JP2573582B2 - 固体撮像子の製造方法 - Google Patents

固体撮像子の製造方法

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JP2573582B2 JP61210170A JP21017086A JP2573582B2 JP 2573582 B2 JP2573582 B2 JP 2573582B2 JP 61210170 A JP61210170 A JP 61210170A JP 21017086 A JP21017086 A JP 21017086A JP 2573582 B2 JP2573582 B2 JP 2573582B2
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子に関し、特に縦型オーバロード
レーン構造を有する固体撮像素子に関する。
〔従来の技術〕
固体撮像素子では、光電変換素子に蓄積できる信号電
荷量に限度が有ることから、照度の高い光のスポットが
入射した時に光電変換により生じた信号電荷が、光電変
換素子からあふれ出して隣接した光電変換素子やCCDの
ような電荷読出部に流れ込み、画像崩れを生じるブルー
ミング現象が有る。このブルーミング現象の発生を防止
するためには、光電変換素子から信号電荷があふれ出す
前に過剰な電荷を抜き取れば良い。この方法としては一
般に次の2種類の構造が用いられている。
1つは光電変換素子群に隣接してオーバフロードレー
ンを設ける横型オーバフロードレーン構造を用いる方法
である。第2図は横型オーバフロードレーン構造を有す
る固体撮像素子の一例の素子領域を示す半導体チップの
平面図であり、同図中の一点鎖線X−X′に沿った部分
の電位関係を示した電位分布図が第3図である。光電変
換部のホトダイオード2に隣接して電荷読出部の埋込チ
ャネル1とは反対側にオーバフロードレーン3を設け、
この間の電位5を信号電荷のあふれ出しが起こる前に過
剰電荷をオーバフロードレーン3に抜き取れる様に設定
してブルーミング現象の発生を防止する。
もう1つのブルーミング防止法として縦型オーバフロ
ードレーン構造を用いる方法がある。第4図は縦型オー
バフロードレーン構造の一例を示す半導体チップの断面
図であり、n型半導体基板6上の接合深さが選択的に異
なるpウェル4内に光電変換素子となるp−n接合ホト
ダイオードを構成するn型領域7,BCCDのn型埋込チャネ
ル1,それらを分離するためのp+型チャネルストッパ8を
有し、絶縁膜9を介して信号電荷を読み出すためのゲー
ト電極10が設けられている。同図中の一点鎖線X−X′
および二点鎖線Y−Y′に沿った深さ方向の電位分布図
を第5図に示す。実線はX−X′方向の電位分布曲線,
破線はY−Y′方向の電位分布曲線を表わしている。p
ウェル4とn型半導体基板6の間に逆バイアス電圧を印
加し、光電変換素子を構成するn型領域7とn型半導体
基板6をパンチスルー状態にすることによって過剰電荷
をn型半導体基板6に抜き取ってブルーミング現象の発
生を防止する。
後者の縦型オーバフロードレーン構造を用いる方法は
前者のオーバフロードレーン領域を基板表面に設ける方
法に比べ、オーバフロードレーン領域を基板表面に設け
なくて良い分、光電変換素子の開口面積を大きくとれ、
素子の高密度化に対して有利である。
縦型オーバフロードレーン構造では、光電変換部およ
び信号電荷読出部は基板と逆導電型のウェル内につく
り、ブルーミングを防止する状態ではこのウェルに対し
て基板に逆バイアス電圧を印加することによって光電変
換素子群を基板とパンチスルー状態にする必要がある
が、同時にこの基板電圧において信号電荷読出手段はそ
の動作範囲内で、基板と電気的に分離されている必要が
ある。すなわち、光電変換素子下のウェルが空乏化する
基板のバイアス電圧において、信号電荷の読出手段下の
ウェルは空乏化しないように素子を作成しなければなら
ず、基板と逆導電型のウェルは、光電変換素子直下の少
なくとも一部で他の部分よりも不純物濃度を低くする
か、あるいは接合深さを浅くすることが必要である。
従来の縦型オーバフロードレーン構造の固体撮像素子
では不純物濃度分布の均一な半導体基板内に基板と逆導
電型の,選択的に接合深さの異なるウェルが形成された
構造となっており、このウェルは基板表面付近にイオン
注入された不純物を熱拡散させて形成することになる。
第6図(a)〜(c)は、n型半導体基板にpウェル
を形成し光電変換素子としてp−n接合ホトダイオー
ド,信号電荷読出手段としてBCCDをそれぞれ用いた従来
構造の縦型オーバフロードレーン構造の固体撮像素子の
製造工程順に配列した半導体チップの断面図である。ま
ず、第6図(a)に示すように、n型半導体基板6にレ
ジストパターン12をマスクにしてp型の不純物をイオン
注入により導入してp型領域13を形成し、次に第6図
(b)に示すように、熱処理によりこれを拡散させてp
ウェルの深い部分いとなるp型領域14を形成する。次
に、第6図(c)に示すように、セル部全体にp型不純
物を導入し、これを熱処理により拡散させて選択的に接
合深さの異なるpウェル4を形成する。その後、第4図
に示すように、このpウェル4内にp−n接合ホトダイ
オードを構成するn型領域7,BCCDを構成するn型埋込チ
ャネル1,p+型チャネルストッパ8をそれぞれ形成し、絶
縁膜9を介してゲート電極10,遮光膜11を形成して固体
撮像素子を製造する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
固体撮像素子では光電変換素子群と信号電荷読出手段
とが交互に配置されており、素子を高密度化して行った
場合、信号電荷読出手段どうしの間隔も狭くなる。すな
わち縦型オーバフロードレーン構造を採用する場合では
ウェルの接合深さの深い部分どうしの間隔が狭くなる。
光電変換素子群と基板をパンチスルー状態にするために
は光電変換素子下のウェルの接合深さは信号電荷読出手
段下のウェルの接合深さより十分浅くする必要がある
が、上述した従来構造の素子では基板と逆導電型のウェ
ルはイオン注入により導入した不純物の熱拡散により形
成する必要があり、接合深さの深いウェル部分は熱拡散
により横方向にも広がっているため、ウェルの深い部分
の間隔が狭くなると隣接する接合深さの深いウェル部分
が重なり合って、光電変換素子下のウェルの接合深さを
浅く形成することができなくなってしまうので、素子の
高密度化が困難となる。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の縦型オーバーフロードレーン構造の固体撮像
素子の製造方法は、一導電型の半導体基板上に逆導電型
不純物を導入し熱拡散することにより前記一導電型の半
導体基板上の所定位置に第1及び第2の逆導電型熱拡散
領域を形成する工程と、前記一導電型の半導体基板及び
前記第1及び第2の逆導電型熱拡散領域上に逆導電型エ
ピタキシャル層を形成する工程と、前記第1の逆導電型
熱拡散領域と前記第2の逆導電型熱拡散領域の間にある
前記一導電型の半導体基板領域上に対応する前記逆導電
型エピタキシャル層表面に光電変換部を形成し、前記第
1及び第2の逆導電型熱拡散領域上に対応する前記逆導
電型エピタキシャル層表面にそれぞれ電荷読み出し部を
形成する工程とを有することを特徴とする。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例をその製造
工程に沿って説明するために、工程順に配列した半導体
チップの断面図である。
この実施例は、第4図で示した従来例と同様、n型
(第2導電型)半導体基板にp(第1導電型)ウェルを
形成し、光電変換素子としてp−n接合ホトダイオー
ド,信号電荷読出手段としてBCCDをそれぞれ用いた場合
のものである。
まず、第1図(a)に示すように、n型半導体基板6
にレジストパターン12をマスクにしてp型不純物を導入
してp型領域13を形成し、次に、第1図(b)に示すよ
うに、熱処理により拡散させてpウェルの深い部分とな
るp型領域14を形成する。次に、第1図(c)に示すよ
うに、半導体基板上の少なくともセル部全体にp型エピ
タキシャル層15を成長させてp型領域14とp型エピタキ
シャル層15からなる選択的に接合深さの異なるpウェル
4を形成する。その後、第1図(d)に示すように、こ
のpウェル4内にp−n接合ホトダイオードを構成する
n型領域7,BCCDのn型埋込チャネル1,p+型チャネルスト
ッパ8をそれぞれ形成し、絶縁膜9を介してゲート電極
10,遮光膜11を形成して固体撮像素子を製造する。
この実施例は、p型領域14を形成したのち、p型エピ
タキシャル層15を形成すればよいので、従来のような熱
拡散工程によってpウェルの深さの浅い部分を形成する
のに比較して、p型領域14の横方向への拡大は無視でき
るので、光電変換素子下のウェルの接合深さを浅く形成
するのが容易となり固体撮像素子を高密度化できる。
この実施例においてp−n接合ホトダイオードを構成
するn型領域7を形成する換わりに(図において7の上
方に)絶縁膜9を介して薄い多結晶シリコン層などの透
明電極を形成すれば、光電変換素子群としてMOSキャパ
シタ形センサを用いた本発明による縦型オーバフロード
レーン構造の固体撮像素子が製造できる。また、半導体
基板として第2導電型の例えばCZ結晶上にそれと同程度
の抵抗率の第2導電型のエピタキシャル層を成長したも
のを使用したエピタキシャルウェーハを使用してもよ
い。更に、半導体基板の一部に選択的に形成される半導
体基板と逆導電型の不純物領域の不純物濃度をその上に
成長する逆導電型のエピタキシャル層の不純物濃度より
も高くすれば、信号電荷読出手段下のウェルの接合深さ
はそれほど深く形成する必要は無く、接合深さの深いウ
ェル部分の熱拡散による横方向の広がりをさらに少なく
することが可能となり、高密度化は更に促進される。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は半導体基板の一部に選択
的にこの基板と逆導電型の不純物領域を有し、さらにこ
の基板上に逆導電型のエピタキシャル層を有し、信号電
荷読出手段下において接合深さが深くなっているウェル
を基板中の逆導電型の不純物領域と、基板上の逆導電型
のエピタキシャル層をたして形成することにより、従来
構造の場合に比べ、接合深さの深いウェルを熱拡散によ
る横方向の広がりを少なく抑えて形成することが可能と
なり、縦型オーバフロードレーン構造を有する固体撮像
素子を高密度化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例をその製造工
程に沿って説明するために、工程順に配列した半導体チ
ップの断面図、第2図は横型オーバフロードレーン構造
を有する固体撮像素子の従来例の素子領域を示す半導体
チップの平面図、第3図は第2図のX−X′線に沿った
電位分布図、第4図は縦型オーバフロードレーン構造の
従来の一例を示す半導体チップの断面図、第5図は第4
図におけるX−X′線方向及びY−Y′線方向の電位分
布図、第6図(a)〜(c)は第4図の例の製造方法を
説明するために工程順に配列した半導体チップの断面図
である。 1……埋込チャネル、2……ホトダイオード、3……オ
ーバフロードレーン、4……pウェル、5……2と3の
間の電位、6……n型半導体基板、7……n型領域、8
……p+型チャネルストッパ、9……絶縁膜、10……ゲー
ト電極、11……遮光膜、12……レジストパターン、13,1
4……p型領域、15……p型エピタキシャル層。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基板上に逆導電型不純物
    を導入し熱拡散することにより前記一導電型の半導体基
    板上の所定位置に第1及び第2の逆導電型熱拡散領域を
    形成する工程と、前記一導電型の半導体基板及び前記第
    1及び第2の逆導電型熱拡散領域上に逆導電型エピタキ
    シャル層を形成する工程と、前記第1の逆導電型熱拡散
    領域と前記第2の逆導電型熱拡散領域の間にある前記一
    導電型の半導体基板領域上に対応する前記逆導電型エピ
    タキシャル層表面に光電変換部を形成し、前記第1及び
    第2の逆導電型熱拡散領域上に対応する前記逆導電型エ
    ピタキシャル層表面にそれぞれ電荷読み出し部を形成す
    る工程とを有することを特徴とする縦型オーバーフロー
    ドレーン構造の固体撮像素子の製造方法。
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