JP3934718B2 - 固体撮像装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビジョンカメラ等に用いられる固体撮像装置、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像装置は、感光性ターゲット面がCCD(Charge Coupled Device)アレーにより構成されたテレビジョンカメラである。その原理は、入射した光の強さに応じて発生する電子−正孔対のうち、少数キャリヤを蓄積電荷としてCCDの電極の電位の井戸の中に蓄積する。その後、この蓄積電荷をCCDの非感光性の部分に転送し、さらに出力装置に移してビデオ信号に変換する。尚、上記蓄積電荷の転送は、水平及び垂直の帰線期間と同期して行われる。
【0003】
図10を参照して、第1の従来例の固体撮像装置について説明する。
図10は、第1の従来例の固体撮像装置のCCDを示す断面図である。
図10に示すように、n型の基板30内にはp型のウェル部31が設けられ、さらに前記ウェル部31上には絶縁膜32が形成されている。基板30は、過剰電荷を排出するためのドレイン部として機能する。また、ウェル部31内には、絶縁膜32の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するn型の受光部33、前記受光部33の側方に配置されたp型の不純物層34、及び前記受光部33内に蓄積された信号電荷を転送するn型の転送部35が形成されている。以下、上述の構造を縦型OFD(OFDはoverflow drainを示す)構造という。
さらに、ウェル部31内において、受光部33と不純物層34との間には、第1のしきい値電圧(Vt)を制御するためのp型の読み出し制御部36が形成されている。この読み出し制御部36は、受光部33と転送部35の読み出し側とを分離する。また、転送部35の非読み出し側には、チャンネルストッパー37が不純物層34と接して設けられ、転送部35の非読み出し側と隣りの単位セルとを分離している。絶縁膜32と受光部33との間には、暗電流を防止するために、p型の埋め込み拡散層39が形成されている。
第1の導電型電極38が、転送部35、及び読み出し制御部36と対向して絶縁膜32上に設けられている。第1の導電型電極38は、ゲート電極として機能するものであり、受光部33に蓄積された信号電荷を転送部35に転送して読み出す。
この縦型OFD構造を有する第1の従来例では、基板30への印加電圧を変化することにより、受光部33に蓄積された過剰電荷を基板30に排出する。
【0004】
次に、第2の従来例の固体撮像装置について、図11を参照して説明する。
図11は、第2の従来例の固体撮像装置のCCDを示す断面図である。
この第2の従来例と第1の従来例との主な違いは、n型の基板の代わりにp型の基板を用いて、ドレイン部を受光部と隣りの単位セルとの間に配置したことである。
すなわち、図11に示すように、p型の基板40上には、絶縁膜32が設けられている。基板40内には、絶縁膜32の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するn型の受光部33、前記受光部33の側方に配置されたp型の不純物層34、前記受光部33内に蓄積された信号電荷を転送するn型の転送部35、及び受光部33の不純物層34と反対側の側方に配置されたn型のドレイン部42が設けられている。以下、上述の構造を横型OFD構造という。
さらに、基板40内において、受光部33と不純物層34との間には、第1のしきい値電圧(Vt)を制御するためのp型の読み出し制御部36が形成されている。この読み出し制御部36は、受光部33と転送部35の読み出し側とを分離する。また、転送部35の非読み出し側には、チャンネルストッパー37が不純物層34と接して設けられ、転送部35の非読み出し側と隣りの単位セルのドレイン部42とを分離している。受光部33とドレイン部42との間には、第2のしきい値電圧(Vt’)を制御するためのp型の横型過剰電荷制御部41が形成されている。この横型過剰電荷制御部41は、受光部33に蓄積された過剰電荷の読み出しを制御するためのものであり、受光部33とドレイン部42とを分離している。また、暗電流を防止するために、絶縁膜32と受光部33との間には、p型の埋め込み拡散層39が形成されている。
第1の導電型電極38が、転送部35、及び読み出し制御部36と対向して絶縁膜32上に設けられ、第2の導電型電極43が、横型過剰電荷制御部41、及びドレイン部42と対向して絶縁膜32上に設けられている。第1の導電型電極38は、ゲート電極として機能するものであり、受光部33に蓄積された信号電荷を転送部35に転送して読み出す。第2の導電型電極43は、受光部33に蓄積された過剰電荷をドレイン部42に読み出す。
この横型OFD構造を有する第2の従来例では、第2の導電型電極43への印加電圧を変更することにより、受光部33に蓄積された過剰電荷をドレイン部42に排出する。
【0005】
次に、第3の従来例の固体撮像装置について、図12を参照して説明する。
図12は、第3の従来例の固体撮像装置のCCDを示す断面図である。
この第3の従来例と第1の従来例との主な違いは、n型の基板の代わりにp型の基板を用いて、ドレイン部を不純物層を介して転送部の下方に配置したことである。
すなわち、図12に示すように、p型の基板40上には、絶縁膜32が設けられている。基板40内には、絶縁膜32の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するn型の受光部33、前記受光部33の側方に配置されたp型の不純物層34、及び前記受光部33内に蓄積された信号電荷を転送するn型の転送部35が設けられている。さらに、過剰電荷を排出するためのn型の埋め込みドレイン部44が、不純物層34を介して転送部35の下方に形成されている。以下、この構造をBHOD(BHODはburied horizontal overflow drainを示す)構造という。
さらに、基板40内において、受光部33と不純物層34との間には、第1のしきい値電圧(Vt)を制御するためのp型の読み出し制御部36が形成されている。この読み出し制御部36は、受光部33と転送部35の読み出し側とを分離する。また、転送部35の非読み出し側には、チャンネルストッパー37が不純物層34と接して設けられ、転送部35の非読み出し側と隣りの単位セルとを分離している。また、暗電流を防止するために、絶縁膜32と受光部33との間には、p型の埋め込み拡散層39が形成されている。
第1の導電型電極38が、転送部35、及び読み出し制御部36と対向して絶縁膜32上に設けられている。第1の導電型電極38は、ゲート電極として機能するものであり、受光部33に蓄積された信号電荷を転送部35に転送して読み出す。
このBHOD構造を有する第3の従来例では、埋め込みドレイン部44への印加電圧を変更することにより、受光部33に蓄積された過剰電荷を埋め込みドレイン部44に排出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
縦型OFD構造を有する第1の従来例の固体撮像装置では、入射光の長波長側の感度特性が低いという問題点があった。というのは、入射光により生成される信号電荷は、その光の波長が大きくなるほど、受光部33(図10)の受光面から深い位置で生成される。このため、長波長の光により受光部33の深部で生成された信号電荷は、当該受光部33に蓄積されずにn型の基板39(図10)に捕獲、排出されるからである。
また、横型OFD構造を有する第2の従来例の固体撮像装置では、単位セル毎に、p型の横型過剰電荷制御部41(図11)、及びn型のドレイン部42(図11)を受光部33(図11)と隣りの単位セルとの間に設ける必要があった。このため、単位セルの大きさが大きくなり、CCDチップを微細化することが難しいという問題点があった。また、この第2の従来例の固体撮像装置では、単位セル毎に、第1、第2の導電型電極38,43を絶縁膜32(図11)上に設ける必要があるので、単位セルの各面積において、光が物理的に入射できる受光部33上の絶縁膜32の面積(開口面積)の割合が小さかった。このため、CCDチップを微細化した場合、入射光量の低下率が大きく、感度特性が大幅に低下するという問題点があった。
また、BHOD構造を有する第3の従来例の固体撮像装置では、縦型OFD構造を有する第1の従来例のものに比べて長波長側の感度特性を向上し、CCDチップの微細化も容易に行うことができる。しかしながら、受光部33(図12)の深部で生成した信号電荷の半分程度は、n型の埋め込みドレイン部44(図12)に捕獲される恐れがあった。このため、長波長側の感度特性を大幅に向上することができないという問題点があった。
【0007】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、入射光の長波長側の感度特性を大幅に向上し、かつ微細化を容易に行う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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、第1の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に形成され、前記受光部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第1の導電型の埋め込み不純物層を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0009】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高く構成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、より受光部の内部に拡散させることができる。
【0010】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記半導体基板に対する前記ドレイン部の接合深さが、前記半導体基板に対する前記受光部の接合深さより小さくなるように形成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、より受光部の内部に拡散させることができる。
【0011】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記受光部と前記ドレイン部との間に、第1の導電型の埋め込み読み出し制御部を設けている。
このように構成することにより、受光部と埋め込みドレイン部とを確実に分離することができる。
【0012】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記半導体基板内で前記受光部と離して形成した第1の導電型の不純物層と、当該不純物層内に形成され、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する第2の導電型の転送部とを設けて、前記転送部の下方の位置に前記ドレイン部を形成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0013】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0014】
また、他の発明の固体撮像装置は、第1の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積して前記信号電荷を転送する受光転送部、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に形成され、前記受光転送部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第1の導電型の埋め込み不純物層を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0015】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高く構成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、より受光部の内部に拡散させることができる。
【0016】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記受光転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光転送部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記受光転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0017】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、第1の導電型の半導体基板内に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部を形成する受光部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第1の導電型となる不純物を導入することにより、第1の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0018】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記受光部形成工程と前記ドレイン部形成工程との間に、前記半導体基板内に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部内に蓄積された信号電荷を転送する第2の導電型の転送部を形成する転送部形成工程を行う。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0019】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記転送部、前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の少なくとも2つの形成工程において、同一のレジストマスクを用いる。
このように構成することにより、固体撮像装置の製造方法を簡略化することができる。
【0020】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記埋め込み不純物層形成工程の後に、前記受光部と前記転送部との間、及び前記受光部と前記ドレイン部との間に、第1の導電型となる不純物を導入することにより、第1の導電型の読み出し制御部、及び第1の導電型の埋め込み読み出し制御部をそれぞれ形成する。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0021】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記読み出し制御部、及び前記埋め込み読み出し制御部の形成の際に、同一のレジストマスクを用いる。
このように構成することにより、固体撮像装置の製造方法を簡略化することができる。
【0022】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、第1の導電型の半導体基板内に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積して転送する受光転送部を形成する受光転送部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第1の導電型となる不純物を導入することにより、第1の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【0023】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の形成の際に、同一のレジストマスクを用いる。
このように構成することにより、固体撮像装置の製造方法を簡略化することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像装置、及びその製造方法を示す好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【0025】
《第1の実施形態》
図1は、本発明の第1の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図である。
図1において、p型の半導体基板1上には、絶縁膜2が設けられている。半導体として具体的には、厚さ約500μm、比抵抗率約50Ω・cm、濃度2×1014atom/cm3のシリコンウェファが用いられる。半導体基板1内には、絶縁膜2の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するn型の受光部3、前記受光部3の側方に配置されたp型の不純物層4、及び前記受光部3内に蓄積された信号電荷を転送するn型の転送部5が設けられている。さらに、受光部3に蓄積された過剰電荷を排出するために、n型の埋め込みドレイン部6が、不純物層4を介して転送部5の下方に形成されている。尚、受光部3、転送部5、及び埋め込みドレイン部6の濃度の具体例は、それぞれ5×1015〜5×1016atom/cm3、5×1016〜5×1017atom/cm3、及び5×1015〜5×1016atom/cm3である。また、受光部3、不純物層4、転送部5、及び埋め込みドレイン部6の半導体基板1の深部方向での各寸法の具体例は、それぞれ1.0〜2.0μm、0.5〜1.5μm、0.2〜0.7μm、及び0.5〜1.5μmである。
転送部5と埋め込みドレイン部6との間隔(図の”L”にて図示)は、少なくとも受光部3内の過剰電荷を埋め込みドレイン部6で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、転送部5と埋め込みドレイン部6との間でパンチスルーを起こさない距離に設定されている。具体的には、転送部5と埋め込みドレイン部6との間隔は、200nm以上であり、好ましくは500nm程度である。尚、ここでパンチスルーとは、不純物層4が空乏化して転送部5と埋め込みドレイン部6との間にチャンネルが形成される現象をいう。また、過剰電荷は、埋め込みドレイン部6への印加電圧を変化することにより、埋め込みドレイン部6に排出される。
さらに、p型の埋め込み不純物層7が、前記埋め込みドレイン部6の下に形成されている。このことにより、入射光のうち長波長の光により受光部3の深部で生成された信号電荷は、半導体基板1の深部方向(絶縁膜2と反対の方向)、及び埋め込みドレイン部6の方向には拡散せず、n型の受光部3の内部へと選択的に拡散される。その結果、長波長側の感度特性を向上することができる。
また、埋め込み不純物層7にドープされるボロンなどの不純物の濃度を上記半導体基板1の不純物の濃度より高くすることにより、埋め込みドレイン部6へと拡散する確率をなおいっそう低減することができる。具体的には、埋め込み不純物層7の不純物の濃度は、10〜1000倍の範囲が望ましく、具体的には例えば2×1015〜2×1017atom/cm3である。また、埋め込み不純物層7は、深部方向、及び絶縁膜2と平行な方向に、例えば0.2〜0.7μm、及び1〜2μmの寸法で形成される。
さらに、半導体基板1内において、受光部3と不純物層4との間には、第1のしきい値電圧(Vt)を制御するためのp型の読み出し制御部8が形成されている。この読み出し制御部8は、受光部2と転送部5の読み出し側とを分離する。また、転送部5の非読み出し側には、p型のチャンネルストッパー9が不純物層4と接して設けられ、転送部5の非読み出し側と隣りの単位セルとを分離している。また、暗電流を防止するために、p型の埋め込み拡散層11が絶縁膜2と受光部3との間に形成されている。読み出し制御部8、及びチャンネルストッパー9の深部方向での各寸法の具体例は、0.5〜1.5μmである。埋め込み拡散層11は、例えば濃度1×1018〜1×1019atom/cm3であり、深さ方向、及び絶縁膜2と平行な方向にそれぞれ0.1〜0.5μm、及び1.5〜2.5μmの寸法で形成されている。
また、絶縁膜2上には、転送部5、及び読み出し制御部8と対向して、例えばポリシリコンなどの第1の導電型電極10が設けられている。この第1の導電型電極10は、ゲート電極として機能するものであり、受光部3に蓄積された信号電荷を転送部5に転送して読み出す。
【0026】
ここで、入射光の感度特性の計算結果について、図2を参照して説明する。
図2において、相対感度Qは、任意の2つの波長λ1、λ2間の積分を行う下記(1)式により求めた。また、図2の(c)に示す第1の実施形態での計算結果を比較するために、図10に示した縦型OFD構造を有する第1の従来例での計算結果、及び図12に示したBHOD構造を有する第3の従来例での計算結果を図2の(a)、及び図2の(b)にそれぞれ示す。尚、(1)式において、△x△yは受光部3(図1)上の開口面積、すなわち、入射光が物理的に絶縁膜2(図1)を経て受光部3に入射できる絶縁膜2の面積を示し、tは受光部3での入射光の蓄積時間を示している。また、c、λ、及びhは、それぞれ入射光の速度、入射光の波長、及びプランク定数であり、Hλは入射光の強度、η(λ)は量子効率、hc/λはフォトンエネルギーをそれぞれ示している。
【0027】
【数1】
【0028】
縦型OFD構造を有する第1の従来例では、図2の(a)の曲線12に示されるように、相対感度Qは入射光の波長が600nmのときをピークとして、750nmを超えると相対感度Qが0.5以下となり、感度特性が大幅に低下する。BHOD構造を有する第3の従来例では、図2の(b)の曲線13に示されるように、相対感度Qは入射光の波長が620nmのときをピークとして、920nmを超えると相対感度Qが0.5以下となり、感度特性が大幅に低下する。
第1の実施形態では、図2の(c)の曲線14に示されるように、相対感度Qは入射光の波長が680nm〜820nmの範囲の間でほぼピークとなり、1010nmを超えたときに相対感度Qが0.5以下となる。
以上のように、第1の実施の形態のものは、第1の従来例、及び第2の従来例のものに比べて、入射光の感度特性、特に長波長側において感度特性を大幅に向上することができる。このことにより、受光部3上の開口面積を同一とした場合、感度特性は、第1の従来例、及び第2の従来例に比べて約2倍、及び約1.5倍にそれぞれ向上することができる。
【0029】
さらに、第1の実施形態では、n型の埋め込みドレイン部6(図1)を転送部5(図1)の下方に形成しているため、図10に示した横型OFD構造を有する第2の従来例のものに比べて、単位セル当たりの大きさを小さくすることができる。このため、単位セルの大きさを同一とした場合、第2の従来例に比べて受光部3上の開口面積を大きくすることができる。また、このことにより、第2の従来例に比べて物理的な入射光を多くすることができ、単位セル当たりの感度特性を大きくすることができる。また、上記開口面積を同一にした場合、第2の従来例に比べて、ドレイン部の大きさだけCCDチップの面積を小さくすることができ、CCDチップの微細化を容易に行うことができる。
【0030】
《第2の実施形態》
図3は、本発明の第2の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図である。この第2の実施形態では、固体撮像装置のCCDの構成において、p型の半導体基板に対するn型の埋め込みドレイン部の接合深さが、p型の半導体基板に対するn型の受光部の接合深さより小さくなるように、受光部、及び埋め込みドレイン部を半導体基板内に設けた。それ以外の各部は、第1の実施形態と同様であるので、それらの重複した説明は省略する。
すなわち、図3に示すように、p型の半導体基板1の表面と前記表面から深い方の埋め込みドレイン部6の一端6aとの距離である、埋め込みドレイン部6の接合深さを、半導体基板1の表面と前記表面から深い方の受光部3の一端3aとの距離である、受光部3の接合深さよりも小さくして、受光部3、及び埋め込みドレイン部6が半導体基板1内に形成されている。具体的には、埋め込みドレイン部6の接合深さは、1000〜3000nmの範囲が好ましい。また、埋め込みドレイン部6の一端6aと受光部3の一端3aとの距離(図の”D”にて図示)は、500〜2000nm程度が好ましい。
このように構成することにより、第2の実施形態の固体撮像装置では、長波長の光により受光部3の深部で生成された信号電荷を、第1の実施形態のものに比べて、受光部3の内部により多く拡散することができる。その結果、第1の実施形態のものに比べて、長波長側の感度特性を向上することができる。
【0031】
《第3の実施形態》
図4は、本発明の第3の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図である。この第3の実施形態では、固体撮像装置のCCDの構成において、p型の埋め込み読み出し制御部を受光部と埋め込みドレイン部との間に設けた。それ以外の各部は、第1の実施形態と同様であるので、それらの重複した説明は省略する。
すなわち、図4に示すように、p型の埋め込み読み出し制御部15が、受光部3と埋め込みドレイン部6との間に形成されている。この埋め込み読み出し制御部15は、受光部3から過剰電荷を読み出すさいに、埋め込みドレイン部6に電圧が印加されるが、その第2のしきい値電圧(Vt’)を制御するためのものであり、受光部3と埋め込みドレイン部6とを分離している。
このように構成することにより、受光部3と埋め込みドレイン部6とを確実に分離することができる。このため、長波長の光により受光部3の深部で生成された信号電荷を、第1の実施形態のものに比べて、受光部3の内部により多く、かつより確実に拡散することができる。その結果、第1の実施形態のものに比べて、長波長側の感度特性を向上することができる。さらに、受光部3に蓄積された過剰電荷の排出を、第1の実施形態のものに比べて、より確実に行うことができる。
【0032】
<製造方法>
次に、本実施形態の製造方法について、図5、及び図6を参照して説明する。図5、及び図6は、図4に示したCCDの製造方法を示す製造工程順の断面図である。
図5の(a)に示すように、不純物としてボロンなどを含むp型の半導体基板1内に、リンなどのn型の不純物を注入することにより、受光部3を形成する。その後、イオン注入法により受光部3の側方にp型の不純物層4を形成し、さらにレジストマスク16を用いてn型の不純物を注入することにより、p型の不純物層4内に転送部5を形成する。
続いて、図5の(b)に示すように、転送部5の形成の際に使用したレジストマスク16を用いて、転送部5、及び不純物層4よりも深い半導体基板1の領域にn型の埋め込みドレイン部6をイオン注入法により形成する。さらに、上記レジストマスク16をそのまま用いて、埋め込みドレイン部6よりも深い半導体基板1の領域にp型の埋め込み不純物層7をイオン注入法を用いて形成する。
このように、同一のレジストマスク16を使用して、転送部5、埋め込みドレイン部6、及び埋め込み不純物層7を形成しているので、固体撮像装置の製造工程数を削減し、固体撮像装置の製造を簡略化することができる。
次に、図5の(c)に示すように、受光部3と転送部5の非読み出し側との間にp型のチャンネルストッパー9を形成した後、受光部3と転送部5の読み出し側との間にレジストマスク16’を用いてp型の不純物を注入することにより、p型の読み出し制御部8を形成する。
尚、この工程後に、レジストマスク16’を取り除いて半導体基板1の表面上に絶縁膜、及び導電型電極の形成を行い、さらにp型の埋め込み拡散層を絶縁膜と受光部との間に形成することにより、第1、及び第2の実施形態の固体撮像装置を製造することができる。
【0033】
続いて、図6の(a)に示すように、上記読み出し制御部8の形成の際に使用したレジストマスク16’をそのまま用いて、受光部3と埋め込みドレイン部6との間にp型の埋め込み読み出し制御部15をイオン注入法により形成する。
このように、同一のレジストマスク16’を使用して、読み出し制御部8、及び埋め込み読み出し制御部15を形成しているので、固体撮像装置の製造工程数を削減し、固体撮像装置の製造を簡略化することができる。
続いて、図6の(b)に示すように、レジストマスク16’を取り除いた後に、熱酸化法により、SiO2の絶縁膜2を形成する。その後、例えば原料ガスとしてシランガスを用いて800〜900℃の温度条件により行う化学蒸着法により、ポリシリコンの導電型電極10を形成する。そして、受光部3と絶縁膜2との間に、イオン注入法により、p型の埋め込み拡散層11を形成する。尚、絶縁膜2として、SiO2とSiNとを積層したものを用いてもよい。
【0034】
《第4の実施形態》
図7は、本発明の第4の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図である。この第4の実施形態では、固体撮像装置のCCDの構成において、入射光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積し、かつ当該信号電荷を転送するn型の受光転送部を半導体基板内に設けて、導電型電極を絶縁膜の全面上に設けた。それ以外の点は、第1の実施形態と同様であるので、それらの重複した説明は省略する。
すなわち、図7に示すように、p型の半導体基板1内には、入射光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積し、当該信号電荷を転送するn型の受光転送部17、及び同受光転送部17の横に配置されたチャンネルストッパー9が形成されている。さらに、受光転送部17に蓄積された過剰電荷を排出するために、n型の埋め込みドレイン部6が、チャンネルストッパー9の下方に形成されている。
受光転送部17と埋め込みドレイン部6との最短距離は、少なくとも受光転送部17内の過剰電荷を埋め込みドレイン部6で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、受光転送部17と埋め込みドレイン部6との間でパンチスルーを起こさない間隔に設定されている。具体的には、受光転送部17と埋め込みドレイン部6との最短距離は、200nm以上であり、好ましくは500nm程度である。尚、ここでパンチスルーとは、受光転送部17と埋め込みドレイン部6との間の半導体基板1が空乏化して受光転送部17と埋め込みドレイン部6との間にチャンネルが形成される現象をいう。また、過剰電荷は、埋め込みドレイン部6への印加電圧を変化することにより、埋め込みドレイン部6に排出される。
さらに、p型の埋め込み不純物層7が、前記埋め込みドレイン部6の下に形成されている。このことにより、入射光のうち長波長の光により受光転送部17の深部で生成された信号電荷は、半導体基板1の深部方向(絶縁膜2と反対の方向)、及び埋め込みドレイン部6の方向には拡散せず、n型の受光転送部17の内部へと選択的に拡散される。その結果、長波長側の感度特性を向上することができる。 また、絶縁膜2上には、その全面に渡って、第2の導電型電極10’が設けられている。この第2の導電型電極10’は、ゲート電極として機能するものであり、受光転送部17に蓄積された信号電荷を転送する。
このように構成することにより、p型の読み出し制御部を設けることなく固体撮像装置を構成することができるので、上述の第1〜第3の実施形態のものに比べて、単位セルの大きさを小さくすることができる。
【0035】
<製造方法>
次に、本実施形態の製造方法について、図8を参照して説明する。
図8は、図7に示したCCDの製造方法を示す製造工程順の断面図である。
図8の(a)に示すように、不純物としてボロンなどを含むp型の半導体基板1内に、リンなどのn型の不純物を注入することにより、受光転送部17を形成する。その後、レジストマスク18を用いてp型の不純物を注入することにより、2つの受光転送部17の間にチャンネルストッパー9を形成する。
続いて、図8の(b)に示すように、チャンネルストッパー9の形成の際に使用したレジストマスク18を用いて、チャンネルストッパー9よりも深い半導体基板1の領域にn型の埋め込みドレイン部6をイオン注入法により形成する。さらに、上記レジスマスク18をそのまま用いて、埋め込みドレイン部6よりも深い半導体基板1の領域にp型の埋め込み不純物層7をイオン注入法を用いて形成する。
このように、同一のレジストマスク18を使用して、チャンネルストッパー9、埋め込みドレイン部6、及び埋め込み不純物層7を形成しているので、固体撮像装置の製造工程数を削減し、固体撮像装置の製造を簡略化することができる。次に、図8の(c)に示すように、レジストマスク18を取り除いた後に、熱酸化法などにより、SiO2の絶縁膜2を形成する。その後、化学蒸着法などにより、ポリシリコンなどの導電型電極10’を形成する。
【0036】
上述の第1〜第4の実施形態では、p型の半導体基板内に、n型の受光部、転送部、埋め込みドレイン部、及び受光転送部を設け、かつp型の埋め込み不純物層を設けた構成について説明をした。これらの説明以外に、n型の半導体基板内に、p型の受光部、転送部、埋め込みドレイン部、及び受光転送部を設け、かつn型の埋め込み不純物層を設けた構成においても上記第1〜第4の実施形態と同様の効果が認められる。
また、上記第1〜第3の実施の形態では、n型の埋め込みドレイン部を、p型の不純物層を介して転送部の下方に形成した場合において説明を行ったが、受光部の下方以外の半導体基板の領域に埋め込みドレイン部を形成する場合、例えばチャンネルストッパーの下方に形成する場合でも、同様の効果が認められる。
また、図9に示す第5の実施形態のように、n型の受光部の代わりに、絶縁膜2’と電極19を有するp型のMOS型フォトダイオード20を用いた構成でも同様の効果が認められる。
また、本発明の製造方法において、半導体基板内に固体撮像装置の各構成要素をイオン注入法により形成したが、熱拡散法等の他の方法を用いて構成した場合でも同様の効果が認められる。
【0037】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、埋め込み不純物層が、埋め込みドレイン部の下に形成されている。このことにより、入射光のうち長波長の光により受光部の深部で生成された信号電荷は、半導体基板の深部方向(絶縁膜と反対の方向)、及び埋め込みドレイン部の方向には拡散せず、n型の受光部の内部へと選択的に拡散される。その結果、長波長側の感度特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図2】入射光の波長と相対感度との関係を示すグラフ。
【図3】本発明の第2の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図4】本発明の第3の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図5】図4に示したCCDの製造方法を示す製造工程順の断面図。
【図6】図4に示したCCDの製造方法を示す製造工程順の断面図。
【図7】本発明の第4の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図8】図7に示したCCDの製造方法を示す製造工程順の断面図。
【図9】本発明の第5の実施形態である固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図10】第1の従来例の固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図11】第2の従来例の固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【図12】第3の従来例の固体撮像装置のCCDを示す断面図。
【符号の説明】
1 半導体基板
3 受光部
5 転送部
6 埋め込みドレイン部
7 埋め込み不純物層
8 読み出し制御部
15 埋め込み読み出し制御部
17 受光転送部
16、16’、18 レジストマスク
Claims (20)
- 第1の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に形成され、前記受光部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第1の導電型の埋め込み不純物層
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記受光部が第2の導電型であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の導電型がp型であり、前記第2の導電型がn型であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高いことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記半導体基板に対する前記ドレイン部の接合深さが、前記半導体基板に対する前記受光部の接合深さより小さくなるように形成したことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記受光部と前記ドレイン部との間に、第1の導電型の埋め込み読み出し制御部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記半導体基板内で前記受光部と離して形成した第1の導電型の不純物層と、当該不純物層内に形成され、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する第2の導電型の転送部とを設けて、前記転送部の下方の位置に前記ドレイン部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定したことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。
- 第1の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積して前記信号電荷を転送する受光転送部、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に形成され、前記受光転送部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第1の導電型の埋め込み不純物層
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記受光転送部が第2の導電型であることを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の導電型がp型であり、前記第2の導電型がn型であることを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
- 前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高いことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
- 前記受光転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光転送部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記受光転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定したことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
- 第1の導電型の半導体基板内に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部を形成する受光部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第1の導電型となる不純物を導入す ることにより、第1の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記受光部形成工程と前記ドレイン部形成工程との間に、前記半導体基板内に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部内に蓄積された信号電荷を転送する第2の導電型の転送部を形成する転送部形成工程を行うことを特徴とする請求項14に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記転送部、前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の少なくとも2つの形成工程において、同一のレジストマスクを用いることを特徴とする請求項15に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記埋め込み不純物層形成工程の後に、前記受光部と前記転送部との間、及び前記受光部と前記ドレイン部との間に、第1の導電型となる不純物を導入することにより、第1の導電型の読み出し制御部、及び第1の導電型の埋め込み読み出し制御部をそれぞれ形成することを特徴とする請求項15に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記読み出し制御部、及び前記埋め込み読み出し制御部の形成の際に、同一のレジストマスクを用いることを特徴とする請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 第1の導電型の半導体基板内に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積して転送する受光転送部を形成する受光転送部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に、第2の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第2の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第1の導電型となる不純物を導入することにより、第1の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の形成の際に、同一のレジストマスクを用いることを特徴とする請求項19に記載の固体撮像装置の製造方法。
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