＰ型不純物（例えば、ホウ素）の濃度を示し、線bはイオン注入されたＮ型不純物（例えば、リン）の濃度を示し、線cは、Ｐ型ウェル領域１の不純物濃度を示す。図２に示した不純物濃度分布図では、Ｐ型ウェル領域１の表面から０．１μｍ下方に離間した位置にドレイン領域６が形成されている場合の不純物濃度分布を示している。
１×１０１６cm-3程度の不純物濃度を有するＰ型ウェル領域１に、Ｐ型不純物であるホウ素がイオン注入されて、ドレインシールド領域７が形成され、Ｎ型不純物であるリンがイオン注入されて、ドレイン領域６が形成されている。
Ｐ型不純物は、Ｐ型ウェル領域１の表面部に不純物濃度のピークをもつようにイオン注入されている。また、Ｎ型不純物は、Ｐ型不純物濃度のピークをもつ位置よりも下方に不純物濃度のピークがくるようにイオン注入されている。
ここで、Ｐ型の不純物濃度よりも、Ｎ型の不純物濃度のほうが高い領域が、ドレイン領域６となる。そして、Ｐ型ウェル領域１の表面部は、Ｎ型の不純物濃度よりも、Ｐ型の不純物濃度のほうが高くなっており、この部分がＰ＋型のドレインシールド領域７となる。つまり、図２における線aと線bの交点Ｘがドレインシールド領域７とドレイン領域６の境界であり、ドレイン領域６の上端となり、また、線bと線cの交点Ｙがドレイン領域６とＰ型ウェル領域１の境界であり、ドレイン領域６の下端となる。
ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１内には、ドレイン領域６とは逆の導電型の不純物領域が形成されている。そして、ドレイン領域６の上端が、Ｐ型ウェル領域１の表面よりも下方に存在し、ドレイン領域６は、Ｐ型ウェル領域１の表面から下方に離間した位置に形成されている。
このように、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成されていることに特徴を有する。ドレイン領域６が、結晶欠陥の存在する確率がＰ型ウェル領域１の表面に比べて低く、また、表面準位が存在し、結晶欠陥の存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間したところに形成されるので、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が結晶欠陥にトラップされにくくなり、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
さらに、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６上部のＰ型ウェル領域１内にＰ型ウェル領域１よりも不純物濃度の高いＰ＋型のドレインシールド領域７を有しているところに特徴を有する。ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１の表面部に、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が形成されることによって、ドレイン領域６とその上部領域であるＰ＋型のドレインシールド領域７の間の電位障壁が大きくなり、結晶欠陥が存在する確率の高いＰ型ウェル領域１の表面近傍や、表面準位の存在するＰ型ウェル領域１の表面に、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が、移動しにくくなる。このため、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、信号電荷が表面準位や、結晶欠陥にトラップされにくくなるため、リセット動作時において、信号蓄積領域４に残存した信号電荷が排出されやすくなり、Ｓ/Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。
なお、側壁１２は本実施例に係る固体撮像装置のドレイン領域６およびドレインシールド領域７を、側壁１２の幅だけ読み出しゲート電極３から離れたところに形成するために設けられるものであるため、ドレイン領域６、ドレインシールド領域７の形成後に側壁１２を除去してもよい。
次に、図３を用いて本発明の実施例１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図３は、本発明の実施例１に係る固体撮像装置の製造工程を示す要部断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、Ｐ型ウェル領域１の内部に光信号を受光して光電変換するフォトダイオードのＮ型の信号蓄積領域４を形成する。続いて、信号蓄積領域４の上部に、Ｐ＋型のサーフェスシールド領域５を形成する。続いて、Ｐ型ウェル領域１の表面上の一部に、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３を形成する。この信号蓄積領域４、サーフェスシールド領域５、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３は、一般に知られている様々な方法を用いて形成することができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３の側部に側壁１２を形成した後、側壁１２の上面および側壁１２の側方のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン２０を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン２０をマスクとして、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定の距離だけ、例えば０．１μm下方に離間したところリン（Ｐ）をイオン注入し、Ｎ型のドレイン領域６を側壁１２に対して自己整合的に形成する。
このイオン注入条件としては、例えば、リン（Ｐ）イオン種として、１００KeV程度の加速度で、１×１０１３〜１×１０１４ｃｍ−３程度のドーズ量の条件でイオン注入することにより、図１０の線bに示すような不純物濃度分布が得られる。
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン２０を除去した後、ドレイン領域６上部のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン２１を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン２１をマスクとして、ドレイン領域６の上部であってＰ型ウェル領域１の表面部に、ホウ素（Ｂ）をイオン注入し、Ｐ＋型のドレインシールド領域７を、側壁１２に対して自己整合的に形成する。
このイオン注入条件としては、例えば、ホウ素（Ｂ）イオン種として、１０〜３０KeV程度の加速度で、１×１０１３〜１×１０１４ｃｍ−３程度のドーズ量の条件でイオン注入することにより、図１０の線bに示すような不純物濃度分布が得られる。
次に、図３（ｄ）に示すように、レジストパターン２１を除去した後、Ｐ型ウェル領域１の表面の全面に層間絶縁膜９を形成し、その層間絶縁膜９をＲＩＥ等によりエッチングし、ドレイン領域６の上部のドレインシールド領域７が形成されていない部分に開口部を形成する。
次に、図３（ｅ）に示すように、層間絶縁膜９上にレジストパターン２２を形成し、層間絶縁膜９の開口部から表面が露出しているＰ型ウェル領域１の表面部にリン（Ｐ）をイオン注入し、ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１内に、ドレイン領域６と接するようにコンタクトインプラ部８を形成する。
次に、図３（ｆ）に示すように、レジストパターン２２を除去し、Ｗ−ＣＶＤにより、プラグ１０を形成し、続いて、配線１１を形成する。以上のようにして、図１に示すような構造の固体撮像装置を製造することが可能となる。
（実施例１の変形例）
実施例１の変形例に係る固体撮像装置を図４を用いて説明する。図４に示すように、本実施例１の変形例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成され、且つ、図１の実施例１とは異なり、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が設けられていないところに特徴を有する。
実施例１の変形例に係る固体撮像装置を図４を用いて説明する。図４に示すように、本実施例１の変形例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成され、且つ、図１の実施例１とは異なり、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が設けられていないところに特徴を有する。
図５を用いて、本実施例の実施例１の変形例に係る固体撮像装置のドレイン領域６が形成されている位置について説明する。図５は、図４におけるＢ−Ｂ’線での不純物濃度分布図である。図５内の線dはイオン注入されたＮ型不純物（例えば、リン）の濃度を示し、線eは、Ｐ型ウェル領域１の不純物濃度を示す。図５に示した不純物濃度分布図では、Ｐ型ウェル領域１の表面から０．１μｍ下方に離間した位置にドレイン領域６が形成されている場合の不純物濃度分布を示している。
１×１０１６cm-3程度の不純物濃度を有するＰ型ウェル領域１に、Ｎ型不純物であるリンがイオン注入されて、ドレイン領域６が形成されている。
Ｎ型不純物は、Ｐ型ウェル領域１の表面から下方に離間した位置に不純物濃度のピークがくるようにイオン注入されている。
ここで、Ｐ型の不純物濃度よりも、Ｎ型の不純物濃度のほうが高い領域が、ドレイン領域６となる。そして、Ｐ型ウェル領域１の表面部は、Ｎ型の不純物濃度よりも、Ｐ型の不純物濃度のほうが高くなっており、この部分がＰ型ウェル領域１である。つまり図５における線dと線eの交点Ｚ１がドレイン領域６とＰ型ウェル領域１の境界であり、ドレイン領域の上端となり、線dと線eの交点Ｚ２がドレイン領域６とＰ型ウェル領域１の境界であり、ドレイン領域６の下端となる。
ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１内には、ドレイン領域６とは逆の導電型の不純物領域が形成されている。そして、ドレイン領域６の上端が、Ｐ型ウェル領域１の表面よりも下方に存在し、ドレイン領域６は、Ｐ型ウェル領域１の表面から下方に離間した位置に形成されている。
このように、ドレイン領域６が、結晶欠陥の存在する確率がＰ型ウェル領域１の表面に比べて低く、また、表面準位が存在し、結晶欠陥の存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間したところに形成されるので、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が結晶欠陥にトラップされにくくなり、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、信号電荷が表面準位や、結晶欠陥にトラップされにくくなるため、リセット動作時において、信号蓄積領域４に残存した信号電荷が排出されやすくなり、Ｓ/Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。
実施例１の変形例に係る固体撮像装置のように、ドレイン領域６の上部にＰ＋型のドレインシールド領域を有していなくとも、ドレイン領域におけるリーク電流の低減およびＳ/Ｎ比の低下の抑制することが可能となる。
本発明の実施例２に係る固体撮像装置を図６および図７を用いて説明する。同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係る固体撮像装置は、実施例１に示した固体撮像装置と比べ、読み出しゲート電極３方向にドレイン領域６が延在していることにその特徴を有する。図６は、本発明の実施例２に係る固体撮像装置の要部断面図である。図６におけるＣ−Ｃ’での深さ方向の不純物濃度分布は、図２に示した不純物濃度分布図と同一であるため、その説明を省略する。
図６に示すように、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定の距離だけ下方に離間したところに、ドレイン領域６が読み出しゲート電極３に対して自己整合的に形成されている。そして、ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１の表面部には、側壁１２に対して自己整合的にドレインシールド領域７が形成され、側壁１２の下部に形成されるドレイン領域６は、その上部にドレインシールド領域７を有していない形状となり、ドレイン領域６が読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成されている。
ここで、信号蓄積領域４からドレイン領域６に信号電荷を読み出す際には、信号電荷は、読み出しゲート電極３の下部のＰ型ウェル領域１から、ドレイン領域６の読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成された部分を経由してドレイン領域６に読み出される。
このようにドレイン領域６が読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成されているので、読み出しゲート電極３下部のＰ型ウェル領域１とドレイン領域６の間の電位障壁を緩和することが可能となり、信号電荷をドレイン領域６に読み出しやすくすることが可能となる。
また、読み出しゲート電極３近傍のドレイン領域６の一部分の上部にはドレインシールド領域７が形成されていない。これは、読み出しゲート電極３近傍のドレイン領域６の上部にＰ＋型のドレインシールド領域７が形成されていると、ドレインシールド領域７が、読み出しゲート電極３下部のＰ型ウェル領域１を経てドレイン領域６に信号電荷が読み出される際の電位障壁となり、信号電荷がドレイン領域６に読み出されにくくなる。そのため、読み出しゲート電極３近傍のドレイン領域６の上部には、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が形成されていない。このように、ドレイン領域６が読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成されるので、信号電荷をドレイン領域６に読み出しやすくすることが可能である。
なお、上記の図６に示した本実施例２に係る固体撮像装置の要部断面図においては、ドレイン領域６の端部と、読み出しゲート電極３の端部が一致しているが、ドレイン領域６が、読み出しゲート電極３の下方のＰ型ウェル領域１に延在して形成されていてもよい。この場合、読み出しゲート電極３をマスクとして、不純物を斜めにイオン注入する、アニールにより横方向に拡散させる等の種々の方法により、ドレイン領域６は読み出しゲート電極３の下方にまで延在して形成される。このように、ドレイン領域６が読み出しゲート電極３の下方にまで延在して形成された場合には、信号電荷をドレイン領域６に読み出しやすくすることが可能である。
このように、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成されていることに特徴を有する。ドレイン領域６が、結晶欠陥の存在する確率がＰ型ウェル領域１の表面に比べて低く、また、表面準位が存在し、結晶欠陥の存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間したところに形成されるので、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が結晶欠陥にトラップされにくくなり、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
さらに、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６上部のＰ型ウェル領域１内にＰ型ウェル領域１よりも不純物濃度の高いＰ＋型のドレインシールド領域７を有しているところに特徴を有する。ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１の表面部に、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が形成されることによって、ドレイン領域６とその上部領域であるＰ＋型のドレインシールド領域７の間の電位障壁が大きくなり、結晶欠陥が存在する確率の高いＰ型ウェル領域１の表面近傍や、表面準位の存在するＰ型ウェル領域１の表面に、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が、移動しにくくなる。このため、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、信号電荷が表面準位や、結晶欠陥にトラップされにくくなるため、リセット動作時において、信号蓄積領域４に残存した信号電荷が排出されやすくなり、Ｓ/Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６が読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成されているので、ドレイン領域６の読み出しゲート電極３側の端部と、読み出しゲート電極３の端部との距離が離れているものに比べて、信号蓄積領域４に蓄積された信号電荷を読み出しやすくすることが可能となる。
そして、ドレイン領域６のうち、読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成された部分の上部には、ドレインシールド領域７が形成されていない。これにより、電位障壁の大きいところを経由せずに、信号蓄積領域４からドレイン領域６に信号電荷を読み出すことが可能となる。
なお、側壁１２は本実施例に係る固体撮像装置のドレインシールド領域７を読み出しゲート電極３から離間したところに形成するために設けられるものであるため、側壁１２が無くともドレイン領域６におけるリーク電流の低減およびＳ/Ｎ比の低下の抑制等の効果を得ることが可能である。また、ドレイン領域６、ドレインシールド領域７の形成後に側壁１２を除去してもよい。
次に、図７を用いて本発明の実施例２に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図７は、本発明の実施例に係る固体撮像装置の製造工程を示す要部断面図である。
まず、図７（ａ）に示すように、Ｐ型ウェル領域１の内部に光信号を受光して光電変換するフォトダイオードのＮ型の信号蓄積領域４を形成する。続いて、信号蓄積領域４の上部に、Ｐ＋型のサーフェスシールド領域５を形成する。続いて、Ｐ型ウェル領域１の表面上の一部に、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３を形成する。この信号蓄積領域４、サーフェスシールド領域５、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３は、一般に知られている方法により形成することができる。
次に、図７（ｂ）に示すように、読み出しゲート電極３の側方のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン６０を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン６０をマスクとして、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定の距離だけ、例えば０．１μm下方に離間したところにリン（Ｐ）をイオン注入し、Ｎ型のドレイン領域６を読み出しゲート電極３に対して自己整合的に形成する。
このイオン注入条件としては、例えば、リン（Ｐ）イオン種として、１００KeV程度の加速度で、１×１０１３〜１×１０１４ｃｍ−３程度のドーズ量の条件でイオン注入することにより、図１０の線bに示すような不純物濃度分布が得られる。
次に、図７（ｃ）に示すように、レジストパターン６０を除去した後、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３の側部に側壁１２を形成する。続いて、側壁１２の表面および側壁１２の側方のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン６１を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン６１をマスクとして、ドレイン領域６の上部であってＰ型ウェル領域１の表面部に、ホウ素（Ｂ）をイオン注入し、Ｐ＋型のドレインシールド領域７を、側壁１２に対して自己整合的に形成する。これにより、側壁１２の下部に形成されたドレイン領域６は、その上部にドレインシールド領域７が形成されていない形状となる。
このイオン注入条件としては、例えば、ホウ素（Ｂ）イオン種として、１０〜３０KeV程度の加速度で、１×１０１３〜１×１０１４ｃｍ−３程度のドーズ量の条件でイオン注入することにより、図１０の線bに示すような不純物濃度分布が得られる。
次に、図７（ｄ）に示すように、レジストパターン６１を除去した後、Ｐ型ウェル領域１の表面の全面に層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜をＲＩＥ等によりエッチングし、ドレイン領域６の上部にドレインシールド領域７が形成されていない部分のうち、読み出しゲート電極３から遠い部分に開口部を有する層間絶縁膜９を形成する。
次に、図７（ｅ）に示すように、層間絶縁膜９上にレジストパターン６２を形成し、層間絶縁膜９の開口部から表面が露出しているＰ型ウェル領域１の表面部にリン（Ｐ）をイオン注入し、ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１内に、ドレイン領域６と接するようにコンタクトインプラ部８を形成する。
次に、図７（ｆ）に示すように、レジストパターン６２を除去し、Ｗ−ＣＶＤにより、プラグ１０を形成し、続いて、配線１１を形成する。以上のようにして、図６に示すような構造の固体撮像装置を製造することが可能となる。
（実施例２の変形例）
実施例２の変形例に係る固体撮像装置を図８を用いて説明する。図８に示すように、本実施例２の変形例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成され、且つ、図６に示した実施例２の固体撮像装置とは異なり、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が設けられていないところに特徴を有する。図８におけるＤ−Ｄ’での深さ方向の不純物濃度分布は、図５に示した不純物濃度分布図と同一であるため、その説明を省略する。
実施例２の変形例に係る固体撮像装置を図８を用いて説明する。図８に示すように、本実施例２の変形例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成され、且つ、図６に示した実施例２の固体撮像装置とは異なり、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が設けられていないところに特徴を有する。図８におけるＤ−Ｄ’での深さ方向の不純物濃度分布は、図５に示した不純物濃度分布図と同一であるため、その説明を省略する。
このように、ドレイン領域６が、結晶欠陥の存在する確率がＰ型ウェル領域１の表面に比べて低く、また、表面準位が存在し、結晶欠陥の存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間したところに形成されるので、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が結晶欠陥にトラップされにくくなり、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、信号電荷が表面準位や、結晶欠陥にトラップされにくくなるため、リセット動作時において、信号蓄積領域４に残存した信号電荷が排出されやすくなり、Ｓ/Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。
また、ドレイン領域６が読み出しゲート電極３の下部まで延在して形成されているので、ドレイン領域６の読み出しゲート電極３側の端部と、読み出しゲート電極３の端部との距離が離れているものに比べて、信号蓄積領域４に蓄積された信号電荷を読み出しやすくすることが可能となる。
実施例２の変形例に係る固体撮像装置のように、ドレイン領域６の上部にＰ＋型のドレインシールド領域を有していなくとも、ドレイン領域におけるリーク電流の低減およびＳ/Ｎ比の低下の抑制することが可能となり、信号蓄積領域４に蓄積された信号電荷を読み出しやすくすることも可能となる。
本発明の実施例３に係る固体撮像装置を図９および図１０を用いて説明する。同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係る固体撮像装置は、実施例１に示した固体撮像装置と比べ、Ｎ型不純物領域１３が、ドレイン領域６の読み出しゲート電極３側に接するようにＰ型ウェル領域１内に形成されていることにその特徴を有する。図９は、本発明の実施例３に係る固体撮像装置の要部断面図である。図９におけるＥ−Ｅ’での深さ方向の不純物濃度分布は、図２に示した不純物濃度分布図と同一であるため、その説明を省略する。
図９に示すように、Ｐ型ウェル領域１の表面上であって、読み出しゲート電極３の側部に、側壁１２が読み出しゲート電極３に対して自己整合的に形成されている。
ドレイン領域６は、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定距離だけ下方に離間したところに側壁１２に対して自己整合的に形成され、ドレイン領域６の上部であってＰ型ウェル領域１の表面部には、ドレインシールド領域７が側壁１２に対して自己整合的に形成されている。
そして、ドレインシールド領域７に近いほうの側壁１２の下部のＰ型ウェル領域１の表面部には、Ｎ型不純物領域１３が、ドレイン領域６およびドレインシールド領域７の読み出しゲート電極３側に接するように、読み出しゲート電極３に対して自己整合的に形成されている。このＮ型不純物領域１３の不純物濃度は、ドレイン領域６とほぼ同等の不純物濃度であって、約１×１０１５〜１×１０１９ｃｍ−３程度である。なお、このＮ型不純物領域１３は、ドレインシールド領域７とは必ずしも接している必要はなく、少なくともドレイン領域６と接するように形成されればよい。
ここで、信号蓄積領域４からドレイン領域６に信号電荷を読み出す際には、信号電荷は、読み出しゲート電極３の下部のＰ型ウェル領域１から、Ｎ型不純物領域１３を経由してドレイン領域６に読み出される。
このようにＮ型不純物領域１３がドレイン領域に接するようにして形成されているので、読み出しゲート電極３下部のＰ型ウェル領域１とドレイン領域６の間の電位障壁を緩和することが可能となり、信号電荷をドレイン領域６に読み出しやすくすることが可能となる。
なお、このＮ型不純物領域１３の不純物濃度は、ドレイン領域６よりも低濃度にし、ドレイン領域６の近傍での電界を緩和することも勿論可能である。このようにして、本実施例に係る固体撮像装置が形成されている。
このように、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成されていることに特徴を有する。ドレイン領域６が、結晶欠陥の存在する確率がＰ型ウェル領域１の表面に比べて低く、また、表面準位が存在し、結晶欠陥の存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間したところに形成されるので、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が結晶欠陥にトラップされにくくなり、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
さらに、本実施例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６上部のＰ型ウェル領域１内にＰ型ウェル領域１よりも不純物濃度の高いＰ＋型のドレインシールド領域７を有しているところに特徴を有する。ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１の表面部に、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が形成されることによって、ドレイン領域６とその上部領域であるＰ＋型のドレインシールド領域７の間の電位障壁が大きくなり、結晶欠陥が存在する確率の高いＰ型ウェル領域１の表面近傍や、表面準位の存在するＰ型ウェル領域１の表面に、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が、移動しにくくなる。このため、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、信号電荷が表面準位や、結晶欠陥にトラップされにくくなるため、リセット動作時において、信号蓄積領域４に残存した信号電荷が排出されやすくなり、Ｓ/Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施例に係る固体撮像装置は、Ｎ型不純物領域１３が、ドレイン領域６に接するように読み出しゲート電極３近傍のＰ型ウェル領域１の表面部に形成されていることに特徴を有する。このＮ型不純物領域１３が形成されることによって、信号蓄積領域４に蓄積された信号電荷を読み出しやすくすることが可能となる。
なお、側壁１２は本実施例に係る固体撮像装置のドレイン領域６およびドレインシールド領域７を読み出しゲート電極３から離間したところに形成するために設けられるものであるため、側壁１２が無くともドレイン領域６におけるリーク電流の低減およびＳ/Ｎ比の低下の抑制等の効果を得ることが可能である。また、ドレイン領域６、ドレインシールド領域７の形成後に側壁１２を除去してもよい。
次に、図１０を用いて本発明の実施例２に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図１０は、本発明の実施例３に係る固体撮像装置の製造を示す要部工程断面図である。
まず、図１０（a）に示すように、Ｐ型ウェル領域１の内部に光信号を受光して光電変換するフォトダイオードのＮ型の信号蓄積領域４を形成する。続いて、信号蓄積領域４の上部に、Ｐ＋型サーフェスシールド領域５を形成する。続いて、Ｐ型ウェル領域１の表面上の一部に、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３を形成する。この信号蓄積領域４、サーフェスシールド領域５、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３は、一般に知られている方法により形成することができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、読み出しゲート電極３の側方のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン９０を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン９０をマスクとして、Ｐ型ウェル領域１の表面部にリン（Ｐ）をイオン注入し、Ｐ型ウェル領域１の表面部にＮ型不純物領域１３を読み出しゲート電極３に対して自己整合的に形成する。
このイオン注入条件としては、例えば、リン（Ｐ）イオン種として、１００KeV程度の加速度で、１×１０１３〜１×１０１４ｃｍ−３程度のドーズ量の条件でイオン注入することにより、図１０の線bに示すような不純物濃度分布が得られる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、レジストパターン９０を除去した後、ゲート絶縁膜２および読み出しゲート電極３の側部に側壁１２を形成する。続いて、側壁１２の表面および側壁１２の側方のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン９１を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン９１をマスクとして、Ｐ型ウェル領域１の表面から所定の距離だけ、例えば０．１μm下方に離間したところにリン（Ｐ）をイオン注入し、ドレイン領域６とＮ型不純物領域１３とが接するように、ドレイン領域６を側壁１２に対して自己整合的に形成する。
このイオン注入条件としては、例えば、ホウ素（Ｂ）イオン種として、１０〜３０KeV程度の加速度で、１×１０１３〜１×１０１４ｃｍ−３程度のドーズ量の条件でイオン注入することにより、図１０の線bに示すような不純物濃度分布が得られる。
次に、図１０（ｄ）に示すように、レジストパターン９１を除去した後、側壁１２の表面および側壁１２の側方のＰ型ウェル領域１の表面の一部が露出するような形状のレジストパターン９２を、Ｐ型ウェル領域１上に形成する。このレジストパターン９２をマスクとして、ドレイン領域６の上部であってＰ型ウェル領域１の表面部に、ホウ素（Ｂ）をイオン注入し、Ｐ＋型のドレインシールド領域７を、側壁１２に対して自己整合的に形成する。
次に、図１０（ｅ）に示すように、レジストパターン９２を除去した後、Ｐ型ウェル領域１の表面の全面に層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜をＲＩＥ等によりエッチングし、ドレイン領域６の上部にドレインシールド領域７が形成されていない部分に開口部を有する層間絶縁膜９を形成する。
次に、図１０（ｆ）に示すように、層間絶縁膜９上にレジストパターン９３を形成し、層間絶縁膜の開口部から表面が露出しているＰ型ウェル領域１の表面部にリン（Ｐ）をイオン注入し、ドレイン領域６の上部のＰ型ウェル領域１内に、ドレイン領域６と接するようにコンタクトインプラ部８を形成する。
次に、図１０（ｇ）に示すように、レジストパターン９３を除去し、Ｗ−ＣＶＤにより、プラグ１０を形成し、続いて、配線１１を形成する。以上のようにして、図９に示すような構造の固体撮像装置を製造することが可能となる。
（実施例３の変形例）
実施例３の変形例に係る固体撮像装置を図１１を用いて説明する。図１１に示すように、本実施例１の変形例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成され、且つ、図９に示した実施例３の固体撮像装置とは異なり、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が設けられていないところに特徴を有する。図１１におけるＦ−Ｆ’での深さ方向の不純物濃度分布は、図５に示した不純物濃度分布図と同一であるため、その説明を省略する。
実施例３の変形例に係る固体撮像装置を図１１を用いて説明する。図１１に示すように、本実施例１の変形例に係る固体撮像装置は、ドレイン領域６がＰ型ウェル領域１の表面から下方に離間したところに形成され、且つ、図９に示した実施例３の固体撮像装置とは異なり、Ｐ＋型のドレインシールド領域７が設けられていないところに特徴を有する。図１１におけるＦ−Ｆ’での深さ方向の不純物濃度分布は、図５に示した不純物濃度分布図と同一であるため、その説明を省略する。
このように、ドレイン領域６が、結晶欠陥の存在する確率がＰ型ウェル領域１の表面に比べて低く、また、表面準位が存在し、結晶欠陥の存在する確率が高いＰ型ウェル領域１の表面から離間したところに形成されるので、ドレイン領域６に読み出された信号電荷が結晶欠陥にトラップされにくくなり、ドレイン領域６におけるリーク電流を低減することが可能となる。
また、信号電荷が表面準位や、結晶欠陥にトラップされにくくなるため、リセット動作時において、信号蓄積領域４に残存した信号電荷が排出されやすくなり、Ｓ/Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。
また、Ｎ型不純物領域１３が、ドレイン領域６に接するように読み出しゲート電極３近傍のＰ型ウェル領域１の表面部に形成されていることに特徴を有する。このＮ型不純物領域１３が形成されることによって、信号蓄積領域４に蓄積された信号電荷を読み出しやすくすることが可能となる。
実施例３の変形例に係る固体撮像装置のように、ドレイン領域６の上部にＰ＋型のドレインシールド領域を有していなくとも、ドレイン領域６におけるリーク電流の低減およびＳ/Ｎ比の低下の抑制することが可能となり、信号蓄積領域４に蓄積された信号電荷を読み出しやすくすることも可能となる。
１ Ｐ型ウェル領域
２ ゲート絶縁膜
３ 読み出しゲート電極
４ 信号蓄積領域
５ サーフェスシールド領域
６ ドレイン領域
７ ドレインシールド領域
８ コンタクトインプラ部
９ 層間絶縁膜
１０ プラグ
１１ 配線
１２ 側壁
１３ Ｎ型不純物領域
２０、２１、２２、６０、６１、６２、９０、９１、９２、９３ レジストパターン
２ ゲート絶縁膜
３ 読み出しゲート電極
４ 信号蓄積領域
５ サーフェスシールド領域
６ ドレイン領域
７ ドレインシールド領域
８ コンタクトインプラ部
９ 層間絶縁膜
１０ プラグ
１１ 配線
１２ 側壁
１３ Ｎ型不純物領域
２０、２１、２２、６０、６１、６２、９０、９１、９２、９３ レジストパターン
Claims (5)
- 第１導電型の半導体領域と、
前記第１導電型の半導体領域に設けられた、光電変換により得られた信号電荷を蓄積する第２導電型の信号蓄積領域と、
前記第１導電型の半導体領域の表面から下方に離間した位置に設けられた第２導電型のドレイン領域と、
前記第２導電型の信号蓄積領域と前記第２導電型のドレイン領域の間における前記第１導電型の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられた読み出しゲート電極と
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第２導電型のドレイン領域が、少なくとも前記読み出しゲート電極の下部に到達する位置まで延在することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
- 前記第１導電型の半導体領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の不純物領域が、前記第２導電型のドレイン領域の上部の前記第１導電型の半導体領域に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
- 前記第１導電型の半導体領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の不純物領域が、前記読み出しゲート電極近傍の一部を除いて、前記第２導電型のドレイン領域の上部の前記第１導電型の半導体領域に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
- 前記第２導電型のドレイン領域の前記読み出しゲート電極側に接して、第２導電型の不純物領域が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
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