JP3259400B2 - 半導体装置並びに固体撮像素子 - Google Patents

半導体装置並びに固体撮像素子

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JP3259400B2 JP02897993A JP2897993A JP3259400B2 JP 3259400 B2 JP3259400 B2 JP 3259400B2 JP 02897993 A JP02897993 A JP 02897993A JP 2897993 A JP2897993 A JP 2897993A JP 3259400 B2 JP3259400 B2 JP 3259400B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放射線環境下の使用に
対処できる半導体装置並びに固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路等の半導体装置において
は、宇宙空間、原子力関連施設などの放射線環境下で使
用した際、損傷を受け、特性劣化、誤動作等を生ずる懼
れがある。特に、α粒子、陽子、中性子等が半導体のシ
リコン結晶に衝突した場合に、そのエネルギーによって
は結晶欠陥が生じ、接合耐圧の劣化、暗電流の増加を引
き起こす。
【0003】固体撮像素子においても放射線により結晶
欠陥が生じ、この結晶欠陥に起因して暗電流、白きずが
増加する。
【0004】上述の放射線環境下での問題に対処するた
め、半導体デバイス側の対応としては、放射線に有感な
空乏層を狭くする試みがなされている。また他の対応と
して、後の熱拡散により結晶欠陥を埋める働きのあるリ
チウム(Li)を意図的に半導体領域内に導入する方法
が例えば太陽電池等で採用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、上述のリ
チウム(Li)を導入する方法では、Liが一定量以上
存在すると逆に結晶欠陥を広げる働きもあり、またLi
がN形不純物となる等、Li量の精密な制御が不可欠で
あった。特に半導体デバイスの活性領域の結晶欠陥を補
償するための過不足のないLiを欠陥近傍から供給する
には、従来のLiのイオン打込み又は熱拡散法では困難
があった。
【0006】本発明は、上述の点に鑑み、結晶欠陥回復
に有効なLiを欠陥近傍から供給できるようにし、放射
線環境下での使用に対処できるようにした半導体装置並
びに固体撮像素子を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、放射線環境下
で使用される、半導体基体を有する半導体装置におい
て、半導体基体に混入して所望の機能領域を形成するP
形不純物元素として熱中性子吸収断面積の大きい質量数
10の硼素(10B)を用いて成り、半導体基体に放射線
である中性子が照射されると、質量数10の硼素
10B)が熱中性子を吸収し(n,α)反応を起こして
リチウム(Li)に核変換され、結晶欠陥回復に有効な
Li供給源が電気的活性層の極めて近傍、あるいは内部
に形成され、このリチウム(Li)が放射線を受けて生
じた結晶欠陥を回復させることを特徴とする半導体装置
である。
【0008】
【0009】又、本発明は、放射線環境下で使用され
る、半導体基体を有する固体撮像素子において、半導体
基体に混入して所望の機能領域を形成するP形不純物元
素として熱中性子吸収断面積の大きい質量数10の硼素
10B)を用いて成り、半導体基体に放射線である中性
子が照射されると、質量数10の硼素(10B)が熱中性
子を吸収し(n,α)反応を起こしてリチウム(Li)
に核変換され、結晶欠陥回復に有効なLi供給源が電気
的活性層の極めて近傍、あるいは内部に形成され、この
リチウム(Li)が放射線を受けて生じた結晶欠陥を回
復させることを特徴とする固体撮像素子である。
【0010】
【作用】本発明においては、半導体基体に混入して所望
の機能領域を形成するためのP形不純物元素に熱中性子
吸収断面積の大きい10Bを用いることにより、半導体デ
バイスに放射線(特に中性子)が照射された場合、10
が熱中性子を吸収し(n,α)反応を起こしてリチウム
(Li)に核変換される。このリチウム(Li)が近傍
の結晶欠陥、即ち放射線を受けて生じた結晶欠陥を回復
する。
【0011】本発明では、10Bが中性子によってLiに
変換されることで、結晶欠陥回復に有効なLi供給源が
電気的活性層の極めて近傍、あるいは内部にでき、従っ
て欠陥近傍からLiを供給できる。しかも、このLi供
給量は放射線量により制御される。
【0012】また、本発明においては、P形不純物元素
として、質量数10の硼素(10B)と共に質量数11の
硼素(11B)を含ませることにより、熱中性子吸収断面
積の大きい10Bと熱中性子吸収断面積の小さい11Bの組
成比(混合比)を選択することでLi供給量が制御で
き、所定の放射線環境下において最適なLi供給源が得
られる。即ち、10Bと11Bとの組成比及び照射される放
射線量で最適なLi供給量が制御できる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0014】CCD固体撮像素子、半導体集積回路、そ
の他等の半導体装置においては、例えば図1に示すよう
に、シリコン半導体基体におけるN形領域1にP形不純
物を導入してP形領域(即ちP+ 領域、P領域或はP-
領域等)2を形成して所望の機能領域を構成する場合、
または、図2に示すように、P形領域3にN形不純物を
導入してN形領域4を形成して所望の機能領域を構成す
る場合、更には、例えば図3に示すように、N形領域5
にP形不純物7をイオン注入して低濃度のN-領域6を
形成して所望の機能領域を構成する場合もある。なお、
8はSiO2 等の絶縁膜、9はフォトレジスト層であ
る。
【0015】本例の半導体装置は、図1、図2、図3に
おいて、そのP形領域2、P形領域3又はN- 領域6を
形成するたためのP形不純物元素として質量数10の硼
素( 10B)を用いて構成する。
【0016】天然に存在する硼素(B)は質量数10の
硼素(10B)と質量数11の硼素( 11B)の2種類があ
り、存在比は〔10B〕/〔11B〕=18.7/81.3
である。従来、P形不純物として硼素を用いる場合は、
11Bである。
【0017】一方、熱中性子吸収断面積は、10Bが38
32(barns)、11Bが0.005(barns)
と極端に異なる。10Bは、その性質として、熱中性子を
吸収し、(n,α)反応をおこしてリチウム(Li)と
ヘリウム(He)を生成する。
【0018】従って、電気的活性領域を構成するP形領
域2、P形領域3、或はN- 領域4を形成するためのP
形不純物として10Bを用いることにより、半導体装置に
放射線(特に中性子)が放射されると、10Bが熱中性子
を吸収し(n,α)反応を起こしてLiに核変換され、
これによって生成したLiが拡散し、中性子、その他の
放射線により発生する結晶欠陥を回復することができ
る。この結晶欠陥の回復により接合耐圧劣化、暗電流、
ノイズ等を低減することができる。
【0019】また、P形不純物として導入された10Bが
中性子によりLiに変換されることでLi供給源はいわ
ゆる電気的活性層の極めて近傍、あるいは内部にでき、
活性領域の結晶欠陥近傍からLiを供給することが可能
となる。また、中性子が照射されることによってLiが
生成されるので、Li供給量も放射線量により制御され
る。従って、デバイス特性を損なわずにLiの効果を発
揮できる。
【0020】結晶欠陥を回復させるためには、Liの生
成量を制御する必要がある。その手段としては、上記P
形不純物として熱中性子吸収断面積の大きい10Bと、熱
中性子吸収断面積が小さい11Bとを混合した硼素を用
い、その10B/11Bの比を制御する。これにより、最適
な量のLiを生成させることができる。
【0021】次に、図4を用いて本発明をCCD固体撮
像素子に適用した場合について説明する。
【0022】本例のCCD固体撮像素子Aは、図4に示
すように、N形シリコン基板11上の第1のP形ウエル
領域12内にN形の不純物拡散領域13と垂直レジスタ
28を構成するN形転送チャネル領域14並びにP形の
チャネルストップ領域15が形成され、上記N形の不純
物拡散領域13上にP形の正電荷蓄積領域16が、N形
の転送チャネル領域14の直下に第2のP形ウエル領域
17が夫々形成されている。
【0023】ここで、N形の不純物拡散領域13と第1
のP形ウエル領域12とのPN接合jによるフォトダイ
オードPDによって受光部(光電変換部)18が構成さ
れる。この受光部18は画素に対応して形成される。
【0024】そして、第1のP形ウエル領域12の上記
チャネルストップ領域15上に酸化膜(SiO2 膜)1
9を介してSi3 4 膜20及びSiO2 膜21が順次
積層される。この転送チャネル領域14及びチャネルス
トップ領域15上の酸化膜19、Si3 4 膜20及び
SiO2 膜21は3層構造のゲート絶縁膜22を構成す
る。
【0025】また、転送チャネル領域14上のゲート絶
縁膜22上に多結晶シリコン層による転送電極23が形
成され、転送チャネル領域14、ゲート絶縁膜22及び
転送電極23により垂直レジスタ28が構成される。
【0026】転送電極23上及び正電荷蓄積領域26上
の酸化膜19上に、それぞれPSG(リン・シリケート
ガラス)等からなる層間絶縁膜24が積層され、更に転
送電極23上に層間絶縁膜24を介してAl遮光膜25
が選択的に形成される。
【0027】なお、転送電極23が垂直レジスタ28と
受光部18間に延長形成され、ここにおいて読み出しゲ
ート27が構成される。
【0028】しかして、本例においては、第1のP形ウ
エル領域12及び正電荷蓄積領域16を質量数10の硼
素(10B)によるイオン注入により形成する。さらに、
P形のチャネルストップ領域15、及び転送チャネル領
域14下の第2のP形ウエル領域17も、10Bによるイ
オン注入により形成することができる。
【0029】硼素のイオン注入に際し、熱中性子吸収断
面積の大きい10Bと、熱中性子吸収断面積の小さい11
を含ませ、その10B/11Bの比を選択してイオン注入す
るを可とする。
【0030】かかるCCD固体撮像素子Aにおいて、放
射線に最も有感な部分は受光部18を構成するフォトダ
イオードPDのPN接合であるが、上記構成によれば、
第1のP形ウエル領域12、正電荷蓄積領域16等のP
形領域を、少なくとも10Bを含んだ硼素のイオン注入で
形成することにより、上記PN接合部分に放射線照射で
結晶欠陥が発生した際、主として正電荷蓄積領域16及
び第1のP形ウエル領域12で生じたLi、即ち、中性
子の衝突で10Bより変換されたLiにより結晶欠陥の修
復が行われ、結晶欠陥に起因した暗電流、白きずを低減
することができる。
【0031】因みに、正電荷蓄積領域16と第1のP形
ウエル領域12の2ケ所に10Bを用いた本実施例のCC
D固体撮像素子Aを通常環境下で放置したところ、11
のみの従来のCCD固体撮像素子に比して白きずの増加
率を半減することができた。
【0032】上述したように、本発明では、主として中
性子線の環境下において10Bより変換されたLiが、中
性子線、その他の放射線により発生する結晶欠陥を回復
し、半導体デバイス特性を損なわずにノイズ低減(固体
撮像素子では、暗電流、白きずの増加の抑制)を図るこ
とができる。また、Li供給源がPN接合部分(空乏
層)等の電気的活性層の極めて近傍、あるいは内部にで
き、しかも、Li供給量が10B/11Bの比で制御できる
ため、所定の環境下において最適なLi供給源を提供す
ることができる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置において、
結晶欠陥回復に有効なLi供給源を電気的活性層が極め
て近傍、あるいは内部にでき、Li供給量も放射線量及
10B/11Bの組成比により制御することができる。
【0034】そして、半導体装置に放射線(特に中性
子)が照射された場合、デバイス特性を損なわずにLi
の効果が発揮でき、ノイズ低減が図れる。固体撮像素子
においては暗電流、白きずの増加が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の要部の断面図であ
る。
【図2】本発明に係る半導体装置の要部の断面図であ
る。
【図3】本発明に係る半導体装置の要部の断面図であ
る。
【図4】本発明に係るCCD固体撮像素子の一例を示す
要部の断面図である。
【符号の説明】
1,5 N形領域 2,3 P形領域 6 N- 領域 11 N形シリコン基板 12 第1のP形ウエル領域 13 N形不純物拡散領域 14 転送チャネル領域 15 チャネルストップ領域 16 正電荷蓄積領域 17 第2のP形ウエル領域 18 受光部 19 酸化膜(SiO2 ) 20 Si3 4 膜 21 SiO2 膜 22 ゲート絶縁膜 23 転送電極 24 層間絶縁膜 25 Al遮光膜 27 読み出しゲート 28 垂直レジスタ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射線環境下で使用される、半導体基体
    を有する半導体装置において、 前記半導体基体に混入して所望の機能領域を形成するP
    形不純物元素として熱中性子吸収断面積の大きい質量数
    10の硼素(10B)を用いて成り、 前記半導体基体に放射線である中性子が照射されると、
    前記質量数10の硼素(10B)が熱中性子を吸収し
    (n,α)反応を起こしてリチウム(Li)に核変換さ
    れ、結晶欠陥回復に有効なLi供給源が電気的活性層の
    極めて近傍、あるいは内部に形成され、このリチウム
    (Li)が放射線を受けて生じた結晶欠陥を回復させる
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 放射線環境下で使用される、半導体基体
    を有する固体撮像素子において、 前記半導体基体に混入して所望の機能領域を形成するP
    形不純物元素として熱中性子吸収断面積の大きい質量数
    10の硼素(10B)を用いて成り、 前記半導体基体に放射線である中性子が照射されると、
    前記質量数10の硼素(10B)が熱中性子を吸収し
    (n,α)反応を起こしてリチウム(Li)に核変換さ
    れ、結晶欠陥回復に有効なLi供給源が電気的活性層の
    極めて近傍、あるいは内部に形成され、このリチウム
    (Li)が放射線を受けて生じた結晶欠陥を回復させる
    ことを特徴とする固体撮像素子。
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