JP2011258613A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶欠陥に起因するリーク電流に起因する再生画面上での白い点状欠陥の発生を抑制することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置１０は、半導体基板１０３と、フォトダイオード１１０と、フローティングディフュージョン１６０と、転送ゲート電極１２３とを備え、フローティングディフュージョン１６０は、第１の領域において半導体基板１０３の表面から第１の深さまで形成された、第１の濃度の第１の不純物を含む第１の不純物領域１２１と、第１の領域より転送ゲート電極１２３から離れた第２の領域において半導体基板１０３の表面から第２の深さまで形成された、第２の濃度の第２の不純物を含む第２の不純物領域１２２と、第２の領域において半導体基板１０３の表面から第２の深さより浅い第３の深さまで形成された、第２の濃度より大きい第３の濃度の、第２の不純物と異なる第３の不純物を含む第３の不純物領域１２４とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）を有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。

従来、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、及び、ＣＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像素子の開発が進んでいる（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された従来のＭＯＳ型の固体撮像装置について、図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の平面図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ’における断面図である。

従来のＭＯＳ型の固体撮像装置１は、基板２に、フォトダイオード３と、読み出しゲート４と、フローティングディフュージョン５と、アンプトランジスタ６と、リセットトランジスタ７とを、図９に示すような平面配置で構成されている。フローティングディフュージョン５は、ｎ型の低濃度領域８とｎ型の高濃度領域９とで構成されている。

フォトダイオード３によって入射光が信号電荷に光電変換され、読み出しゲート４を介して信号電荷はフローティングディフュージョン５に転送される。

図１０に示すように、活性領域２ｂに形成されたフローティングディフュージョン５は、コンタクトが形成されるｎ型の高濃度領域９がｎ型の低濃度領域８よりも深く形成された構造となっている。

特開２００６−０８６２４１号公報

しかしながら、上記従来のＭＯＳ型の固体撮像装置には、リーク電流が十分に低減されず、再生画面上で白い点状欠陥の発生を抑制することができないという課題がある。

一般的に、フローティングディフュージョンを含む単位画素内のコンタクトホールが形成される領域には、接合リークを抑制するため、サリサイドは適用されない。そのため、コンタクト抵抗を低減するために、比較的高濃度で深い接合が形成される。

しかしながら、特許文献１のようなｎ型の高濃度領域９の接合が形成された場合、ｎ型の高濃度領域９の底部に形成される結晶欠陥がｐｎ接合界面となるため、リーク電流が発生する。このように、フローティングディフュージョンの不純物濃度が高い場合、結晶欠陥に起因するリーク電流が発生し、再生画面上で白い点状欠陥が発生する。特に、微細化により取り扱う電子数が減少した場合のＳ／Ｎ比を向上するためには、リーク電流を抑制することが望まれる。

そこで、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、結晶欠陥に起因するフローティングディフュージョンでのリーク電流に起因する、再生画面上での白い点状欠陥の発生を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板内に形成され、入射光を光電変換することで信号電荷を生成するフォトダイオードと、前記半導体基板内の第１の領域と第２の領域とを含む所定の領域に形成され、前記フォトダイオードによって生成された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードによって生成された信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するための転送ゲート電極とを備え、前記第２の領域は、前記第１の領域より前記転送ゲート電極から離れた領域であり、前記フローティングディフュージョンは、前記第１の領域において前記半導体基板の表面から第１の深さまで形成された、第１の濃度の第１の不純物を含む第１の不純物領域と、前記第２の領域において前記半導体基板の表面から第２の深さまで形成された、第２の濃度の第２の不純物を含む第２の不純物領域と、前記第２の領域において前記半導体基板の表面から前記第２の深さより浅い第３の深さまで形成された、前記第２の濃度より大きい第３の濃度の、前記第２の不純物とは異なる第３の不純物を含む第３の不純物領域とを含む。

これにより、第２の不純物の濃度である第２の濃度を、結晶欠陥が発生しない程度に低い濃度にすることができるので、リーク電流を低減することができる。また、不純物濃度が低くなると、コンタクト抵抗が増加するが、第２の不純物領域より浅い領域に、コンタクトをとるための第３の不純物領域を形成しており、当該第３の不純物領域に含まれる第３の不純物の濃度である第３の濃度は、第２の濃度より高濃度であるので、コンタクト抵抗を低減することができる。

なお、第３の濃度は高濃度であるので結晶欠陥が発生するが、第２の不純物領域によって深い領域に接合界面が形成され、結晶欠陥は、当該接合界面と比較して十分に浅い位置に形成される。このため、結晶欠陥は、電気特性に影響を与えない。したがって、結晶欠陥に起因するフローティングディフュージョンでのリーク電流に起因する、再生画面上での白い点状欠陥の発生を抑制することができる。

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記半導体基板の上方において、前記転送ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールを備え、前記第１の不純物領域は、前記半導体基板内における前記サイドウォール下方の領域である前記第１の領域に形成されてもよい。

これにより、サイドウォールは、第２の不純物領域及び第３の不純物領域を形成する際の不純物注入のマスクとしても用いることができるので、平面内において同じ領域に容易に第２の不純物領域及び第３の不純物領域を形成することができる。

また、前記第１の不純物及び前記第２の不純物は、リンであり、前記第３の不純物は、砒素であってもよい。

これにより、第２の不純物領域に含まれるリンは、第３の不純物領域に含まれる砒素よりも原子半径が小さく、結晶欠陥の発生が抑制される。

また、前記第３の濃度は、１×１０²⁰／ｃｍ³以上であってもよい。
これにより、コンタクト抵抗を低減することができる。

また、前記第２の濃度は、５×１０¹⁸／ｃｍ³以下であってもよい。
これにより、結晶欠陥の発生を抑制することができる。

また、前記第３の深さは、３０ｎｍ以下であってもよい。
これにより、第３の不純物領域によって発生する結晶欠陥が、電気特性に影響を与えないようにすることができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、入射光を光電変換することで信号電荷を生成するフォトダイオードと、当該フォトダイオードによって生成された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードによって生成された信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するための転送ゲート電極とを備える固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板の上方に前記転送ゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板内に前記フォトダイオードを形成する工程と、前記転送ゲート電極を挟んで前記フォトダイオードが形成された領域と反対側の、前記半導体基板内の所定の領域に、前記フローティングディフュージョンを形成する工程とを含み、前記フローティングディフュージョンを形成する工程は、前記所定の領域内の第１領域に、第１のエネルギー及び第１のドーズ量で第１の不純物を注入することで、第１の不純物領域を形成する工程と、前記所定の領域内であって、前記第１の不純物領域よりも前記転送ゲート電極から離れた第２の領域に、第２のエネルギー及び第２のドーズ量で第２の不純物を注入することで、第２の不純物領域を形成する工程と、前記第２の領域に、前記第２のエネルギーより小さい第３のエネルギー、及び、前記第２のドーズ量より多い第３のドーズ量で第３の不純物を注入することで、第３の不純物領域を形成する工程とを含む。

これにより、結晶欠陥に起因するフローティングディフュージョンでのリーク電流に起因する、再生画面上での白い点状欠陥の発生を抑制することができるので、歩留まりを向上させることができる。

また、前記フローティングディフュージョンを形成する工程は、さらに、前記第１の不純物領域を形成した後に、前記半導体基板の上方における前記転送ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程を含み、前記第２の不純物領域及び前記第３の不純物領域を形成する工程では、前記サイドウォールをマスクとして用いて前記第２の不純物及び前記第３の不純物を注入することで、前記第２の不純物領域及び前記第３の不純物領域を形成してもよい。

これにより、サイドウォールは、第２の不純物領域及び第３の不純物領域を形成する際の不純物注入のマスクとしても用いることができるので、平面内において同じ領域に容易に第２の不純物領域及び第３の不純物領域を形成することができる。

また、前記第１の不純物及び前記第２の不純物は、リンであり、前記第３の不純物は、砒素であってもよい。

これにより、第２の不純物領域に含まれるリンは、第３の不純物領域に含まれる砒素よりも原子半径が小さく、結晶欠陥の発生が抑制される。

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によれば、結晶欠陥の発生によるフローティングディフュージョンでのリーク電流に起因する、再生画面上での白い点状欠陥を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の一例を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の単位画素の一例を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の単位画素の一例を示す断面構成図である。 不純物濃度と白キズの個数との相関関係を示す図である。 コンタクト抵抗と不純物濃度との相関関係を示す図である。 本発明の実施の形態においてポテンシャルと表面からの深さとの関係を示す図である。 従来の固体撮像装置の平面図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。

以下、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、フォトダイオードと、フローティングディフュージョンと、転送ゲート電極とを備え、フローティングディフュージョンは、第１の領域と第２の領域とを含む所定の領域に形成される。第２の領域は、第１の領域より転送ゲート電極から離れた領域であり、フローティングディフュージョンは、第１の領域に形成された第１の不純物領域と、第２の領域のうちの深い領域に形成された第２の不純物領域と、浅い領域に形成された第３の不純物領域とを含んでいる。そして、第２の不純物領域に含まれる第２の濃度は、第３の不純物領域に含まれる第３の濃度より小さいことを特徴とする。

まず、本発明の実施の形態に係るＭＯＳ型の固体撮像装置の回路構成の一例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１０の一例を示す回路構成図である。

図１に示すように、固体撮像装置１０は、感光領域２０と、垂直シフトレジスタ３０と、水平シフトレジスタ４０と、タイミング発生回路５０と、出力回路６０とを備える。

感光領域２０は、入射光を光電変換することで電気信号を生成する複数の単位画素１００が二次元に配列された領域である。なお、単位画素１００は、一次元に配列されていてもよい。

垂直シフトレジスタ３０は、行毎に画素を選択して、出力回路６０に電気信号を転送する。水平シフトレジスタ４０は、列毎に画素を選択して、出力回路６０から電気信号を外部に出力させる。タイミング発生回路５０は、垂直シフトレジスタ３０及び水平シフトレジスタ４０に、画素選択のタイミングを示すパルスを供給する。

出力回路６０は、垂直シフトレジスタ３０と水平シフトレジスタ４０とによって選択された単位画素１００から読み出された電気信号を外部に出力する。

図２は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の単位画素１００の一例を示す回路構成図である。

図２に示すように、単位画素１００は、フォトダイオード１１０と、転送トランジスタ１２０と、リセットトランジスタ１３０と、増幅トランジスタ１４０とを備える。なお、転送トランジスタ１２０と増幅トランジスタ１４０との間には、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）１６０が形成されている。

フォトダイオード１１０は、入射光を光電変換することで信号電荷を生成する光電変換素子の一例である。転送トランジスタ１２０は、フォトダイオード１１０によって生成された信号電荷をフローティングディフュージョン１６０に転送する。

リセットトランジスタ１３０は、フローティングディフュージョン１６０に蓄積された信号電荷を、次の信号電荷が転送されるまでに掃き出させる。増幅トランジスタ１４０は、フローティングディフュージョン１６０に蓄積された信号電荷を電気信号に変換して増幅し、増幅した電気信号を出力する。

続いて、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造方法について、図３〜図５を用いて説明する。

図３〜図５は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造過程の一例を示す工程断面図である。なお、図３〜図５には、固体撮像装置１０が備える単位画素１００の断面構成を示している。

図３〜図５では、図中左側から順に、単位画素１００のフォトダイオード形成領域２１０、転送トランジスタ形成領域２２０、及び、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０が配置されている。フォトダイオード１１０のＮ型不純物領域（後述する電荷蓄積層１１４）は、転送トランジスタ１２０のソース領域と共通である。また、転送トランジスタ１２０のドレイン領域は、フローティングディフュージョン１６０と共通である。

このため、図３〜図５では、転送トランジスタ１２０のゲート電極である転送ゲート電極１２３とドレイン領域（フローティングディフュージョン１６０、図４の（ｂ）参照）とを転送トランジスタ形成領域２２０として示している。

また、単位画素１００の他のトランジスタ（図２のリセットトランジスタ１３０及び増幅トランジスタ１４０）のソース領域及びドレイン領域の形成方法は、転送トランジスタ１２０のドレイン領域（フローティングディフュージョン１６０、図４の（ｂ））の形成方法と同一である。

本実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造工程では、図３の（ａ）に示すように、まず、Ｎ型のシリコン基板からなる半導体基板１０３の表面に公知の手法により素子分離領域１０１を形成する。ここでは、素子分離領域１０１はＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を有している。

次に、半導体基板１０３の上方に転送ゲート電極１２３と、半導体基板１０３内にフォトダイオード１１０とを形成する。

具体的には、素子分離領域１０１が形成された後、Ｐウェル領域１０２を形成する。その後、フォトダイオード形成領域２１０に開口を有するマスク（図示せず）を通じたイオン注入法を用いてＮ型不純物を注入することにより、フォトダイオード１１０の電荷蓄積層１１４を形成する。

その後、半導体基板１０３の表面にゲート絶縁膜（図示せず）を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜として、例えば、膜厚が５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜を熱酸化法により形成している。

当該ゲート絶縁膜上に減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、例えば膜厚が１４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の導電性のポリシリコン膜を形成する。形成したポリシリコン膜に対して、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を適用することにより、転送ゲート電極１２３及びゲート電極１７３が形成される。

その後、フォトダイオード形成領域２１０だけに開口するレジストパターン（図示せず）をマスクとして、フォトダイオード１１０の表面層として機能するＰ型不純物領域１１５を形成する。

次に、図３の（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０だけに開口が設けられたレジストパターン１８１を形成する。続いて、砒素（Ａｓ）とリン（Ｐ）とを用いたイオン注入により、ＣＭＯＳ部のＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）を構成するＮ型の不純物領域１７１を形成する。本実施の形態では、例えば、４５ｋｅＶの注入エネルギー、１．２×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量の砒素、及び、４５ｋｅＶの注入エネルギー、２．４×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量のリンを用いている。

なお、不純物の注入後に、レジストパターン１８１を除去する。
次に、転送ゲート電極１２３を挟んでフォトダイオード１１０が形成された領域と反対側の、半導体基板１０３内の領域にフローティングディフュージョンを形成する。すなわち、転送トランジスタ形成領域２２０内の転送ゲート電極１２３が形成されていない所定の領域であるフローティングディフュージョン領域に、フローティングディフュージョンを形成する。

具体的には、まず、図３の（ｃ）に示すように、フォトダイオード形成領域２１０、及び、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０を被覆するレジストパターン１８２を、フォトリソグラフィ等により形成する。続いて、フローティングディフュージョン領域内の第１の領域に、第１のエネルギー及び第１のドーズ量で第１の不純物を注入することで、第１の不純物領域１２１を形成する。

具体的には、第１の不純物としてリンを用いたイオン注入により、転送トランジスタ１２０のＬＤＤを構成するＮ型の第１の不純物領域１２１が形成される。本実施の形態では、例えば、第１のエネルギーとして４５ｋｅＶの注入エネルギー、第１のドーズ量として８×１０¹²／ｃｍ²のドーズ量のリンを用いている。

なお、第１の不純物の注入後に、レジストパターン１８２を除去する。
次に、図４の（ａ）に示すように、保護膜１１６と、サイドウォール１２５及び１７５とを形成する。例えば、保護膜１１６と、サイドウォール１２５及び１７５とは、ＣＶＤ法などによりシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を堆積し、堆積したシリコン酸化物をパターニングすることで形成される。

次に、図４の（ａ）に示すように、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０だけに開口が設けられたレジストパターン１８３を形成する。続いて、砒素とリンとを用いたイオン注入により、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタのソースとドレインとを構成するＮ型の不純物領域１７２を形成する。本実施の形態では、例えば、５０ｋｅＶの注入エネルギー、４×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量の砒素、及び、４０ｋｅＶの注入エネルギー、１×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量のリンを用いている。なお、接合深さは、１５０ｎｍである。

なお、不純物の注入後に、レジストパターン１８３を除去する。
次に、フローティングディフュージョン領域内であって、転送ゲート電極１２３から離れた第２の領域に、第２のエネルギー及び第２のドーズ量で第２の不純物を注入することで、第２の不純物領域１２２を形成する。なお、図４の（ｂ）に示すように、第２の不純物領域１２２が形成される第２の領域は、第１の不純物領域１２１より転送ゲート電極１２３から離れた領域である。

具体的には、まず、図４の（ｂ）に示すように、フォトダイオード形成領域２１０、及び、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０を被覆するレジストパターン１８４を、フォトリソグラフィ等により形成する。

続いて、第２の不純物としてリンを用いたイオン注入により、フローティングディフュージョン１６０の深い領域を構成するＮ型の第２の不純物領域１２２を形成する。ここでは、レジストパターン１８４、転送ゲート電極１２３及びサイドウォール１２５が、イオン注入のマスクとして用いられる。本実施の形態では、例えば、第２のエネルギーとして４０ｋｅＶの注入エネルギー、第２のドーズ量として８×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量のリンを用いている。なお、接合深さは２５０ｎｍである。

続いて、上記の第２の領域に、第２のエネルギーより小さい第３のエネルギー、及び、第２のドーズ量より多い第３のドーズ量で第３の不純物を注入することで、第３の不純物領域１２４を形成する。

具体的には、第３の不純物として砒素を用いたイオン注入により、フローティングディフュージョン１６０の表面に高濃度のＮ型の第３の不純物領域１２４を形成する。ここでは、レジストパターン１８４、転送ゲート電極１２３及びサイドウォール１２５が、イオン注入のマスクとして用いられる。本実施の形態では、例えば、第３のエネルギーとして２０ｋｅＶの注入エネルギー、第３のドーズ量として２×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量のリンを用いている。なお、接合深さは、３０ｎｍである。

上記のように、エネルギー、ドーズ量及び不純物のそれぞれが互いに異なる第２の不純物注入と第３の不純物注入とを連続して、すなわち、同じマスクを利用して実行する。このため、平面内において同じ領域に、異なる深さの、異なる不純物を含む第２の不純物領域１２２及び第３の不純物領域１２４を容易に形成することができる。

以上のようにして、第１の不純物領域１２１、第２の不純物領域１２２及び第３の不純物領域１２４を含むフローティングディフュージョン１６０を形成する。

なお、第２の不純物及び第３の不純物の注入後に、レジストパターン１８４を除去する。

以降、例えば、８５０℃で１０分間の活性化アニール処理を行った後、図４の（ｃ）に示すように、半導体基板１０３上の全面に酸化膜等の絶縁膜１２６を堆積する。そして、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０だけに開口が設けられたレジストパターン１８５を形成し、レジストパターン１８５をマスクとして用いて、絶縁膜１２６のエッチングを行う。

なお、絶縁膜１２６のエッチング終了後に、レジストパターン１８５を除去する。
その後、図５に示すように、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０だけに、絶縁膜１２６をマスクとして用いて、サリサイド領域１７６を形成する。図５に示すように、ソース／ドレインである不純物領域１７２と、ゲート電極１７３とのそれぞれの表面にサリサイド領域１７６が形成される。

その後、半導体基板１０３の全面に層間絶縁膜（図示せず）を堆積した後、フローティングディフュージョン１６０と、ＣＭＯＳ部のＮ型トランジスタ形成領域２７０のソース／ドレインである不純物領域１７２との上に、層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールが形成される。さらに、上層配線（図示せず）の形成を行うことでＭＯＳ型の固体撮像装置１０が完成する。

上述のように、フローティングディフュージョン１６０の形成には、フローティングディフュージョン１６０の深い領域（第２の不純物領域１２２）、及び、転送ゲート電極１２３に隣接して形成されるＬＤＤ部（第１の不純物領域１２１）には、リンの低濃度注入を用いている。すなわち、本実施の形態では、第１の不純物及び第２の不純物として、リンを注入する。

これは、砒素を用いてイオン注入すると、過剰な格子間原子が発生しやすくなり、結晶欠陥が発生してリーク電流が発生するためである。というのも、砒素はリンに比べて原子半径が大きく非晶質化が発生することが知られており、高温熱処理を行うことで非晶質状態から結晶性を回復する際、再結晶化できないシリコン原子が増加して、過剰な格子間原子が発生しやすくなる。したがって、砒素よりも原子半径が小さいリンを用いてイオン注入を行うことが好ましい。

しかしながら、図６に示すように、リンを注入した場合でも、不純物濃度が５×１０¹⁸／ｃｍ³（図６の破線３０３）を超えた場合（図６の矢印３０１の範囲）、結晶欠陥が発生して白キズ（白い点状欠陥）が増加し始める。そのため、第１の濃度及び第２の濃度は、５×１０¹⁸／ｃｍ³以下（図６の矢印３０２の範囲）の濃度であることが好ましい。本実施の形態では、例えば、最大濃度が４×１０¹⁸／ｃｍ³となる低い不純物濃度で形成している。

ここで、低濃度の拡散層上にコンタクトを形成すると、抵抗値が高くなり、Ｓ／Ｎ比が劣化する。したがって、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制するためには、コンタクト抵抗は１０００Ω以下であることが望ましい。

図７に示すように、コンタクト抵抗は、不純物濃度が高くなると低減し、概ね１×１０²⁰／ｃｍ³（図７の破線４０２）以上になった場合に（図７の矢印４０１）、飽和する。そこで、第３の濃度は、１×１０²⁰／ｃｍ³以上であることが好ましい。本実施の形態では、例えば、最大濃度が３×１０²⁰／ｃｍ³で、フローティングディフュージョン１６０の表面から３０ｎｍ以内の深さ領域の不純物濃度が１×１０²⁰／ｃｍ³以上となるように、高濃度の砒素が注入された第３の不純物領域１２４をフローティングディフュージョン１６０の表面部に形成する。

高濃度の砒素を注入すると上述したように結晶欠陥が発生するが、本実施の形態においては、低濃度のリンで２５０ｎｍの深さの接合を形成しているため、接合界面（図８の破線５０１）より十分に浅い位置（図８の破線５０２）にしか、結晶欠陥が発生せず、電気特性に結晶欠陥の影響を受けなくなる。

ここで、図５を用いて、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１０の単位画素１００の構成について説明する。

図５に示すように、固体撮像装置１０の単位画素１００は、半導体基板１０３と、フォトダイオード１１０と、フローティングディフュージョン１６０と、転送ゲート電極１２３とを少なくとも備えている。

フォトダイオード１１０及びフローティングディフュージョン１６０は、半導体基板１０３内に、具体的には、半導体基板１０３の表面層に形成される。また、転送ゲート電極１２３は、半導体基板１０３の上方に、具体的には、半導体基板１０３上に形成されたゲート絶縁膜（図示せず）上に形成される。

フローティングディフュージョン１６０は、第１の領域に形成された第１の不純物領域１２１と、第２の領域に形成された第２の不純物領域１２２及び第３の不純物領域１２４とを含んでいる。

第１の領域は、第２の領域より転送ゲート電極１２３に近い領域であり、具体的には、サイドウォール１２５の下方の領域である。第２の領域は、第１の領域より転送ゲート電極１２３から離れた領域であり、具体的には、サイドウォール１２５より外側の領域である。

第１の不純物領域１２１は、転送ゲート電極１２３側の第１の領域に、半導体基板１０３の表面から第１の深さまで形成され、第１の濃度の第１の不純物を含んでいる。第１の不純物は、例えば、リンである。具体的には、第１の不純物領域１２１は、図５に示すように、転送ゲート電極１２３に隣接するサイドウォール１２５の下方の領域である。

第２の不純物領域１２２は、第１の不純物領域１２１よりも転送ゲート電極１２３から離れた第２の領域に、半導体基板１０３の表面から第２の深さまで形成され、第２の濃度の第２の不純物を含んでいる。第２の不純物は、例えば、リンである。具体的には、図５に示すように、第２の不純物領域１２２は、サイドウォール１２５よりも外側の領域である。

第３の不純物領域１２４は、第２の領域内に、半導体基板１０３の表面から第３の深さまで形成され、第３の濃度の第３の不純物を含んでいる。第３の不純物は、例えば、砒素である。第３の深さは、第２の深さより浅く、第３の濃度は、第２の濃度より大きい。

以上の構成に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、フローティングディフュージョン１６０が、転送ゲート電極１２３側の第１の不純物領域と、第１の不純物領域より転送ゲート電極１２３から離れた領域のうちの深い領域である第２の不純物領域と、浅い領域である第３の不純物領域とを含んでいる。第２の不純物領域に含まれる第２の不純物は、第３の不純物領域に含まれる第３の不純物よりも原子半径が小さく、結晶欠陥の発生が抑制される。また、第２の不純物領域に含まれる第２の不純物の濃度は、結晶欠陥が発生しない程度に低い。これにより、結晶欠陥に起因するリーク電流を低減することができる。

また、コンタクトをとる第３の不純物領域の第３の不純物の濃度を、第２の不純物の濃度より高くすることで、コンタクト抵抗を低減することができる。なお、第３の不純物の濃度は高濃度であるので結晶欠陥が発生するが、第２の不純物領域によって深い領域に接合界面が形成され、結晶欠陥は、接合界面と比較して十分に浅い位置に形成される。このため、結晶欠陥は、電気特性に影響を与えない。

以上のことから、本実施の形態に係る固体撮像装置によれば、フローティングディフュージョンに発生する結晶欠陥に起因する、再生画面上での白い点状欠陥を抑制することができる。また、本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、歩留まりを向上させることができる。

以上、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では、第３の不純物として砒素を用いたが、第３の不純物は、アンチモンでもよい。なお、第２の不純物の原子半径は、第３の不純物の原子半径より小さい。

また、上記の実施の形態では、図４の（ａ）に示すように、サイドウォール１２５の下方だけではなく、その周辺にまで、つまり、第１の領域と第２の領域とに第１の不純物の注入を行っているが、サイドウォール１２５の下方の第１の領域だけに、第１の不純物の注入を行ってもよい。

また、上記実施の形態では、ＭＯＳ型固体撮像装置を対象としているが、ＣＣＤ型の固体撮像装置にも適用できる。

本発明に係る固体撮像装置は、フローティングディフュージョンに発生する結晶欠陥に起因する、再生画面上での白い点状欠陥を抑制し、歩留まりを向上させることができるという効果を奏し、デジタルムービーカメラ及びデジタルスチルカメラなどの撮像装置に利用することができる。

１０ 固体撮像装置
２０ 感光領域
３０ 垂直シフトレジスタ
４０ 水平シフトレジスタ
５０ タイミング発生回路
６０ 出力回路
１００ 単位画素
１０１ 素子分離領域
１０２ Ｐウェル領域
１０３ 半導体基板
１１０ フォトダイオード
１１４ 電荷蓄積層
１１５ Ｐ型不純物領域
１１６ 保護膜
１２０ 転送トランジスタ
１２１ 第１の不純物領域
１２２ 第２の不純物領域
１２３ 転送ゲート電極
１２４ 第３の不純物領域
１２５、１７５ サイドウォール
１２６ 絶縁膜
１３０ リセットトランジスタ
１４０ 増幅トランジスタ
１６０ フローティングディフュージョン
１７１、１７２ 不純物領域
１７３ ゲート電極
１７６ サリサイド領域
１８１、１８２、１８３、１８４、１８５ レジストパターン
２１０ フォトダイオード形成領域
２２０ 転送トランジスタ形成領域
２７０ Ｎ型トランジスタ形成領域
３０１、３０２、４０１ 矢印
３０３、４０２、５０１、５０２ 破線

Claims (9)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板内に形成され、入射光を光電変換することで信号電荷を生成するフォトダイオードと、
   前記半導体基板内の第１の領域と第２の領域とを含む所定の領域に形成され、前記フォトダイオードによって生成された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
   前記フォトダイオードによって生成された信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するための転送ゲート電極とを備え、
   前記第２の領域は、前記第１の領域より前記転送ゲート電極から離れた領域であり、
   前記フローティングディフュージョンは、
   前記第１の領域において前記半導体基板の表面から第１の深さまで形成された、第１の濃度の第１の不純物を含む第１の不純物領域と、
   前記第２の領域において前記半導体基板の表面から第２の深さまで形成された、第２の濃度の第２の不純物を含む第２の不純物領域と、
   前記第２の領域において前記半導体基板の表面から前記第２の深さより浅い第３の深さまで形成された、前記第２の濃度より大きい第３の濃度の、前記第２の不純物とは異なる第３の不純物を含む第３の不純物領域とを含む
   固体撮像装置。
2. 前記固体撮像装置は、さらに、
   前記半導体基板の上方において、前記転送ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールを備え、
   前記第１の不純物領域は、前記半導体基板内における前記サイドウォール下方の領域である前記第１の領域に形成される
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記第１の不純物及び前記第２の不純物は、リンであり、
   前記第３の不純物は、砒素である
   請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記第３の濃度は、１×１０²⁰／ｃｍ³以上である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記第２の濃度は、５×１０¹⁸／ｃｍ³以下である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記第３の深さは、３０ｎｍ以下である
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 入射光を光電変換することで信号電荷を生成するフォトダイオードと、当該フォトダイオードによって生成された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードによって生成された信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するための転送ゲート電極とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
   半導体基板の上方に前記転送ゲート電極を形成する工程と、
   前記半導体基板内に前記フォトダイオードを形成する工程と、
   前記転送ゲート電極を挟んで前記フォトダイオードが形成された領域と反対側の、前記半導体基板内の所定の領域に、前記フローティングディフュージョンを形成する工程とを含み、
   前記フローティングディフュージョンを形成する工程は、
   前記所定の領域内の第１領域に、第１のエネルギー及び第１のドーズ量で第１の不純物を注入することで、第１の不純物領域を形成する工程と、
   前記所定の領域内であって、前記第１の不純物領域よりも前記転送ゲート電極から離れた第２の領域に、第２のエネルギー及び第２のドーズ量で第２の不純物を注入することで、第２の不純物領域を形成する工程と、
   前記第２の領域に、前記第２のエネルギーより小さい第３のエネルギー、及び、前記第２のドーズ量より多い第３のドーズ量で第３の不純物を注入することで、第３の不純物領域を形成する工程とを含む
   固体撮像装置の製造方法。
8. 前記フローティングディフュージョンを形成する工程は、さらに、
   前記第１の不純物領域を形成した後に、前記半導体基板の上方における前記転送ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程を含み、
   前記第２の不純物領域及び前記第３の不純物領域を形成する工程では、
   前記サイドウォールをマスクとして用いて前記第２の不純物及び前記第３の不純物を注入することで、前記第２の不純物領域及び前記第３の不純物領域を形成する
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記第１の不純物及び前記第２の不純物は、リンであり、
   前記第３の不純物は、砒素である
   請求項７又は８記載の固体撮像装置の製造方法。

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