JP3241084B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP3241084B2 JP3241084B2 JP06734092A JP6734092A JP3241084B2 JP 3241084 B2 JP3241084 B2 JP 3241084B2 JP 06734092 A JP06734092 A JP 06734092A JP 6734092 A JP6734092 A JP 6734092A JP 3241084 B2 JP3241084 B2 JP 3241084B2
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- Japan
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- diffusion layer
- conductivity type
- layer
- photodiode
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置とその製造
方法に係り、特に低暗時出力電圧特性を有するエリアイ
メージセンサの構造とその製造方法に関する。
方法に係り、特に低暗時出力電圧特性を有するエリアイ
メージセンサの構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ホームビデオカメラの普及等から、最
近、低照度状態で安定に動作する撮像デバイスの要求が
市場で高まっている。このような撮像デバイスでは、低
暗時に発生する出力電圧ノイズを最小にすることが必須
であり、そのような特性を有する構造が望まれる。
近、低照度状態で安定に動作する撮像デバイスの要求が
市場で高まっている。このような撮像デバイスでは、低
暗時に発生する出力電圧ノイズを最小にすることが必須
であり、そのような特性を有する構造が望まれる。
【０００３】図２はこのような撮像デバイスの一例とし
て提案されたエリアイメージセンサの断面構造図であ
る。低暗時に発生する出力電圧ノイズを最小にする、い
わゆる低暗時出力特性を実現するためには、フォトダイ
オード部分１０のＮ＋拡散領域１の表面近傍に形成され
る酸化膜２と、このＮ＋拡散領域１との界面の禁止帯内
トラップ準位を介して発生するリーク電流、すなわち、
暗時電流を押さえるためにＰ＋拡散層３を形成し、トラ
ップを常に電気的に中性状態に保つような構造を採用す
るのが最も一般的である。
て提案されたエリアイメージセンサの断面構造図であ
る。低暗時に発生する出力電圧ノイズを最小にする、い
わゆる低暗時出力特性を実現するためには、フォトダイ
オード部分１０のＮ＋拡散領域１の表面近傍に形成され
る酸化膜２と、このＮ＋拡散領域１との界面の禁止帯内
トラップ準位を介して発生するリーク電流、すなわち、
暗時電流を押さえるためにＰ＋拡散層３を形成し、トラ
ップを常に電気的に中性状態に保つような構造を採用す
るのが最も一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図２に示すフォトダイ
オード１０のような光電変換素子の光電変換特性を決定
する最も重要な要因は、実効Ｎ＋拡散領域１の制御性で
ある。通常この拡散領域１はイオン注入により形成され
るが、この場合、Ｎ＋拡散領域１、Ｐ＋拡散層３、Ｐウ
エル６の不純物分布は図３に示すようになっている。
オード１０のような光電変換素子の光電変換特性を決定
する最も重要な要因は、実効Ｎ＋拡散領域１の制御性で
ある。通常この拡散領域１はイオン注入により形成され
るが、この場合、Ｎ＋拡散領域１、Ｐ＋拡散層３、Ｐウ
エル６の不純物分布は図３に示すようになっている。
【０００５】周知のように、不純物拡散層を形成するに
当たっては、イオン注入を行い、その後熱処理を行って
注入層を活性化することにより実現するのが最も制御性
が良好である。この場合、通常、単一層ではイオン注入
による拡散層の抵抗値は標準偏差１σで数％の精度でコ
ントロールできる。しかし、バイポーラトランジスタの
ベース層やフォトダイオードの拡散層のような構造で
は、制御精度が数倍も低下するのが通常である。
当たっては、イオン注入を行い、その後熱処理を行って
注入層を活性化することにより実現するのが最も制御性
が良好である。この場合、通常、単一層ではイオン注入
による拡散層の抵抗値は標準偏差１σで数％の精度でコ
ントロールできる。しかし、バイポーラトランジスタの
ベース層やフォトダイオードの拡散層のような構造で
は、制御精度が数倍も低下するのが通常である。
【０００６】図４はエリアイメージセンサデバイスの概
略回路構造図である。一般に、このようなエリアイメー
ジセンサでは、回路を構成する垂直ＣＣＤ４１や水平Ｃ
ＣＤ４２等の光電変換データの転送と信号処理とを行う
部分が先に形成され、フォトダイオード部４３が構造上
最終工程となるのが通常である。フォトダイオード部４
３以外の回路部分の特性への影響を少なくするため、図
３に示すように、フォトダイオードを構成する拡散層１
はその実効接合深さが０．２μｍ前後の極めて薄い層と
している。このような構成を採用する結果、熱処理工程
およびイオン注入工程の処理条件のバラツキにより薄い
拡散層１の制御精度が極めて悪くなる。また、低加速電
圧での注入を余儀なくされることから容量が低下して、
フォトダイオードの特性、特に、光電変換能力の目安と
なる飽和出力電圧ＶSAT 特性、すなわち光量を増加した
場合の光電変換特性の劣化を招くという問題点があっ
た。
略回路構造図である。一般に、このようなエリアイメー
ジセンサでは、回路を構成する垂直ＣＣＤ４１や水平Ｃ
ＣＤ４２等の光電変換データの転送と信号処理とを行う
部分が先に形成され、フォトダイオード部４３が構造上
最終工程となるのが通常である。フォトダイオード部４
３以外の回路部分の特性への影響を少なくするため、図
３に示すように、フォトダイオードを構成する拡散層１
はその実効接合深さが０．２μｍ前後の極めて薄い層と
している。このような構成を採用する結果、熱処理工程
およびイオン注入工程の処理条件のバラツキにより薄い
拡散層１の制御精度が極めて悪くなる。また、低加速電
圧での注入を余儀なくされることから容量が低下して、
フォトダイオードの特性、特に、光電変換能力の目安と
なる飽和出力電圧ＶSAT 特性、すなわち光量を増加した
場合の光電変換特性の劣化を招くという問題点があっ
た。
【０００７】これに対して高いＶSAT を得るために、Ｎ
＋拡散領域の濃度を増加させることが考えられるが、Ｐ
＋層とＮ＋層の交差点位置が基板面に近付き、Ｎ＋層に
対するＰ＋層の影響がかえって大きくなってしまうとい
う問題がある。またＰ＋−Ｎ＋層接合容量が増加して大
光量に対するＶSAT の変動現象（例えば、特開昭６０−
１７０９６８号広報参照）を招くという問題もある。
＋拡散領域の濃度を増加させることが考えられるが、Ｐ
＋層とＮ＋層の交差点位置が基板面に近付き、Ｎ＋層に
対するＰ＋層の影響がかえって大きくなってしまうとい
う問題がある。またＰ＋−Ｎ＋層接合容量が増加して大
光量に対するＶSAT の変動現象（例えば、特開昭６０−
１７０９６８号広報参照）を招くという問題もある。
【０００８】本発明は上述した問題点を解消するために
なされたもので、飽和出力電圧が高い上にその変動が少
なく、良好な光電変換特性を維持することのできる固体
撮像装置とその製造方法を提供することを目的とする。
なされたもので、飽和出力電圧が高い上にその変動が少
なく、良好な光電変換特性を維持することのできる固体
撮像装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる固体撮像
装置によれば、フォトダイオードを構成する第１導電型
の拡散層の表面に暗時電流抑制のために第２導電型の拡
散層を形成してなる半導体装置において、前記第１導電
型の拡散層が同一のドーズ量で異なる加速電圧の数回の
イオン注入により形成された複合拡散層となっている。
装置によれば、フォトダイオードを構成する第１導電型
の拡散層の表面に暗時電流抑制のために第２導電型の拡
散層を形成してなる半導体装置において、前記第１導電
型の拡散層が同一のドーズ量で異なる加速電圧の数回の
イオン注入により形成された複合拡散層となっている。
【００１０】本発明にかかる固体撮像装置の製造方法に
よれば、第１導電型の拡散層は、同一のドーズ量で異な
る加速電圧による複数回のイオン注入により形成する。
よれば、第１導電型の拡散層は、同一のドーズ量で異な
る加速電圧による複数回のイオン注入により形成する。
【００１１】イオン注入は加速電圧を順次増加させなが
ら複数回行うのが望ましい。
ら複数回行うのが望ましい。
【００１２】
【作用】薄いＮ＋拡散層の制御精度を向上させるために
は、この拡散層の表面近傍に形成されるＰ＋拡散層の影
響を最小にすることが望まれる。この観点から、本発明
では第１導電型不純物の複数回のイオン注入により拡散
層を形成しているため、接合深さが深くなる。そのた
め、表面に形成される第２導電型の拡散層との接合面の
変動がほとんど無視できる構造となる。また、２つの拡
散層の接合点の濃度が低くなるようにすることができる
ため、接合容量を小さくして大光量に対する飽和出力電
圧ＶSAT の変動現象を押さえることができる。
は、この拡散層の表面近傍に形成されるＰ＋拡散層の影
響を最小にすることが望まれる。この観点から、本発明
では第１導電型不純物の複数回のイオン注入により拡散
層を形成しているため、接合深さが深くなる。そのた
め、表面に形成される第２導電型の拡散層との接合面の
変動がほとんど無視できる構造となる。また、２つの拡
散層の接合点の濃度が低くなるようにすることができる
ため、接合容量を小さくして大光量に対する飽和出力電
圧ＶSAT の変動現象を押さえることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図２に示すエリアイ
メージセンサのデバイス構造における、主としてフォト
ダイオード部１０の形成に重点をおいて説明する。ここ
では図４に示すようなデバイス回路において、先に垂直
ＣＣＤ部４１や水平ＣＣＤ部４２等の信号転送および信
号処理部分が形成された後、光電変換を行うフォトダイ
オード部４３が形成されるものとする。
メージセンサのデバイス構造における、主としてフォト
ダイオード部１０の形成に重点をおいて説明する。ここ
では図４に示すようなデバイス回路において、先に垂直
ＣＣＤ部４１や水平ＣＣＤ部４２等の信号転送および信
号処理部分が形成された後、光電変換を行うフォトダイ
オード部４３が形成されるものとする。
【００１４】図２において、基板５としては通常Ｎ＋型
の２０〜４０Ω−cm程度の比抵抗を持つシリコン基板が
使用される。そしてフォトダイオード１０の形成予定領
域には、通常表面濃度Ｎs 〜５〜１０×１０15cm-3、接
合深さＸj 〜５μｍ程度のＰウエル層６が形成される。
その後フォトダイオード間のアイソレーション用のＰ＋
層７およびフォトダイオード部１０の信号を垂直ＣＣＤ
部４へ引き出すためのフィールドシフト電極（以下ＦＳ
ゲートという）８などが形成される。
の２０〜４０Ω−cm程度の比抵抗を持つシリコン基板が
使用される。そしてフォトダイオード１０の形成予定領
域には、通常表面濃度Ｎs 〜５〜１０×１０15cm-3、接
合深さＸj 〜５μｍ程度のＰウエル層６が形成される。
その後フォトダイオード間のアイソレーション用のＰ＋
層７およびフォトダイオード部１０の信号を垂直ＣＣＤ
部４へ引き出すためのフィールドシフト電極（以下ＦＳ
ゲートという）８などが形成される。
【００１５】ついでフォトダイオード部１０の形成に入
るが、奥に形成するＮ＋層の形成が先に行われる。チャ
ネリング防止のためにフォトダイオード１０となる部分
の表面には均一厚の熱酸化膜２が５００〜１０００Ａの
厚さに形成される。
るが、奥に形成するＮ＋層の形成が先に行われる。チャ
ネリング防止のためにフォトダイオード１０となる部分
の表面には均一厚の熱酸化膜２が５００〜１０００Ａの
厚さに形成される。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、フォト
ダイオードを構成する第１導電型の拡散層の表面に暗時
電流抑制のために第２導電型の拡散層を形成してなる固
体撮像装置において、前記第１導電型の拡散層が、同一
のドーズ量で異なる加速電圧の複数回のイオン注入によ
り形成された複合拡散層であり、前記第１導電型拡散層
および前記第２導電型拡散層の接合点における前記第１
導電型不純物イオンの濃度が低くなるように、前記複数
回のイオン注入のうち最も低い加速電圧でイオン注入に
より形成された拡散層の中心の深さが該接合点よりも深
く形成されたことを特徴とする。
ダイオードを構成する第１導電型の拡散層の表面に暗時
電流抑制のために第２導電型の拡散層を形成してなる固
体撮像装置において、前記第１導電型の拡散層が、同一
のドーズ量で異なる加速電圧の複数回のイオン注入によ
り形成された複合拡散層であり、前記第１導電型拡散層
および前記第２導電型拡散層の接合点における前記第１
導電型不純物イオンの濃度が低くなるように、前記複数
回のイオン注入のうち最も低い加速電圧でイオン注入に
より形成された拡散層の中心の深さが該接合点よりも深
く形成されたことを特徴とする。
【００１７】図１から明らかなように、Ｐ＋層およびＮ
＋層の不純物プロファイルの交差点濃度は十分に低く、
このためＰ＋層の深さ方向の変動に対する影響が十分に
小さくなっていることがわかる。
＋層の不純物プロファイルの交差点濃度は十分に低く、
このためＰ＋層の深さ方向の変動に対する影響が十分に
小さくなっていることがわかる。
【００１８】続いて、Ｐ＋拡散層３の形成のために加速
電圧４０ＫｅＶ、ドーズ量１．０×１０14cm-2程度のイ
オン注入を行い、同様に急速アニール等の方法によりイ
オン注入ダメージ層の除去とイオン種の活性化熱処理を
行う。
電圧４０ＫｅＶ、ドーズ量１．０×１０14cm-2程度のイ
オン注入を行い、同様に急速アニール等の方法によりイ
オン注入ダメージ層の除去とイオン種の活性化熱処理を
行う。
【００１９】その後、低スミア特性を得るためにフォト
ダイオード部１０以外の部分に図示しない光学的遮蔽金
属層を設けたり、あるいは集光性向上のためにフォトダ
イオード部１０の上部にマイクロレンズ等を形成する。
ダイオード部１０以外の部分に図示しない光学的遮蔽金
属層を設けたり、あるいは集光性向上のためにフォトダ
イオード部１０の上部にマイクロレンズ等を形成する。
【００２０】なお、上述した実施例では図１に示すよう
な第１Ｎ＋層から第３Ｎ＋層で構成される複合拡散層を
得るために順次加速電圧を増加させながら同一のドーズ
量を保ってイオン注入を行った場合を示したが、複合拡
散層の形成はこの実施例に限定されるものではなく、逆
に加速電圧を順次減少させながら形成することも可能で
ある。また複合拡散層形成のためのイオン注入は３回に
限ることなく複数回であればよい。
な第１Ｎ＋層から第３Ｎ＋層で構成される複合拡散層を
得るために順次加速電圧を増加させながら同一のドーズ
量を保ってイオン注入を行った場合を示したが、複合拡
散層の形成はこの実施例に限定されるものではなく、逆
に加速電圧を順次減少させながら形成することも可能で
ある。また複合拡散層形成のためのイオン注入は３回に
限ることなく複数回であればよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明の半導体装置では第２データ導電
型の拡散層と接合する第１導電型の拡散層が深く形成さ
れるため、第２導電型の拡散層の変動に対してほとんど
これを無視することができる。このため、従来の構造で
は数１０％のフォトダイオード抵抗変動があったのに対
し、これを数分の一以下に押さえることが可能となる。
型の拡散層と接合する第１導電型の拡散層が深く形成さ
れるため、第２導電型の拡散層の変動に対してほとんど
これを無視することができる。このため、従来の構造で
は数１０％のフォトダイオード抵抗変動があったのに対
し、これを数分の一以下に押さえることが可能となる。
【００２２】また、本発明では同一のドーズ量で複数回
のイオン注入を加速電圧を変えて行ってフォトダイオー
ドを構成する第１導電型の拡散層を形成しているため、
第２導電型の拡散層との交差接合位置が基板表面に近づ
かず、また低不純物濃度であっても飽和出力電圧ＶSAT
が大で、しかも第２導電型の拡散層の影響を押さえるこ
とができる。
のイオン注入を加速電圧を変えて行ってフォトダイオー
ドを構成する第１導電型の拡散層を形成しているため、
第２導電型の拡散層との交差接合位置が基板表面に近づ
かず、また低不純物濃度であっても飽和出力電圧ＶSAT
が大で、しかも第２導電型の拡散層の影響を押さえるこ
とができる。
【００２３】しかも本発明の半導体装置の構造において
は、第１および第２導電型の拡散層の間の接合容量を小
さくできるため大光量に対する飽和出力電圧ＶSAT の変
動現象を有効に抑制することができる。
は、第１および第２導電型の拡散層の間の接合容量を小
さくできるため大光量に対する飽和出力電圧ＶSAT の変
動現象を有効に抑制することができる。
【図１】本発明の製造方法により形成された拡散層の拡
散濃度分布を示す図。
散濃度分布を示す図。
【図２】エリアイメージセンサのデバイス構造図。
【図３】フォトダイオード部の拡散層の濃度分布を示す
図。
図。
【図４】エリアイメージセンサのデバイス回路構造を示
す図。
す図。
１ フォトダイオード部分の拡散層 ３ フォトダイオード拡散層の表面に形成される拡散層 ５ 半導体基板 ６ Ｐウエル層 ８ ＦＳゲート １０ フォトダイオード
Claims (1)
- 【請求項１】フォトダイオードを構成する第１導電型の
拡散層の表面に暗時電流抑制のために第２導電型の拡散
層を形成してなる固体撮像装置において、 前記第１導電型の拡散層が、同一のドーズ量で異なる加
速電圧の複数回のイオン注入により形成された複合拡散
層であり、前記第１導電型拡散層および前記第２導電型
拡散層の接合点における前記第１導電型不純物イオンの
濃度が低くなるように、前記複数回のイオン注入のうち
最も低い加速電圧でイオン注入により形成された拡散層
の中心の深さが該接合点よりも深く形成されたことを特
徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06734092A JP3241084B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06734092A JP3241084B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275674A JPH05275674A (ja) | 1993-10-22 |
| JP3241084B2 true JP3241084B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=13342202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06734092A Expired - Fee Related JP3241084B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3241084B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5920378A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | 螢光体およびこの螢光体を使用した低圧水銀蒸気放電灯 |
| JP2006041237A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Sony Corp | 固体撮像装置の製造方法 |
| CN104262781B (zh) * | 2014-09-17 | 2016-08-17 | 北京印刷学院 | 一种以稀土磷酸盐玻璃为光色剂的紫外荧光红塑料薄膜制备方法及其在防伪方面的应用 |
| CN104262780B (zh) * | 2014-09-17 | 2016-08-24 | 北京印刷学院 | 一种以稀土磷酸盐玻璃为光色剂的紫外荧光绿塑料薄膜制备方法及其在防伪方面的应用 |
-
1992
- 1992-03-25 JP JP06734092A patent/JP3241084B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05275674A (ja) | 1993-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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