JPH04254379A - 固体撮像装置の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置、例えば
ＣＣＤ固体撮像装置の製法に関し、特に、フォトダイオ
ードが形成される受光部と該受光部からの電荷を蓄積転
送させるレジスタの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＣＤ固体撮像装置の製法を図６
で示す工程ブロック図及び図７〜図９で示す製造工程図
に基いて説明する。まず、図６のステップＳ１及び図７
Ａに示すように、Ｎ型のシリコン基板２１上にＰ型のウ
ェル領域２２を介して形成されたＮ型のウェル領域２３
上に熱酸化膜２４を形成したのち、該熱酸化膜２４上に
レジストマスク２５を形成し、その後、レジストマスク
２５の窓２５ａを介してＰ型の不純物をウェル領域２３
のチャンネル・ストッパ領域となる部分に選択的にイオ
ン注入する。

【０００３】次に、図６のステップＳ２及び図７Ｂに示
すように、上記レジストマスク２５を除去したのち、熱
酸化膜２４上に別のレジストマスク２６を形成し、その
後、レジストマスク２６の窓２６ａを介してＮ型の不純
物をウェル領域２３の垂直レジスタとなる部分に選択的
にイオン注入する。

【０００４】次に、図６のステップＳ３及び図７Ｃに示
すように、上記レジストマスク２６を除去したのち、熱
酸化膜２４上に多結晶シリコン層を形成し、その後、該
多結晶シリコン層をパターニングして転送ゲート２７を
形成する。ここで、この転送ゲート２７が形成されてい
ない部分が後に受光部となる。

【０００５】次に、図６のステップＳ４及び図８Ａに示
すように、転送ゲート２７をマスクとしてフォトダイオ
ード形成用のＮ型の不純物をウェル領域２３の受光部と
なる部分に選択的にイオン注入する。

【０００６】次に、図６のステップＳ５及び図８Ｂに示
すように、窒素雰囲気中で熱処理を行って、ウェル領域
２３に導入した不純物を拡散、活性化させる。この熱処
理によって、ウェル領域２３中にチャンネル・ストッパ
領域２８、垂直レジスタ２９及び受光部３０が夫々形成
される。尚、この熱処理は、上記各種不純物のイオン注
入によって生じる結晶欠陥の回復をも兼ねる。

【０００７】次に、図６のステップＳ６及び図８Ｃに示
すように、転送ゲート２７をマスクとしてＰ型の不純物
を受光部３０の表面に選択的にイオン注入する。

【０００８】その後、図６のステップＳ７及び図９に示
すように、再び窒素雰囲気中で熱処理して、上記の如く
導入されたＰ型の不純物を拡散、活性化させて受光部３
０の表面部分に正電荷蓄積領域３１を形成する。その後
は、図示しないが、転送ゲート２７上に層間膜を介して
遮光用のＡｌ膜が形成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＣＣＤ固体撮
像装置の画像欠陥の１つである白点キズは、受光部３０
における結晶欠陥からの少数キャリアの発生によること
が１つの要因であり、この少数キャリアの発生は、結晶
欠陥部分における電界の強さに依存し、その電界強度を
弱めるほど白点キズの発生が少なくなるということが知
られている。

【００１０】ところで、上記従来の製法で作製したＣＣ
Ｄ固体撮像装置の場合、その受光部３０における不純物
の濃度分布をみると、図１１Ａに示すように、正電荷蓄
積領域３１と受光部３０との接合面ａにおいて、高濃度
のＰ型不純物と高濃度のＮ型不純物同士が対峙したかた
ちとなっている。従って、その部分のポテンシャルをみ
ると、図１１Ｂに示すように、ほぼ縦軸に沿って急峻と
なっており、その結果、受光部の電界強度分布は、図１
１Ｃに示すように、上記接合面ａの部分をピークとした
鋭尖状の分布となっており、そのピーク値Ｐ１　は、非
常に高い電界強度となっている。このことから、従来の
ＣＣＤ固体撮像装置においては、白点キズが発生し易い
という不都合がある。

【００１１】そこで、上記不都合を回避するために、従
来では、図６のステップＳ５及び図８Ｂで示す熱処理時
、１０００℃以上で数１００分以上の長時間の熱処理を
行うようにしている。この長時間の熱処理によって、図
１０に示すように、受光部３０を構成する不純物の拡散
が更に進んで上記従来例の場合よりも比較的低濃度の受
光部３０が形成される。従って、図１２Ａに示すように
、この受光部３０の不純物濃度分布は、正電荷蓄積領域
３１と受光部３０との接合面ａにおいて、高濃度のＰ型
不純物と比較的低濃度のＮ型不純物が対峙するかたちと
なるため、図１２Ｂに示すように、上記接合面ａでのポ
テンシャルは、緩やかな傾斜を描くことになる。その結
果、上記接合面ａでの電界強度分布は、図１２Ｃに示す
ように、接合面ａの部分をピークとする比較的緩やかな
山状の分布となる。この分布のピーク値Ｐ２　は、図１
１Ｃで示すピーク値Ｐ１　よりも充分低い値となってい
る。このことから、上記長時間の熱処理によって、白点
キズの発生を抑制することができる。

【００１２】しかし、上記長時間の熱処理は、転送ゲー
ト２７下のチャンネル・ストッパ領域２８及び垂直レジ
スタ２９（並びに水平レジスタ）の不純物濃度分布に影
響を与え、特に、図１０に示すように、Ｐ型のチャンネ
ル・ストッパ領域２８が上記長時間の熱処理によって、
横方向に増速拡散し、それに伴って、垂直レジスタ２９
のチャンネル幅Ｗが狭くなり、取扱い電荷量の低下を招
くという不都合が生じる。取扱い電荷量の低下を防ぐに
は、予め垂直レジスタ２９のチャンネル幅Ｗを広くとる
という方法が考えられるが、ＣＣＤ固体撮像装置の微細
化に対する１つの制限要因となるため、採用することは
できない。

【００１３】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、転送ゲート下のチャ
ンネル・ストッパ領域及び垂直レジスタ（並びに水平レ
ジスタ）の不純物濃度分布に影響を与えることなく、受
光部を構成する不純物拡散領域の低濃度化が達成でき、
取扱い電荷量の低下を招くことなく、白点キズの低減化
を図ることができる固体撮像装置の製法を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
製法は、受光部１０となる部分にフォトダイオード形成
用の第１導電型の不純物を選択的に導入した後、非酸化
性雰囲気で熱処理し、その後、酸化性雰囲気で熱処理し
た後、正電荷蓄積領域１１形成用の第２導電型の不純物
を選択的に導入する。

【００１５】

【作用】上述の本発明の製法によれば、フォトダイオー
ド形成用の第１導電型の不純物を導入した後に、非酸化
性雰囲気で熱処理し、その後、酸化性雰囲気で熱処理す
るようにしたので、全体の熱処理に係る時間を短時間で
済ますことが可能となる。即ち、正電荷蓄積領域１１と
受光部１０との接合面ａにおけるＮ型の不純物濃度を短
時間の熱処理で低下させることが可能となる。従って、
転送ゲート７下のチャンネル・ストッパ領域８及び垂直
レジスタ９（並びに水平レジスタ）の不純物濃度分布に
影響を与えることなく、上記接合面ａにおける最大電界
強度を低減させることができ、受光部１０での結晶欠陥
より発生する少数キャリアの量を減少させることが可能
となる。このことは、取扱い電荷量の低下を招くことな
く、白点キズの低減化を図ることにつながる。

【００１６】

【実施例】以下、図１〜図５を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図１は、本実施例に係るＣＣＤ固体撮
像装置の製法を示す工程ブロック図、図２〜図４は、そ
の製造工程図である。以下、本例に係るＣＣＤ固体撮像
装置の製法を図１及び図２〜図４に基いて順次説明する
。

【００１７】まず、図１のステップＳ１及び図２Ａに示
すように、Ｎ型のシリコン基板１上にＰ型のウェル領域
２を介して形成されたＮ型のウェル領域３上に熱酸化膜
４を形成したのち、該熱酸化膜４上にレジストマスク５
を形成し、その後、レジストマスク５の窓５ａを介して
Ｐ型の不純物を上記ウェル領域３のチャンネル・ストッ
パ領域となる部分に熱酸化膜４を通して選択的にイオン
注入する。

【００１８】次に、図１のステップＳ２及び図２Ｂに示
すように、上記レジストマスク５を除去したのち、熱酸
化膜４上に別のレジストマスク６を形成し、その後、レ
ジストマスク６の窓６ａを介してＮ型の不純物をウェル
領域３の垂直レジスタとなる部分に熱酸化膜４を通して
選択的にイオン注入する。

【００１９】次に、図１のステップＳ３及び図２Ｃに示
すように、上記レジストマスク６を除去したのち、熱酸
化膜上４に多結晶シリコン層を形成し、その後、該多結
晶シリコン層をパターニングして転送ゲート７を形成す
る。ここで、この転送ゲート７が形成されていない部分
が後に受光部となる。

【００２０】次に、図１のステップＳ４及び図３Ａに示
すように、転送ゲート７をマスクとしてフォトダイオー
ド形成用のＮ型の不純物を、上記ウェル領域３の受光部
となる部分に熱酸化膜４を通して選択的にイオン注入す
る。

【００２１】次に、図１のステップＳ５及び図３Ｂに示
すように、窒素雰囲気中で熱処理を行って、上記ウェル
領域３中に導入したＰ型及びＮ型の不純物を拡散、活性
化させる。この熱処理は、本例では、温度９５０〜１０
００℃，時間数１０分で行う。この熱処理によって、上
記ウェル領域３中にＰ型のチャンネル・ストッパ領域８
、Ｎ型の垂直レジスタ９及びＮ型の受光部１０が夫々形
成される。このとき、図示する如く、転送ゲート７下に
チャンネル・ストッパ領域８及び垂直レジスタ９が配さ
れたかたちとなる。尚、この熱処理は、上記各種不純物
のイオン注入によってウェル領域３表面に生じる結晶欠
陥の回復をも兼ねる。

【００２２】次に、図１のステップＳ６及び図２Ｃに示
すように、酸素雰囲気中で熱処理を行う。この熱処理に
より、受光部１０内のＮ型不純物を増速拡散させて、受
光部１０の不純物濃度を低下させる。この熱処理は、本
例では、温度約１０００℃，時間約３０分で行う。この
とき、受光部１０以外のチャンネル・ストッパ領域８及
び垂直レジスタ９（並びに水平レジスタ）は、転送ゲー
ト７によって遮蔽されているため、横方向への増速拡散
は行われない。また、受光部１０の増速拡散も横方向で
はなく主に縦方向に行われる。

【００２３】但し、この熱処理は酸素雰囲気で行われる
ため、受光部１０上の熱酸化膜４が更に成長し、後の不
純物のイオン注入（即ち、正電荷蓄積領域を形成するた
めのイオン注入）に支障を来すおそれがある。従って、
図１のステップＳＥ（括弧書き内参照）に示すように、
上記熱処理を行う前に予め受光部１０上の熱酸化膜４を
除去（エッチオフ）しておくことが好ましい。また、こ
の熱処理によって、受光部１０上に形成される熱酸化膜
４の厚みが約３００〜４００Åとなるように、酸素ガス
中に窒素（Ｎ２　）やアルゴン（Ａｒ）等を混合させて
酸素の濃度を調整しておくことが好ましい。ここで、上
記ステップＳ５及びこのステップＳ６で行われる熱処理
のトータル時間は、約１時間程度となり、従来の数１０
０分以上の熱処理時間と比べ非常に短時間となる。

【００２４】次に、図１のステップＳ７及び図４Ａに示
すように、転送ゲート１０をマスクとしてＰ型の不純物
を受光部１０の表面に熱酸化膜４を通して選択的にイオ
ン注入する。

【００２５】その後、図１のステップＳ８及び図４Ｂに
示すように、再び窒素雰囲気中で熱処理して、上記の如
く導入されたＰ型の不純物を拡散、活性化させて受光部
１０の表面部分に正電荷蓄積領域１１を形成する。その
後は、図示しないが、転送ゲート１０上に層間膜を介し
て遮光用のＡｌ膜を形成することにより、本例に係るＣ
ＣＤ固体撮像装置を得る。

【００２６】次に、上記ステップＳ６における熱処理の
作用、即ち該熱処理による受光部１０での不純物濃度の
変化並びに電界強度の変化をみると、まず、図５Ａに示
すように、上記ステップＳ５で示す窒素雰囲気中での熱
処理のみの場合（これは、図６及び図７〜図９で示す従
来の製法に相当する）、正電荷蓄積領域１１と受光部１
０との接合面ａにおいて、高濃度の不純物同士が対峙し
たかたちの分布となるが（曲線■参照）、上記ステップ
Ｓ６の短時間の熱処理（酸素雰囲気中での熱処理）を行
うことにより、受光部１０における不純物の濃度が低下
し、曲線■に示すように、全体になだらかになり、上記
接合面ａにおいては、高濃度の不純物と低濃度の不純物
とが対峙したかたちの分布になる。それに伴い、図５Ｂ
の曲線■に示すように、上記接合面ａにおけるポテンシ
ャル分布も曲線■で示す窒素雰囲気中での熱処理のみの
場合と異なり、右下がりの傾斜を有する緩やかな分布と
なる。

【００２７】その結果、図５Ｃの曲線■に示すように、
上記接合面ａにおける電界強度分布は、曲線■で示す窒
素雰囲気中での熱処理のみの場合のピーク値Ｐ１　より
も低いピーク値Ｐ３　を極大とする山状の分布となり、
最大電界強度がより低減化される。この分布は、図１２
Ｃで示す窒素雰囲気中で長時間の熱処理を行った場合の
電界強度分布とほぼ同じであるが、本例の場合、短時間
による熱処理のため、図３Ｃ又は図４Ｂに示すように、
受光部１０以外のチャンネル・ストッパ領域８及び垂直
レジスタ９（並びに水平レジスタ）の横方向への増速拡
散はなく、垂直レジスタ９のチャンネル幅Ｗが隣接する
チャンネル・ストッパ領域８によって、圧迫されるとい
うことがない。

【００２８】上述のように、本例によれば、フォトダイ
オード形成用のＮ型の不純物を導入した後に、窒素（非
酸化性）雰囲気で熱処理し、その後、酸素（酸化性）雰
囲気で熱処理するようにしたので、全体の熱処理にかか
る時間を短時間で済ますことが可能となり、正電荷蓄積
領域１１と受光部１０との接合面ａにおけるＮ型の不純
物濃度を短時間の熱処理で低下させることが可能となる
。従って、転送ゲート７下のチャンネル・ストッパ領域
８及び垂直レジスタ９（並びに水平レジスタ）の不純物
濃度分布に影響を与えることなく、上記接合面ａにおけ
る最大電界強度を低減させることができ、受光部１０で
の結晶欠陥より発生する少数キャリアの量を減少させる
ことが可能となる。従って、本例では、取扱い電荷量の
低下を招くことなく、白点キズの低減化を有効に図るこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置の製法によれ
ば、転送ゲート下のチャンネル・ストッパ領域及び垂直
レジスタ（並びに水平レジスタ）の不純物濃度分布に影
響を与えることなく、受光部を構成する不純物拡散領域
の低濃度化が達成でき、取扱い電荷量の低下を招くこと
なく、白点キズの低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示
す工程ブロック図。

【図２】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示
す製造工程図（その１）。

【図３】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示
す製造工程図（その２）。

【図４】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示
す製造工程図（その３）。

【図５】Ａは本実施例に係る受光部の深さに対する不純
物濃度分布を示す特性図。 Ｂは本実施例に係る受光部の深さに対するポテンシャル
分布を示す特性図。 Ｃは本実施例に係る受光部の深さに対する電界強度分布
を示す特性図。

【図６】従来例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示す
工程ブロック図。

【図７】従来例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示す
製造工程図（その１）。

【図８】従来例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製法を示す
製造工程図（その２）。

【図９】従来例の製法に係るＣＣＤ固体撮像装置を示す
構成図。

【図１０】他の従来例の製法に係るＣＣＤ固体撮像装置
を示す構成図。

【図１１】Ａは従来例に係る受光部の深さに対する不純
物濃度分布を示す特性図。 Ｂは従来例に係る受光部の深さに対するポテンシャル分
布を示す特性図。 Ｃは従来例に係る受光部の深さに対する電界強度分布を
示す特性図。

【図１２】Ａは他の従来例に係る受光部の深さに対する
不純物濃度分布を示す特性図。 Ｂは他の従来例に係る受光部の深さに対するポテンシャ
ル分布を示す特性図。 Ｃは他の従来例に係る受光部の深さに対する電界強度分
布を示す特性図。

【符号の説明】

１　　シリコン基板 ２　　Ｐ型のウェル領域 ３　　Ｎ型のウェル領域 ４　　熱酸化膜 ５，６　　レジストマスク ７　　転送ゲート ８　　チャンネル・ストッパ領域 ９　　垂直レジスタ １０　　受光部 １１　　正電荷蓄積領域 ａ　　接合面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　受光部となる部分にフォトダイオード
   形成用の第１導電型の不純物を選択的に導入する工程と
   、非酸化性雰囲気で熱処理する工程と、酸化性雰囲気で
   熱処理する工程と、正電荷蓄積領域形成用の第２導電型
   の不純物を選択的に導入する工程とを有する固体撮像装
   置の製法。