JP3772920B6 - 固体撮像素子の受光部製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子、特に、たとえば受光部を備えたＣＣＤ撮像素子に有利に適用される固体撮像素子の受光部構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラなどに使われる固体撮像素子としてＣＣＤ撮像素子が多種多様な映像機器に用いられ、たとえば特開平６−９７４１１号公報等にはこの種の従来技術が開示されている。図６はこのような従来技術における固体撮像素子のフォトセルの構造とその製造方法を説明するための一部断面図を示したものである。また、図７は、図６に示した従来技術において、表面における深さと濃度（Ａ）、電位分布（Ｂ）との関係を示すグラフである。
【０００３】
まず、この従来技術における製造方法を説明すれば、Ｎ型基板（Ｎ−ｓｕｂ）１１にＰ型ウェル（Ｐ−ｗｅｌｌ）１２を形成し、チャネルストップ１３と垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１４を形成する。そして、表面にゲ−ト絶縁膜１５を形成した後、電荷転送用ゲ−ト電極１６を形成し、受光部となる部分にＮ型不純物を注入してフォトダイオ−ド（ＰＤ）１７を形成する。受光部の表面にＰ型不純物を注入して高濃度のＰ⁺ 層１８を形成し、その後、絶縁酸化膜１９、遮光用金属膜２０及び保護膜２１を順次積層形成する。
【０００４】
このように、受光部表面には、Ｎ型のフォトダイオ−ド１７の表面にＰ型不純物をイオン注入したＰ⁺ 層１８が形成されているこのＰ⁺ 層１８は、ダングリングボンドに結合された水素イオンや温度エネルギ−により発生したノイズ電荷がフォトダイオ−ド１７に流入した際、撮像したい光信号による電荷と共にこのノイズ電荷が信号電荷として処理されることを防いでいた。すなわち、Ｎ型のフォトダイオ−ド１７の表面から発生したノイズ電荷がフォトダイオ−ド１７に流入されることをフォトダイオ−ド１７の表面に形成されたＰ⁺ 層１８が障壁の役割を果たして遮断していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術における固体撮像素子において、Ｐ⁺ 層１８は中立（ｎｅｕｔｒａｌ）領域が存するように、Ｎ型のフォトダイオ−ド領域の濃度より１次数（ｏｒｄｅｒ）以上の濃度を高く保たなければ効率的な障壁の役割を果たせない。
【０００６】
図７（Ａ）は従来技術における受光部の表面からの深さと不純物濃度との関係を示しているが、表面からＰ⁺ 、Ｎ、Ｐ、Ｎ^- の順に濃度が低くなるように設計される。このように不純物濃度が分布されれば、図７（Ｂ）に示したように、表面の電位を零電位としたときＮ領域は負電位となり、Ｐ領域は表面よりやや負電位となることがわかる。
【０００７】
このように、従来の受光部構造では、Ｐ⁺ −Ｎ−Ｐ−Ｎ^- となって表面のノイズ電位をＰ⁺ 領域と表面との間の中立領域に溜める役割を果たすが、この中立領域の深さが大きくなれば入射光の短波長を撮像する能力が劣化するので、無制限に深く形成することはできない。そこで、短波長での撮像能力が劣化しない程度の適正深さに形成すれば、Ｐ⁺ 層の障壁を越えるノイズ電荷が多く発生してホワイトノイズを生じるという問題が生じた。
【０００８】
したがって、従来技術における固体撮像素子では、ホワイトノイズを減少させること、すなわちＣＣＤ受光部の表面状態がノイズ電荷として作用することを防ぐことが非常に困難であり、高品位の固体撮像素子を提供することができないという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために、第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−ドを形成する。そして、この受光部の表面に第２導電型不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く。その後、第１導電型不純物を含む絶縁膜を表面に蒸着し、この絶縁膜を熱処理してこの膜内にある第１導電型不純物を受光部の表面にド−ピングし表面に薄い第１導電部と第２導電部の接合面を形成する。この後、受光部を除く絶縁膜上に遮光用金属膜を形成し、この遮光用金属膜を含む表面に保護膜を形成する。
【００１０】
また、本発明による他の製造方法では、第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部を形成し、第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−ドを形成する。そして、この受光部の表面に第２導電型不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く。その後、第１導電型不純物でド−ピングされたポリシリコン層を形成した後、熱処理して受光部の表面に薄い第１導電部と第２導電部の接合面を形成した後、ポリシリコン層を取り除く。この後、表面に絶縁層と遮光用金属膜と保護膜とを順次積層形成する。さらに本発明による製造方法は、第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−ドを形成する。そして、受光部の表面に第２導電型不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く。その後、第１導電型不純物イオンをイオン注入し、その後熱処理して受光部の表面に薄い第１導電部と第２導電部との接合面を形成する。この後、表面に絶縁層と遮光用金属膜と保護膜とを順次積層して形成する。
【００１１】
また、本発明によれば、第１導電型の半導体基板上に形成された第２導電型のウエルと、前記第２導電型のウエル内に形成された受光部とを備えた固体撮像素子は、受光部の垂直構造が光が入射する表面から高濃度第１導電型層−高濃度第２導電型層−第１導電型層−第２導電型層−低濃度第１導電型層により形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像素子の受光部の構造およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図３は本発明による固体撮像素子の受光部の製造過程を示す断面図であり、図４はこの固体撮像素子の受光部の概略的なレイアウトを示した説明図である。
【００１３】
図１において、Ｎ型基板（Ｎ−ｓｕｂ）２１にＰ型ウェル（Ｐ−ｗｅｌｌ）２２を形成し、チャネルストップ２３と、一方がこれに隣接した垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）２４を形成する。そして、表面にゲ−ト絶縁膜２５を形成した後、垂直ＣＣＤ２４上にこのゲ−ト絶縁膜２５を介して電荷転送用ゲ−ト電極２６を形成する。その後、受光部となる部分にＮ型不純物を注入してフォトダイオ−ド２７を形成する。このときの概略的なレイアウトが図４（Ａ）であり、ここまでの工程は従来技術と同じである。
【００１４】
次に、図２に示すように、図１で形成された受光部の表面にＰ型不純物を注入してＰ⁺ 層２８を形成する。その後、写真食刻工程で受光部２７の上部のゲ−ト絶縁膜２５を取り除いて受光部窓２９を開く。この際、湿式食刻工程を用いる。このときの概略的なレイアウトを示したものが図４（Ｂ）である。次に、受光部窓２９を含む表面にＮ型不純物を含めた絶縁物質よりなる絶縁膜３５を蒸着する。この際、絶縁膜３５はＰＳＧを用いて蒸着すれば良い。
【００１５】
この後、絶縁膜３５がゲ−ト電極２６を形成したとき生じた段差をある程度平坦化するように熱処理を施す。この熱処理により、絶縁膜３５内にあるＮ型不純物が受光部の表面にド−ピングされ、表面に薄い接合層３０が形成される。このようにしてＮ領域（Ｎ⁺ またはＮ）の接合層３０が形成されることで、受光部の垂直構造は光が入射される表面からＮ（またはＮ⁺ ) −Ｐ ⁺−Ｎ−Ｐ−Ｎ⁺ より形成される。その後、図３に示すように、受光部が形成された部分以外の表面に遮光用金属膜３１が形成され、その上に保護膜３２が形成される。
【００１６】
図５（Ａ）は本実施の形態における受光部の表面からの深さによる不純物濃度を示しているが、最も表面に近いＮ⁺ （またはＮ）層の除けばその他は従来技術と同様に、表面からＰ⁺ 、Ｎ、Ｐ、Ｎ^- の順に濃度が低くなるように設計される。このように本実施の形態では、Ｐ⁺ 層の上にＮ⁺ （またはＮ）層を形成したため、図５（Ｂ）に示すように、表面の電位が従来技術のように零電位とならずに負電位となる。したがって、Ｎ−Ｐ接合層が形成する障壁により表面のノイズ電荷が受光部に流入されるのをほぼ完璧に遮断することが可能となる。
【００１７】
以上、本発明による固体撮像素子の受光部の構造およびその製造方法について説明したが、本発明は特にこれに限定されるものではない。すなわち、他の実施の形態として、絶縁膜３５を蒸着して自動ド−ピングさせる工程の代わりに、Ｎ型にド−ピングされたポリシリコン層を形成した後、これを熱処理して自動ド−ピングさせた後、このポリシリコン層を取り除けいても良い。
【００１８】
さらに、他の実施例として、絶縁膜３５を通じて自動ド−ピングする代わりに、Ｎ型不純物を表面にのみイオン注入してＮ型表面層を形成しても良い。なお、これら他の実施の形態においても、勿論、このようにＮ型を表面に形成した後は図３に示したように、絶縁酸化膜３５、遮光用金属膜３１及び保護膜３２を形成する。
【００１９】
以上、詳細に説明した本実施の形態における撮像素子の受光部の構造では、表面にＮまたはＮ⁺ 型の不純物が自動ド−ピングされることにより、受光部は光が入射する表面から深さ方向へＮ（またはＮ⁺ ）−Ｐ⁺ −Ｎ−Ｐ−Ｎ^- の構造としたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、勿論、Ｐ型とＮ型を互いに変えて形成しても同じ効果を期待できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明による撮像素子の受光部の構造では、従来技術のように受光部の表面をＰ⁺ 層のみで保護するのでは無く、Ｐ⁺ 表面にＮ（またはＮ⁺ ）層をさらに形成する。このような構造にすることにより、Ｎ−Ｐ接合層が形成する障壁が大きくなるので、表面のノイズ電荷が受光部に流入されるのをほぼ完璧に遮断する。よって、ホワイト欠陥（Ｗｈｉｔｅ ｄｅｆｅｃｔ）を効率よく抑制し、ＣＣＤ撮像素子の収率を向上させうることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体撮像素子の受光部構造の実施の形態における製造過程のを示す断面図。
【図２】図１に示した製造過程に続く受光部構造の断面を示す断面図。
【図３】図２に示した製造過程に続く受光部構造の断面を示す断面図。
【図４】本発明による固体撮像素子の受光部の概略的なレイアウトを示したレイアウト図。
【図５】本発明による固体撮像素子の受光部の垂直深さと不純物濃度との関係を示すグラフ（Ａ）と、受光部の垂直深さと電位分布との関係を示すグラフ（Ｂ）。
【図６】従来技術における固体撮像素子の受光部構造を示す断面図。
【図７】図６に示した固体撮像素子の受光部の垂直深さと不純物濃度との関係を示すグラフ（Ａ）と、受光部の垂直深さと電位分布との関係を示すグラフ（Ｂ）。
【符号の説明】
２１ Ｎ型基板
２２ Ｐ型ウェル
２３ チャネルストップ層
２４ 垂直ＣＣＤ
２５ ゲ−ト絶縁膜
２６ ゲ−ト電極
２７ フォトダイオ−ド
２８ Ｐ⁺ 層
２９ 受光部窓
３０ 接合層
３５ 絶縁膜

Claims (2)

1. 固体撮像素子の受光部製造方法において、
   第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、前記第２導電型ウェル表面にゲート絶縁膜を形成した後、このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲート電極を形成し、第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオードを形成する第１の工程と、
   前記第１の工程で形成された受光部の表面に、第２導電型不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、前記受光部表面のゲート絶縁膜を取り除く第２の工程と、
   前記第２の工程で露出した表面に第１導電型不純物を含む絶縁膜を蒸着し、この絶縁膜を熱処理してこの膜内にある第１導電型不純物を前記受光部の表面にドーピングし表面に薄い第１導電部と第２導電部の接合面を形成する第３の工程と、
   前記受光部を除く前記絶縁膜上に遮光用金属膜を形成し、この遮光用金属膜を含む表面に保護膜を形成する第４の工程とを有することを特徴とする固体撮像素子の受光部製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、前記受光部の表面のゲート絶縁膜を取り除く領域は、前記受光部の表面に形成された前記高濃度の第２導電層の領域内であることを特徴とする固体撮像素子の受光部製造方法。

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