JP2007234874A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトダイオードとウェル間に発生する電界の強度を緩和させ、白キズ・暗電流等を低減させるとともに、残像等のフォトダイオード特性を向上させた固体撮像装置の製造方法を提供する。
【解決手段】入射光を電気信号に変換するＮ型フォトダイオードが形成される領域を開口したレジストをシリコン基板上に形成するステップと、Ｎ型フォトダイオードを形成するためのイオン注入を、シリコン基板の主面の法線方向に対して注入角度をつけて、かつ、互いに異なる注入方向から複数回行うステップを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、より特定的には、低電圧で画像信号などの読み出しを可能とし、画像欠陥（特に白キズ、暗電流に代表される）を抑制した増幅型ＭＯＳイメージセンサを用いた固体撮像装置の製造方法に関する。

近年、固体撮像装置の一つとして増幅型ＭＯＳイメージセンサを用いた固体撮像装置（以下、ＭＯＳ固体撮像装置という）が注目されている。ＭＯＳ固体撮像装置は、画素であるセルごとにフォトダイオードによって検出した信号をトランジスタによって増幅するものである。そして、ＣＣＤイメージセンサを用いた固体撮像装置と比べて高感度であるという特徴をもつ。このようなＭＯＳ固体撮像装置には、二次元に配列された画素を有する撮像部を水平走査または垂直走査する回路としてダイナミック型シフトレジスタが用いられ、回路の簡素化、高密度化及び低消費電力化が図られている。

従来の固体撮像装置の製造方法では、特許文献１の図１及び図８に示されるように、１回のリンの注入によってフォトダイオードのＮ型領域を形成している。そして、このとき、半導体基板に対して垂直方向から注入する場合と、半導体基板に対してある程度傾けた方向から注入する場合とがある。ここで、シリコン（以下、Ｓｉという）基板表面に形成されるＰ型領域と読み出しゲートの閾値を制御するＰ型領域とを形成するためのイオン注入については、異なる方向から複数回に分けて斜めに注入する方法がある。しかし、フォトダイオードを形成するＮ型領域を形成する注入については、１回のイオン注入で行われることが一般的である。

以下に、従来技術であるＭＯＳ固体撮像装置の製造方法を図８、図９、図１０Ａ〜Ｃを用いて説明する。図８は従来のＭＯＳ固体撮像装置の断面図である。図８において、Ｓｉ基板１の上部にＰウェル２が形成され、Ｐウェル２の内部に光を電気信号へ変換（以下、光電変換という）するためのＮ型フォトダイオード３が形成される。このＮ型フォトダイオード３に閾値注入領域６の一端が隣接している。閾値注入領域６の上にゲート酸化膜５が形成され、ゲート酸化膜５の上にゲート電極４が形成される。ゲート電極４とゲート酸化膜５と閾値注入領域６とはＭＯＳトランジスタ構造を構成している。この閾値注入領域６の他端に、Ｎ型ドレイン領域７が隣接して形成される。そして、上記したＮ型フォトダイオード３及びＭＯＳトランジスタを構成する複数の素子は素子分離１０によってそれぞれ分離されている。ここで、光電変換された電子は、Ｎ型フォトダイオード３に蓄積された後にＮ型ドレイン領域７に転送されて信号として検出される。

Ｎ型フォトダイオード３の上面には、閾値注入領域６の一端に隣接してＰ型拡散層８が形成されてこのＰ型拡散層８に隣接して高濃度のＰ型拡散層９が形成される。Ｐ型拡散層８は、信号電荷の読み出し特性と白キズの発生特性とのバランスを考慮して、１Ｅ１２／ｃｍ² オーダのイオン注入によって形成される。Ｐ型拡散層９は、１Ｅ１４／ｃｍ² オーダのイオン注入によって形成される。そして、Ｐ型拡散層９から拡散したボロンなどの不純物は、Ｐ型拡散層８に含まれる不純物の濃度の一部として寄与している。Ｐ型拡散層９は、Ｎ型フォトダイオード３の上面をシールドする表面シールド層である。そして、Ｐ型拡散層９は、Ｓｉ基板表面と結晶欠陥・金属汚染によってＳｉ基板表面に形成される自然酸化膜（ＳｉＯ₂ ）等との間にできる界面の界面準位の影響を抑制させる。また、Ｐ型拡散層９は、Ｓｉ基板表面とＳｉ基板表面に形成されるＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ膜との間にできる界面の界面準位の影響を抑制させる。つまり、Ｐ型拡散層９は、ＳｉとＳｉＯ₂ との間にできた不要なダングリングボンドを高濃度の正孔によって不活性化し、また、応力によって発生したＳｉ結晶のひずみと金属汚染とによってできた界面準位を高濃度の正孔によって不活性化する。

図９は、従来のＭＯＳ固体撮像装置の製造方法を示す平面図である。そして、フォトダイオードをイオン注入によって形成する前の状態である固体撮像装置の縦３列×横３列（以下、３×３という）の画素平面パターンレイアウトを表わす。Ｓｉ基板上にＰウェル２と素子分離１０とが形成された後にＮ型注入領域１１を開口したレジスト１２が形成される。次に、Ｎ型注入領域１１に矢印の方向からＮ型イオン注入１３が行われることによってＮ型拡散層（＝Ｎ型フォトダイオード）が形成される。なお、図１１には後に形成される代表的なゲート電極４を示している。

図１０Ａ〜Ｃは、従来の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す。図１０Ａは、図９において、Ｎ型注入領域１１にＮ型イオン注入１３が行われることによってＮ型拡散層（＝Ｎ型フォトダイオード３）が形成されるところを示す。図１０Ｂは、図１０Ａのａ−ａ’断面を示す。図１０Ｃは、図１０ＡのＮ型イオン注入１３を注入する方向を示す矢印と平行であるｂ−ｂ’断面を示す。

図１０Ｂに示すように、Ｓｉ基板１の上部にＰウェル２と素子分離１０とが形成される。また、Ｎ型フォトダイオード３が形成されるＮ型注入領域１１を開口したレジスト１２が形成される。そして、このレジスト１２を用いてＳｉ基板１の上面からＮ型イオン注入１３を１回行うことによって、Ｎ型フォトダイオード３が形成される。このとき、図１０Ｃに示すように、Ｎ型イオン注入１３は、Ｓｉ基板１のイオン注入が成される面（以下、主面という）の法線方向に対して或る一定の角度（以下、注入角度という）θ₁ をつけて行われる（一般的には、θ₁ ＝７°である）。また、図１０Ａに示すように、Ｎ型イオン注入１３は、或る一定の方向（以下、注入方向という）から注入される。この注入方向は、ａ−ａ’断面に対して角度θ₂ をつけた方向である（一般的には、θ₂ ＝２４°である）。この注入角度θ₁ および注入方向（θ₂ ）は、イオン注入のチャネリングを考慮して設定される。例えば、基板面方位が［１００］であるＳｉウェハを用いた場合、図１０Ａの縦方向（ａ−ａ’方向）は［００１］面、横方向（ａ−ａ’に対して垂直方向）は［０１０］面となる。そして、［１１１］面にＮ型イオン注入１３を行うために注入角度θ₁ ＝７°、注入方向（θ₂＝２４°）でＮ型イオン注入１３を行う。このことによって、イオン注入の際のチャネリングの影響を抑制することが可能である。
特開平６−１１２４６４号公報

近年、固体撮像素子の微細化が進むに伴ってフォトダイオードも微細化している。この一方で、固体撮像装置の感度を維持又は向上させるためにフォトダイオードに蓄積される電荷量を維持又は増加させる必要がある。このために、フォトダイオードに注入するイオン量を示すドーズ量を多くすることによって、フォトダイオードの単位面積あたりの蓄積電子数を増やす必要がある。しかし、このドーズ量を多くするとフォトダイオード中の不純物濃度が高くなる。

図１１は、従来技術によって、１方向から１回のみのイオン注入（１ｓｔｅｐ注入）を行ったときのＮ型注入領域１１のｃ−ｃ’断面（図１１）における不純物プロファイル（不純物濃度分布）である。そして、最も不純物濃度が高い図面中心部分がＮ型不純物濃度ピーク領域３２であり、外側に行くに従ってＮ型不純物濃度が薄くなっていくことを示している。また、白線はＰＮ接合１００を示している。

ここで、従来の１ｓｔｅｐ注入では、１回で所望のイオンのドーズ量がＮ型注入領域１１全体に注入される。このことによって、図１１のＧ部分が示す通り、Ｎ型不純物濃度ピーク領域３２が、Ｎ型注入領域１１両端近くにまで広がり、そして、ＰＮ接合１００にまで及んでいる。つまり、従来技術では、フォトダイオードを構成するＮ型拡散層とＰウェル間のＰＮ接合近傍での不純物濃度が高くなり、このためにこのＰＮ接合近傍での電界強度が大きくなる。このことによって、従来の固体撮像装置においては、白キズ・暗電流等が発生するという問題が有った。

それ故に、本発明の目的は、フォトダイオードとウェル間に発生する電界の強度を緩和させ、白キズ・暗電流等を低減させるとともに、残像等のフォトダイオード特性を向上させた固体撮像装置の製造方法を提供することである。

本発明は、ＭＯＳ固体撮像装置の製造方法に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の製造方法は、入射光を電気信号に変換するＮ型フォトダイオードが形成される領域を開口したレジストをシリコン基板上に形成するステップと、Ｎ型フォトダイオードを形成するためのイオン注入を、シリコン基板の主面の法線方向に対して注入角度をつけて、かつ、互いに異なる注入方向から複数回行うステップとを備える。

また、好ましくは、イオン注入は、シリコン基板に対してチャネリングが起こらない注入角度および注入方向で、４つの注入方向から少なくとも各注入方向について１回行う。

または、イオン注入は、Ｎ型フォトダイオードから信号を読み出すゲート電極を含むＭＯＳトランジスタのチャネル幅方向と平行である注入方向を含み、かつ、４つの注入方向から少なくとも各注入方向について１回行う。

または、イオン注入は、Ｎ型フォトダイオードから信号を読み出すゲート電極を含むＭＯＳトランジスタのチャネル幅方向と平行である２つの注入方向から少なくとも各注入方向について１回行う。

または、イオン注入は、Ｎ型フォトダイオードから信号を読み出すゲート電極とＮ型フォトダイオードとをオーバーラップして形成する注入方向を含んで行われ、オーバーラップして形成する注入方向から行われるイオン注入の注入角度は、他のイオン注入の注入角度よりも大きい。

または、ＭＯＳ固体撮像装置を構成する素子分離領域がＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）で形成され、また、ＭＯＳ固体撮像装置を構成するＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜が１０ｎｍ以下である。

上記のように、本発明の固体撮像装置の製造方法によると、フォトダイオードのＮ型とＰウェル間のＰＮ接合近傍の電界強度を緩和させ、白キズ・暗電流等を低減することが可能となる。さらに、読み出しトランジスタの読み出し特性を向上させ、残像等の固体撮像装置の特性不良を抑制することができる。

以下に本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す。そして、フォトダイオードをイオン注入によって形成する前の状態である固体撮像装置の３×３の画素平面パターンレイアウトを表わしている。Ｓｉ基板上にＰウェル２と素子分離１０とが形成された後にＮ型注入領域１１を開口したレジスト１２が形成される。次に、Ｎ型注入領域１１に各矢印の方向からＮ型イオン注入１４〜１７が、例えばＮ型イオン注入１４→１５→１６→１７の順で行われる（４ｓｔｅｐ）。このことによってＮ型拡散層（＝Ｎ型フォトダイオード）が形成される。なお、図１には後に形成される代表的なゲート電極４を示している。

図２Ａ〜Ｃは、第１の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す。図２Ａは、図１において、Ｎ型注入領域１１にＮ型イオン注入１４〜１７が行われることによってＮ型拡散層（＝Ｎ型フォトダイオード）が形成されるところを示している。図２Ｂは、図２Ａのｄ−ｄ’断面である。図２Ｃは、図２ＡのＮ型イオン注入１４の注入方向（θ₂ ）を示す矢印と平行であるｅ−ｅ’断面である。

図２Ｂに示すように、Ｓｉ基板１の上部にＰウェル２と素子分離１０とが形成される。また、Ｎ型フォトダイオード３が形成されるＮ型注入領域１１を開口したレジスト１２が形成される。そして、このレジスト１２を用いてＳｉ基板１の上面にＮ型イオン注入１４〜１７が順次行われる（図２Ａ参照）ことによって、Ｎ型フォトダイオード３が形成される。このとき、図２Ｃに示すように、Ｎ型イオン注入１４〜１７は、Ｓｉ基板１の主面の法線方向に対して注入角度θ₁ をつけて注入される（一般的には、θ₁ ＝７°である）。なお、図２Ｃにおいて、Ｎ型イオン注入１５及び１７の注入角度θ₁ は、図面の奥行き及び手前方向に関するものなので、図面上には記載していない。そして、図２Ａに示すように、Ｎ型イオン注入１４〜１７は、４方向から注入される。例えば、ｄ−ｄ’断面に対して２４°傾けた方向（注入方向θ₂ ＝２４°）を起点として９０°づつ注入方向を回転させて、Ｎ型イオン注入１４→１５→１６→１７というように４回に分けて順次注入される。このことによって、背景技術で説明した通り、イオン注入の際のチャネリングの影響を抑制することが可能である。なお、図２Ａのｄ−ｄ’方向は後に形成されるゲート電極４を含むＭＯＳトランジスタのチャネル長方向である。そして、このチャネル長方向と直角方向であるＭＯＳトランジスタのチャネル部の幅方向をチャネル幅方向という。

このイオン注入によって、例えば、Ｎ型フォトダイオード３は、Ｓｉ基板１の表面から３００ｎｍ〜４００ｎｍの深さにＮ型不純物濃度ピーク領域がくるように形成される。注入不純物は、砒素やリンである。Ｎ型領域を形成している注入不純物は、その種類によっては製造工程中の熱処理によって若干拡散する。しかし、Ｎ型フォトダイオード３の不純物プロファイルはイオン注入直後から大きく変わらないようにすることもできるし、Ｓｉ基板１の深さ方向に概ね一様にすることもできる。

図３Ａは、以上で説明した４方向から４回に分けて順次イオンを注入（４ｓｔｅｐ注入）したときの各段階のＮ型注入領域１１（図１参照）を示す。図３Ｂは、この４ｓｔｅｐ注入後のＮ型注入領域１１を示す。図３Ｃは、図３Ｂのｆ−ｆ’断面の不純物プロファイルの例を示す。まず、図３Ａに示す通り、Ｎ型注入領域１１にＮ型イオン注入１４〜１７（１〜４ｓｔｅｐ）が行われる。このとき、イオンが注入される位置は、各ｓｔｅｐ同士、少しづつずれる。これは、上記した通り、Ｎ型イオン注入１４〜１７はＳｉ基板１の主面の法線方向に対して注入角度θ₁ をつけて注入されるので、イオン注入の際にＮ型注入領域１１を開口した厚みのあるレジスト１２が陰として作用するからである。そして、１つのｓｔｅｐ注入ごとに、イオン注入された部分同士が重なる部分のイオン濃度が濃くなっていくことがわかる。最終的に、図３Ｂに示すように、Ｎ型注入領域１１には、１つのｓｔｅｐ分のドーズ量が注入される領域２８、２つのｓｔｅｐ分のドーズ量が注入される領域２９、３つのｓｔｅｐ分のドーズ量が注入される領域３０、４つのｓｔｅｐ分のドーズ量が注入される領域３１が形成される。このときのＮ型不純物濃度の関係は、高い方から領域３１＞領域３０＞領域２９＞領域２８である。また、ｆ−ｆ’方向での不純物濃度が、Ｎ型注入領域１１の両端において段階的に薄くなっていることがわかる。

次に、図３Ｃに、図３Ｂのｆ−ｆ’断面における不純物プロファイルを示す。図３Ｃは、最もＮ型不純物濃度が高いＮ型不純物濃度ピーク領域３２が図面の中心部分にあり、外側へ行くに従って、Ｎ型不純物濃度が薄くなっていくことを示している。そして、図３Ｃの白線はＰＮ接合１００を示している。ここで注目すべきは、ＰＮ接合１００が、Ｎ型不純物濃度ピーク領域３２にまで及んでいないことである（図３ＣのＧ部分参照）。
一方、従来の固体撮像装置の製造方法では、既に説明した通り、１回で所望のドーズ量をＮ型注入領域１１の全体に注入してフォトダイオードを形成する。このことによって、図１３が示す通り、Ｎ型不純物濃度ピーク領域３２が、Ｎ型注入領域１１の両端近くにまで広がりＰＮ接合１００にまで及んでいる（図１１のＧ部分参照）。

つまり、第１の実施形態で形成されるフォトダイオードのＰＮ接合は、従来のフォトダイオードのＰＮ接合よりも不純物濃度の低い部分に形成される。このことによって、第１の実施形態で形成されるフォトダイオードのＰＮ接合近傍の電界強度は、従来のフォトダイオードのＰＮ接合近傍の電界強度よりも低くなる。なお、図３Ｃ及び図１１の不純物プロファイルにおける不純物濃度とコントラストとの関係は全く同じである。このことは、従来の１ｓｔｅｐ注入の方が第１の実施形態の４ｓｔｅｐ注入よりも電界強度が高くなり、白キズ・暗電流等が増加することを意味している。

図４に、ドーズ量を１．９Ｅ１２／ｃｍ² に固定して、従来の１ｓｔｅｐ注入と第１の実施形態の４ｓｔｅｐ注入とで白キズの発生個数を比較した実験結果を示す。第１の実施形態の４ｓｔｅｐ注入を行うことによって、白キズの発生個数が約１／１００に低減する結果が得られた。

以上で説明した通り、第１の実施形態によれば、ＰＮ接合近傍の電界強度を緩和させることができるので、従来技術と比べて白キズ・暗電流等を低減することが可能となる。更に、従来技術と同様にイオン注入の角度及び方向を考慮しているのでチャネリングの影響を抑制することが可能である。

ここで、Ｎ型イオン注入１４の注入角度をＮ型イオン注入１５〜１７の注入角度よりも大きくする（例えば、Ｎ型イオン注入１４の注入角度を２５°〜４５°としてＮ型イオン注入１５〜１７の注入角度を７°とする）場合を考える。この場合には、読み出しゲート電極４とＮ型フォトダイオード３とがオーバーラップして形成される量が大きくなり、ゲート電圧をより効率的にフォトダイオードに印加することが可能となる。加えて、信号の伝達経路が大きくなるため、信号の読み出し特性が向上し、残像を改善することが可能となる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す。そして、フォトダイオードをイオン注入によって形成する前の状態である固体撮像装置の３×３の画素平面パターンレイアウトを表わしている。Ｓｉ基板上にＰウェル２と素子分離１０とが形成された後にＮ型注入領域１１を開口したレジスト１２が形成される。次に、Ｎ型注入領域１１に、Ｎ型イオン注入１８→１９の順（２ｓｔｅｐ）で各矢印の方向からイオン注入が行われることによってＮ型拡散層（＝フォトダイオード）が形成される。なお、図５には後に形成される代表的なゲート電極４を示している。

図６Ａ〜Ｃは、第２の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す。図６Ａは、図５において、Ｎ型注入領域１１にＮ型イオン注入１８及び１９が行われることによってＮ型拡散層（＝Ｎ型フォトダイオード３）が形成されるところを示している。図６Ｂは、図６Ａのｇ−ｇ’断面である。図６Ｃは、のｈ−ｈ’断面図である。

図６Ｂに示すように、Ｓｉ基板１上にＰウェル２と素子分離１０とが形成される。また、Ｎ型フォトダイオード３が形成されるＮ型注入領域１１を開口したレジスト１２が形成される。そして、レジスト１２を用いてＳｉ基板１の上面からＮ型イオン注入１８及び１９が順次行われることによって、Ｎ型フォトダイオード３が形成される。ここで、図６のＡに示すように、Ｎ型イオン注入１８及び１９を、後に形成されるゲート電極４を含むＭＯＳトランジスタのチャネル長方向と直角方向であるチャネル幅方向（ｈ−ｈ’方向）に２方向から２回に分けて注入（２ｓｔｅｐ注入）する。この製造方法では、図６Ａのｈ−ｈ’方向についてのＰＮ接合近傍の電界強度が緩和される。

ここで、図６Ａにおいて、ｇ−ｇ’方向のＮ型イオン注入１１０が行われた場合には、レジスト１２が影となる（図６Ｂ参照）。このために後に形成されるゲート電極４の直下へ拡散するＮ型拡散層の不純物濃度にバラツキが生じる。このことによって、読み出しゲートの閾値バラツキや、飽和（フォトダイオードに蓄積できる最大の電子数になった状態）特性のバラツキ、残像等のフォトダイオード特性のバラツキが発生する可能性が生じる。これは注入角度θ₁ をつけてＮ型イオン注入１１０を行うとレジスト１２の上部コーナ部分では、レジスト１２を通過してＳｉ基板１に到達する不純物とレジスト１２を通過せずにＳｉ基板１に直接到達する不純物とが存在してしまうため、Ｎ型拡散層の不純物濃度にバラツキが生じるためと考えられる。従って、図６Ａ〜Ｃに示す通りに、後に形成されるゲート電極４を含むＭＯＳトランジスタのチャネル長方向と直角方向であるチャネル幅方向（図５参照）にＮ型イオン注入１８及び１９を行う方法が有効である。

以上で説明した通り、第２の実施形態によれば、フォトダイオードを形成するＮ型拡散層へのイオン注入方法をゲート電極の長手方向にのみ２ｓｔｅｐで行う。このことにより、この長手方向のＰＮ接合付近の電界強度を緩和させることができるので、従来技術と比べて白キズ・暗電流等を低減させることができる。そして、第２の実施形態によれば、読み出しゲート電極の直下へ拡散するＮ型拡散層の不純物濃度にバラツキが生じないので、読み出しゲート閾値のバラツキや、飽和特性のバラツキ、残像等のフォトダイオード特性のバラツキを低減することが可能となる。なお、第２の実施形態では、チャネリングの影響を抑制するためのイオン注入方向は考慮していない。

（第３の実施形態）
図７Ａ〜Ｃは、第３の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す。図７Ｂは、図７Ａのｉ−ｉ’断面である。図７Ｃは、図７Ａのｊ−ｊ’断面である。第３の実施形態は第１の実施形態に対してＮ型不純物を注入する方向のみ異なるので、以下では、この方向に関して説明する。

図７Ａに示すように、レジスト１２を用いてＳｉ基板の上面にＮ型イオン注入２０〜２３が順次行われる。このとき、Ｎ型イオン注入２０〜２３が注入される方向は、Ｎ型イオン注入２０及び２２についてはｉ−ｉ’と平行方向であり、Ｎ型イオン注入２１及び２３についてはｊ−ｊ’と平行方向である。なお、図７Ｂ及び図７Ｃに示す通り、Ｎ型イオン注入２０〜２３は注入角度θ₁ をつけて行われる。

このようにＮ型イオン注入２０〜２３を行うことによって、Ｎ型フォトダイオード３の図７Ａにおける不純物濃度の上下左右方向の対称性を向上することができる。このことによって、後に形成される読み出しゲート電極の直下へ拡散するＮ型拡散層の不純物濃度の、対称性も向上することができる。この結果として、この対称性が低下することによって発生する読み出しゲートの閾値バラツキ等の特性バラツキを抑制できる。なお、イオン注入の対称性を確保するためには図７Ａ〜Ｃに示した方法の代わりに連続的に回転注入を行っても同等の効果が得られる。

以上で説明した通り、第３の実施形態によれば、ＰＮ接合近傍の電界強度を緩和させることができるので、従来技術と比べて白キズ・暗電流等を低減することが可能となる。そして、読み出しゲート電極の直下へ拡散するＮ型拡散層の不純物濃度の対称性が低下することによって発生する読み出しゲート閾値バラツキ等の特性バラツキを抑制できる。この一方で、第３の実施形態では、第２の実施形態で説明した、読み出しゲート電極の直下へ拡散するＮ型拡散層の不純物濃度のバラツキによって発生する、読み出しゲート閾値バラツキ等の特性バラツキは抑制できない。また、第３の実施形態では、チャネリングの影響を抑制するためのイオン注入方向は考慮していない。

なお、以上で説明した各実施形態の固体撮像装置は、素子分離領域がＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）で形成されてもよく、また、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜が１０ｎｍ以下であってもよい。

従来、フォトダイオードを形成するＮ型イオンの注入は、１回の注入で行われるのが一般的であった。これに対して本発明は、フォトダイオードを形成するＮ型イオンの注入を複数回（２回、４回等）に分けて行うものである。このことによって、フォトダイオードのＮ型と周辺ウェルのＰ型で形成されるＰＮ接合近傍の不純物濃度及び電界強度を低くさせることができる。この結果として、固体撮像装置の白キズ・暗電流等を低減することが可能となる。更に言えば、白キズ等の発生率を維持したままＮ型不純物濃度を従来よりも高くして、フォトダイオードの単位面積あたりの蓄積電子数を増やすことも可能となる。例えば不純物（イオン）のドーズ量を１．１倍にしても白キズは増加しないという結果が得られた。更に、第２の実施形態のように、不純物の注入方向をゲート電極に対して平行に行うことにより、フォトダイオードの諸特性（読み出しゲートの閾値、飽和、残像等）を低減することも可能となる。
なお、Ｎ型イオンの注入回数・注入順序、注入角度θ₁ 及び注入方向は、上記した実施形態に記載した効果を奏するもので有れば、上記したものには限られない。

本発明は、白キズ・暗電流等を低減させ、また、残像等の特性が良好な固体撮像装置の製造方法等に有用である。

第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法（平面図） 第１の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第１の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第１の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 ４ｓｔｅｐ注入の説明図 ４ｓｔｅｐ注入の説明図 ４ｓｔｅｐ注入の説明図 注入方法に対する白キズ個数を示す実験結果 第２の実施形態の固体撮像装置の製造方法（平面図） 第２の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第２の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第２の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第３の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第３の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 第３の実施形態の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 従来の固体撮像装置 従来の固体撮像装置の製造方法（平面図） 従来の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 従来の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 従来の固体撮像装置に対するイオン注入方法を示す図 従来の１ｓｔｅｐ注入の説明図

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ Ｐウェル
３ Ｎ型フォトダイオード
４ ゲート電極
５ ゲート酸化膜
６ 閾値注入領域
７ Ｎ型ドレイン領域
８、９ Ｐ型拡散層
１０ 素子分離
１１、２８、２９、３０、３１Ｎ型注入領域
１２ レジスト
１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、１１０ Ｎ型イオン注入
３２ Ｎ型不純物濃度ピーク領域
１００ ＰＮ接合

Claims (6)

1. ＭＯＳ固体撮像装置の製造方法であって、
   入射光を電気信号に変換するＮ型フォトダイオードが形成される領域を開口したレジストをシリコン基板上に形成するステップと、
   前記Ｎ型フォトダイオードを形成するためのイオン注入を、前記シリコン基板の主面の法線方向に対して注入角度をつけて、かつ、互いに異なる注入方向から複数回行うステップを含むことを特徴とする、ＭＯＳ固体撮像装置の製造方法。
2. 前記イオン注入は、前記シリコン基板に対してチャネリングが起こらない注入角度および注入方向で、４つの注入方向から少なくとも各注入方向について１回行うことを特徴とする、請求項１に記載のＭＯＳ固体撮像装置の製造方法。
3. 前記イオン注入は、前記Ｎ型フォトダイオードから信号を読み出すゲート電極を含むＭＯＳトランジスタのチャネル幅方向と平行である注入方向を含み、かつ、４つの注入方向から少なくとも各注入方向について１回行うことを特徴とする、請求項１に記載のＭＯＳ固体撮像装置の製造方法。
4. 前記イオン注入は、前記Ｎ型フォトダイオードから信号を読み出すゲート電極を含むＭＯＳトランジスタのチャネル幅方向と平行である２つの注入方向から少なくとも各注入方向について１回行うことを特徴とする、請求項１に記載のＭＯＳ固体撮像装置の製造方法。
5. 前記イオン注入は、前記Ｎ型フォトダイオードから信号を読み出すゲート電極と前記Ｎ型フォトダイオードとをオーバーラップして形成する注入方向を含んで行われ、
   前記オーバーラップして形成する前記注入方向から行われるイオン注入の注入角度は、他のイオン注入の注入角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のＭＯＳ固体撮像装置の製造方法。
6. 前記ＭＯＳ固体撮像装置を構成する素子分離領域がＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）で形成され、また、前記ＭＯＳ固体撮像装置を構成するＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜が１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＭＯＳ固体撮像装置の製造方法。
   
   

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