JPH0645583A - Manufacturing method of semiconductor device and solid image pick-up device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device and solid image pick-up device

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JPH0645583A
JPH0645583A JP5048914A JP4891493A JPH0645583A JP H0645583 A JPH0645583 A JP H0645583A JP 5048914 A JP5048914 A JP 5048914A JP 4891493 A JP4891493 A JP 4891493A JP H0645583 A JPH0645583 A JP H0645583A
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diffusion layer
photodiode
fluorine
semiconductor substrate
ion implantation
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玄秀 布施
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Abstract

PURPOSE:To reduce the interface level density while suppressing the level of defects caused by implantation. CONSTITUTION:An insulating film 22 is formed on a P-type silicon substrate 21. Later, a resist pattern 23 is formed on the insulating film 22. Next, phosphorus ions 24 are implanted using the resist pattern 23 as a mask. Later, the resist pattern 23 is formed again on the insulating film 22 to be doped with boron ions for the formation of a channel stopper region 26 and then another insulating film 27 is formed again. Later, a deposited oxide film 28 is formed on the region excluding the region to form a photodiode 25 thereon. Next, the whole surface is doped with boron ions 29 using the deposited oxide film 28 as a mask. Finally, the whole surface of the silicon substrate 21 is continuously doped with fluorine ion beams 31.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン超LSIに形
成されるフォトダイオードの洩れ電流を改善するための
半導体装置の製造方法と固体撮像装置およびその製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, a solid-state image pickup device and a method of manufacturing the same for improving a leakage current of a photodiode formed in a silicon VLSI.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を電気的な信号に変換するために、一
般にフォトダイオードが用いられている。シリコン基板
に形成されたフォトダイオードは、電気的な信号に変換
された信号がシリコン基板を伝って洩れていく。この洩
れた信号を暗電流と呼んでいる。暗電流が増えると、低
光量で使用する場合に光の量に相当しない異常レベルの
信号成分が発生し正常な素子として使用できなくなる。
暗電流の生じる原因としてシリコン表面の界面準位密度
やプロセス誘起欠陥と考えられている。そこでこの暗電
流を抑えるために、シリコン基板表面の界面準位密度や
結晶欠陥の影響を防ぐことが必要である。そのためにフ
ォトダイオードの表面に、フォトダイオードと反対導電
型の不純物層を形成する。これによって素子に電圧が印
加された際、フォトダイオードから延びる空乏化領域が
表面側に延びないようにする。
2. Description of the Related Art Photodiodes are commonly used to convert light into electrical signals. In the photodiode formed on the silicon substrate, a signal converted into an electric signal leaks through the silicon substrate. This leaked signal is called dark current. If the dark current increases, a signal component of an abnormal level that does not correspond to the amount of light is generated when used in a low light amount, and it cannot be used as a normal element.
It is considered that the cause of the dark current is the interface state density of the silicon surface and process-induced defects. Therefore, in order to suppress this dark current, it is necessary to prevent the effects of interface state density and crystal defects on the surface of the silicon substrate. Therefore, an impurity layer having a conductivity type opposite to that of the photodiode is formed on the surface of the photodiode. This prevents the depletion region extending from the photodiode from extending to the surface side when a voltage is applied to the device.

【0003】この従来の方法について図14と図15を
用いて説明をする。P型シリコン基板1上には、シリコ
ン酸化膜あるいは窒化シリコンを含む酸化膜2が形成さ
れている。酸化膜2上にマスク3が形成されている。こ
のマスク3の所定位置を開口した後、選択的にリンイオ
ンビーム4を注入する。そして熱処理により特性に応じ
た深さにまでリンイオンを拡散する。このリンイオン注
入によってフォトダイオード5となる比較的薄い濃度の
N型拡散層を形成する。
This conventional method will be described with reference to FIGS. 14 and 15. A silicon oxide film or an oxide film 2 containing silicon nitride is formed on a P-type silicon substrate 1. A mask 3 is formed on the oxide film 2. After opening the mask 3 at a predetermined position, the phosphorus ion beam 4 is selectively implanted. Then, by heat treatment, phosphorus ions are diffused to a depth according to the characteristics. By this phosphorus ion implantation, a relatively thin N-type diffusion layer to be the photodiode 5 is formed.

【0004】さらに、図15に示すように表面にP型拡
散層6をボロンイオンビーム7を注入することによって
形成する。
Further, as shown in FIG. 15, a P-type diffusion layer 6 is formed on the surface by implanting a boron ion beam 7.

【0005】さらにその上に酸化膜や電極、金属配線を
形成し所望の構造の素子とする。この素子の一例とし
て、CCD(charge coupled device)型の固体撮像素子
のフォトダイオードと読出し部の断面構造を図16に示
す。シリコン基板10にP型のウェル11を形成し、そ
の中にフォトダイオード12と転送チャンネル13が形
成されている。シリコン基板10上にゲート絶縁膜14
が形成されている。転送チャンネル13上にゲート絶縁
膜14を介して転送ゲート電極15が形成されている。
転送ゲート電極15上に絶縁膜16が形成されている。
その上に金属配線17を形成する。さらにその上に平坦
化膜18が形成されている。そしてその上に色フィルタ
ー19を形成し、その上に樹脂材料のマイクロレンズ2
0を形成する。
Further, an oxide film, an electrode, and a metal wiring are formed thereon to form an element having a desired structure. As an example of this element, FIG. 16 shows a cross-sectional structure of a photodiode and a readout section of a CCD (charge coupled device) type solid-state imaging element. A P-type well 11 is formed on a silicon substrate 10, and a photodiode 12 and a transfer channel 13 are formed therein. A gate insulating film 14 is formed on the silicon substrate 10.
Are formed. A transfer gate electrode 15 is formed on the transfer channel 13 via a gate insulating film 14.
An insulating film 16 is formed on the transfer gate electrode 15.
Metal wiring 17 is formed thereon. Further, a flattening film 18 is formed thereon. Then, a color filter 19 is formed on it, and a microlens 2 made of a resin material is formed on the color filter 19.
Form 0.

【0006】このような構造でマイクロレンズ20で集
光された光がフォトダイオード12に電子を蓄積して転
送ゲート電極13に読出しのための電圧を印加する。こ
れによって電子をフォトダイオード12から転送チャン
ネル13へ読み出す。このフォトダイオード12を縦横
に複数個配列して画像を作ることができる。このときフ
ォトダイオード12の表面にP型拡散層21が形成され
ている。N型拡散層のフォトダイオード12がシリコン
基板10とゲート絶縁膜14との界面に接して形成され
ていると、界面に存在する界面準位の影響でリーク電流
が発生する。これによって、固体撮像素子の特性劣化を
生じる。しかし、P型拡散層21の不純物濃度を通常の
イオン注入法によって導入しようとすると、イオン注入
によって、シリコン基板10表面に注入欠陥が発生し、
リーク電流の原因となる。この結果、リーク電流の発生
を防ごうとしているにもかかわらず、十分な改善効果が
えられない。このようなイオン注入による注入欠陥の発
生を防止するためには、水素アニールを行う方法が効果
的である。しかし、水素アニールによりシリコン基板1
0中に導入された水素原子は、シリコン基板10に熱や
光が加わると水素原子がシリコンとゲート絶縁膜14と
の界面から抜け出す。このため、素子の安定性が悪くな
る。ひいては製作された素子の長時間放置後の信頼性に
問題が生じる。
With such a structure, the light condensed by the microlens 20 accumulates electrons in the photodiode 12 and applies a voltage for reading to the transfer gate electrode 13. As a result, electrons are read out from the photodiode 12 to the transfer channel 13. An image can be formed by arranging a plurality of the photodiodes 12 vertically and horizontally. At this time, the P-type diffusion layer 21 is formed on the surface of the photodiode 12. When the photodiode 12 of the N-type diffusion layer is formed in contact with the interface between the silicon substrate 10 and the gate insulating film 14, a leak current occurs due to the effect of the interface state existing at the interface. This causes deterioration of the characteristics of the solid-state image sensor. However, if an attempt is made to introduce the impurity concentration of the P-type diffusion layer 21 by a normal ion implantation method, the ion implantation causes an implantation defect on the surface of the silicon substrate 10,
It causes a leak current. As a result, a sufficient improvement effect cannot be obtained despite the attempt to prevent the generation of leak current. In order to prevent the occurrence of implantation defects due to such ion implantation, a method of performing hydrogen annealing is effective. However, the silicon substrate 1
Regarding the hydrogen atoms introduced into the hydrogen atom 0, the hydrogen atoms escape from the interface between the silicon and the gate insulating film 14 when heat or light is applied to the silicon substrate 10. For this reason, the stability of the device deteriorates. As a result, there arises a problem in the reliability of the manufactured device after being left for a long time.

【0007】また、界面準位密度を低減する別の方法と
して、弗素原子を導入する方法が提案されている。たと
えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス 1989年 第28巻第6号第1041ペ
ージ(Japanese Jounal of Appl. Physics vol.28, no.
6, 1989年 p.1041)で報告されている。またソリッド・
ステート・エレクトロニクス 34巻8号889頁(Sol
id-State Electronicsvol.34, no.8, p.889)におい
て、ジー・エス・ビルディー(G. S. Virdi)らによっ
て報告されている。それによれば、弗素原子を注入する
ことによって界面準位密度が低減できると報告されてい
る。この場合、弗素の注入には、ボロンの弗素分子イオ
ンであるBF2やBFイオンをイオン種として用いるこ
とによって、弗素原子をボロン原子とともに同時にシリ
コン基板1に導入する。たとえばBF2で加速エネルギ
ー155keV、ドーズ量1×1014cm-2でイオン注
入を行う。このときのボロンと弗素の不純物濃度の深さ
分布は、ボロンを単独でイオン注入したときの35ke
Vの加速エネルギーと同等の値となり、弗素は60ke
Vの加速エネルギーに相当する。
As another method for reducing the interface state density, a method of introducing a fluorine atom has been proposed. For example, the Japanese Journal of Applied
Physics 1989 Vol. 28, No. 6, page 1041 (Japanese Jounal of Appl. Physics vol.28, no.
6, 1989 p.1041). Also solid
State Electronics Vol. 34, No. 8, pp. 889 (Sol
id-State Electronics vol.34, no.8, p.889) by GS Virdi et al. According to it, it is reported that the interface state density can be reduced by implanting fluorine atoms. In this case, for the implantation of fluorine, BF 2 and BF ions, which are fluorine molecular ions of boron, are used as ion species, so that fluorine atoms are simultaneously introduced into the silicon substrate 1 together with the boron atoms. For example, ion implantation is performed with BF 2 at an acceleration energy of 155 keV and a dose amount of 1 × 10 14 cm −2 . The depth distribution of the impurity concentration of boron and fluorine at this time is 35 ke when boron is ion-implanted alone.
The value is equivalent to the acceleration energy of V, and fluorine is 60 ke
It corresponds to the acceleration energy of V.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術の
構成では、ボロンのプロファイルとほぼ同じ程度の深さ
にまで弗素による欠陥層が形成されてしまう。この後、
たとえば熱処理によりボロンがイオン注入された領域が
広がったとしても、弗素のイオン注入によって導入され
た欠陥層の方がより深い位置に存在する。このため、フ
ォトダイオード12のN型拡散層に電圧が印加されて、
N型拡散層の空乏層が延び、この弗素による欠陥層にま
で達する。空乏層が欠陥層に達すると、そこからリーク
電流が発生し、素子特性をいちじるしく劣化させてしま
う。リーク電流がさほど問題とならないような素子で
は、BF2を用いたイオン注入を行っても支障がない
が、微小電荷を扱うようなたとえば固体撮像素子でのわ
ずかなリーク電流は画像の中で暗電流となり、再生画像
における突発的白傷の発生という現象をひきおこす。こ
のため、低光量時の画像を撮影しようとするとそれが白
傷となり、実用に耐え得る固体撮像素子を実現すること
ができない。欠陥の問題は、通常のバイポーラデバイス
やMOSデバイスの接合リークでの特性劣化においても
認められるが、固体撮像素子のように画像のわずかなむ
らとして現れることが少ないので、結晶欠陥の影響が表
面に直接的には現れない。すなわち、固体撮像素子にお
ける注入欠陥の影響は他のデバイスに比して特に大き
い。
However, in the structure of the conventional technique, the defect layer due to fluorine is formed to a depth almost equal to the profile of boron. After this,
For example, even if the region where boron is ion-implanted is expanded by heat treatment, the defect layer introduced by fluorine ion-implantation exists at a deeper position. Therefore, a voltage is applied to the N-type diffusion layer of the photodiode 12,
The depletion layer of the N-type diffusion layer extends and reaches the defect layer due to this fluorine. When the depletion layer reaches the defect layer, a leak current is generated from the depletion layer and the device characteristics are significantly deteriorated. In an element in which the leakage current is not a serious problem, ion implantation using BF 2 can be performed without any problem, but a slight leakage current in a solid-state image sensor, which handles minute electric charges, is dark in the image. It becomes an electric current, which causes a phenomenon that sudden white defects occur in the reproduced image. For this reason, when an image of a low light amount is taken, it becomes a white flaw, and it is not possible to realize a solid-state image sensor that can be used practically. The problem of defects is also observed in the characteristic deterioration due to junction leakage of ordinary bipolar devices and MOS devices, but since it rarely appears as slight unevenness in the image like a solid-state image sensor, the influence of crystal defects on the surface is small. It does not appear directly. That is, the influence of the injection defect in the solid-state imaging device is particularly large as compared with other devices.

【0009】以上述べてきたように、フォトダイオード
内に発生するリーク電流を抑えるためには界面準位密度
を低減し、しかも注入欠陥のレベルを抑える。二つの問
題を同時に満足することが必要になる。
As described above, in order to suppress the leak current generated in the photodiode, the interface state density is reduced and the level of injection defects is suppressed. It is necessary to satisfy two problems at the same time.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に一
導電型のフォトダイオードを形成する工程と、前記フォ
トダイオードの前記半導体基板表面に前記フォトダイオ
ードと反対導電型の不純物層を形成する工程と、前記不
純物層内に弗素イオンを導入する工程とを少なくとも備
えている。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a photodiode of one conductivity type on a semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate of the photodiode. And at least a step of forming an impurity layer having a conductivity type opposite to that of the photodiode, and a step of introducing fluorine ions into the impurity layer.

【0011】また、上記課題を解決するために、本発明
の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形
成された一導電型のフォトダイオードと、前記フォトダ
イオードに対して所定の間隔を設けて前記半導体基板に
形成された転送チャンネルと、前記半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極と、前記転
送ゲート電極上に形成された層間膜と、前記転送チャン
ネルを遮光する前記層間膜上に形成された遮光膜と、前
記遮光膜上に層間絶縁膜を形成し、前記フォトダイオー
ドの表面に前記フォトダイオードと逆導電型の第一の拡
散層が形成されており、さらに前記拡散層表面に弗素を
不純物とする第二の拡散層が形成されている。
In order to solve the above-mentioned problems, the solid-state image pickup device of the present invention has a semiconductor substrate, a photodiode of one conductivity type formed on the semiconductor substrate, and a predetermined interval with respect to the photodiode. A transfer channel provided and formed on the semiconductor substrate, a transfer gate electrode formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, an interlayer film formed on the transfer gate electrode, and the transfer channel shielded from light. A light-shielding film formed on the interlayer film to form, an interlayer insulating film is formed on the light-shielding film, and a first diffusion layer of a conductivity type opposite to that of the photodiode is formed on the surface of the photodiode. Further, a second diffusion layer containing fluorine as an impurity is formed on the surface of the diffusion layer.

【0012】また、上記課題を解決するために、本発明
の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に一導電型の
フォトダイオードを形成する工程と、前記半導体基板に
前記フォトダイオードに対して所定の間隔を設けて転送
チャンネルを形成する工程と、前記半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介して
前記転送チャンネル上に転送ゲート電極を形成する工程
と、前記転送ゲート電極上に層間膜を形成する工程と、
前記層間膜上から前記フォトダイオードと逆導電型の不
純物と弗素を同時に、あるいは交互にイオン注入してそ
れぞれの拡散層を形成する工程と、前記転送チャンネル
を遮光する遮光膜を形成する工程とを備えている。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a solid-state image pickup device according to the present invention comprises a step of forming a photodiode of one conductivity type on a semiconductor substrate, and a predetermined step for the photodiode on the semiconductor substrate. Forming a transfer channel with a space between them, forming a gate insulating film on the semiconductor substrate, forming a transfer gate electrode on the transfer channel via the gate insulating film, A step of forming an interlayer film on the gate electrode,
Steps of forming an impurity diffusion layer and an impurity of opposite conductivity type to the photodiode at the same time or alternately from the interlayer film to form respective diffusion layers, and forming a light shielding film for shielding the transfer channel. I have it.

【0013】[0013]

【作用】P型基板あるいはPウェルの中にフォトダイオ
ード形成のためにN型不純物を導入する。後に形成され
るボロン注入領域に影響を少なくした状態、つまりシリ
コンの表面に近い部分、あるいはほぼ弗素が表面に形成
した酸化膜中にとどまる条件を用いて弗素イオンを導入
する。つまり十分に投影飛程がボロン注入よりも弗素の
投影飛程が小さくなる注入エネルギーを選択して弗素と
ボロンの注入を行なう。なお、ボロンと弗素の注入の順
序は特に問うことはなく同様の効果を得ることができ
る。
The N-type impurity is introduced into the P-type substrate or P-well for forming the photodiode. Fluorine ions are introduced under the condition that the influence on the boron-implanted region to be formed later is reduced, that is, under the condition that the portion near the surface of silicon or almost the fluorine remains in the oxide film formed on the surface. That is, the implantation energy is selected such that the projection range of the fluorine is sufficiently smaller than that of the boron implantation to implant the fluorine and the boron. The order of implanting boron and fluorine is not particularly limited, and similar effects can be obtained.

【0014】[0014]

【実施例】図1から図3は本発明の実施例における工程
断面図である。
1 to 3 are process sectional views in an embodiment of the present invention.

【0015】図1において、P型シリコン基板21また
はP型のウェルを有するシリコン基板21上に膜厚10
0nmの酸化膜である絶縁膜22を形成する。この後、
絶縁膜22上にレジストを塗布、露光、現像して所定の
レジストパターン23を形成する。このレジストパター
ン23をマスクにリンイオンビーム24を注入する。イ
オン注入条件は加速エネルギーを150keV、ドーズ
量を2×1012cm-2とした(図1)。
In FIG. 1, a film thickness of 10 is formed on a P-type silicon substrate 21 or a silicon substrate 21 having a P-type well.
An insulating film 22 which is a 0 nm oxide film is formed. After this,
A resist is applied on the insulating film 22, exposed, and developed to form a predetermined resist pattern 23. A phosphorus ion beam 24 is implanted using this resist pattern 23 as a mask. The ion implantation conditions were an acceleration energy of 150 keV and a dose amount of 2 × 10 12 cm -2 (FIG. 1).

【0016】その後、レジストパターン23を除去し、
熱処理を行う。熱処理はリンイオンのシリコン基板21
内での拡散距離を大きくするために1200℃の温度で
2時間程度行う。この熱処理により約1μm程度の深さ
にフォトダイオード25が形成される。ここで、フォト
ダイオード25を形成する別の方法として、イオン注入
を500keV程度の高い加速エネルギーによって導入
してもよい。この場合、熱処理時間を短くでき、あるい
は熱処理温度を低くすることができる。フォトダイオー
ド25の拡散深さは、フォトダイオード25に入射する
光の波長に対する感度によって調整する必要がある。た
とえば、可視光ではフォトダイオード25の拡散深さは
1〜2μm程度とし、赤外光では3〜4μm程度の深さ
にする。これは光の波長によってシリコン基板21に侵
入し、吸収される深さが異なる。このため、フォトダイ
オード25の感度を高めるためには、所望の波長の光に
よってその深さを調整する必要がある。
After that, the resist pattern 23 is removed,
Heat treatment is performed. The heat treatment is a phosphorus ion silicon substrate 21.
In order to increase the diffusion distance inside, it is performed at a temperature of 1200 ° C. for about 2 hours. By this heat treatment, the photodiode 25 is formed to a depth of about 1 μm. Here, as another method of forming the photodiode 25, ion implantation may be introduced with a high acceleration energy of about 500 keV. In this case, the heat treatment time can be shortened or the heat treatment temperature can be lowered. The diffusion depth of the photodiode 25 needs to be adjusted according to the sensitivity to the wavelength of the light incident on the photodiode 25. For example, the diffusion depth of the photodiode 25 is about 1 to 2 μm for visible light, and about 3 to 4 μm for infrared light. The depth of the light that penetrates into the silicon substrate 21 and is absorbed differs depending on the wavelength of light. Therefore, in order to increase the sensitivity of the photodiode 25, it is necessary to adjust the depth of the photodiode 25 with light having a desired wavelength.

【0017】次に、絶縁膜22上に再度レジストを塗
布、露光、現像して所定のレジストパターンを形成する
(図示せず)。このレジストパターンをマスクにボロン
をイオン注入する。このようにしてチャンネルストッパ
ー領域26を形成する。この後、レジストパターンを除
去する。このチャンネルストッパー領域26は隣接する
素子と電気的に分離するために形成する。この不純物濃
度は表面の反転を防ぐために約1018cm-3程度に設定
されている。さらにその拡散深さは0.6μm程度であ
る。このときのイオン注入条件は加速エネルギーを40
keV、ドーズ量を1〜3×1013cm-2とした。その
後、絶縁膜22を除去する。この後再度シリコン基板2
1上に約100nmの膜厚の酸化膜である絶縁膜27を
形成する。この後、絶縁膜27上のフォトダイオード2
5を形成すべき領域以外の領域にレジストパターンある
いは堆積酸化膜28を形成する。堆積酸化膜28の膜厚
は約200nmである。ただし堆積酸化膜28としてC
VD法やスパッタリング法によって形成される酸化膜は
もちろんのこと、シリコン基板21上にポリシリコン膜
を形成し、その表面を酸化して形成される酸化膜を用い
てもよい。この後、この堆積酸化膜28をマスクとして
ボロンイオンビーム29をイオン注入する。このときの
イオン注入条件は加速エネルギーを50keV、ドーズ
量を1×1014cm-2とした。このような条件で行う
と、フォトダイオード25の表面にフォトダイオード2
5と逆導電型のP型拡散層30が形成され、フォトダイ
オード25におけるリーク電流が低くなる(図2)。P
型拡散層30は、イオン注入後、900℃の温度での熱
処理を30分行って形成される。P型拡散層30の深さ
は、0.4μmである。
Next, a resist is applied again on the insulating film 22, exposed and developed to form a predetermined resist pattern (not shown). Boron is ion-implanted using this resist pattern as a mask. In this way, the channel stopper region 26 is formed. After that, the resist pattern is removed. The channel stopper region 26 is formed so as to be electrically separated from an adjacent element. This impurity concentration is set to about 10 18 cm -3 in order to prevent surface inversion. Further, its diffusion depth is about 0.6 μm. The ion implantation conditions at this time are acceleration energy of 40
The keV and dose amount were set to 1 to 3 × 10 13 cm -2 . Then, the insulating film 22 is removed. After this, again silicon substrate 2
An insulating film 27, which is an oxide film having a thickness of about 100 nm, is formed on the first insulating film 27. After this, the photodiode 2 on the insulating film 27
A resist pattern or deposited oxide film 28 is formed in a region other than the region where 5 is to be formed. The thickness of the deposited oxide film 28 is about 200 nm. However, as the deposited oxide film 28, C
Not only the oxide film formed by the VD method or the sputtering method but also an oxide film formed by forming a polysilicon film on the silicon substrate 21 and oxidizing the surface thereof may be used. After that, a boron ion beam 29 is ion-implanted using the deposited oxide film 28 as a mask. The ion implantation conditions at this time were an acceleration energy of 50 keV and a dose amount of 1 × 10 14 cm −2 . Under such conditions, the surface of the photodiode 25 is not exposed to the photodiode 2.
5, a P-type diffusion layer 30 having a conductivity type opposite to that of No. 5 is formed, and the leak current in the photodiode 25 is reduced (FIG. 2). P
The mold diffusion layer 30 is formed by performing a heat treatment at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes after the ion implantation. The P-type diffusion layer 30 has a depth of 0.4 μm.

【0018】次に、連続して弗素イオンビーム31をシ
リコン基板21全面にイオン注入する。このイオン注入
条件は、加速エネルギーを約20〜40keV、ドーズ
量を約3×1013〜3×1014cm-2とした。この弗素
イオンビーム31を注入するためにBF2ガスを用い
る。このようにして、フォトダイオード25表面であっ
てかつP型拡散層30の表面に、弗素による拡散層32
を設ける。ここで、弗素のイオン注入をこのような注入
条件で行ったのは、弗素注入量に対するリーク電流依存
性を評価するためである(図3)。
Next, the fluorine ion beam 31 is continuously ion-implanted over the entire surface of the silicon substrate 21. The ion implantation conditions were an acceleration energy of about 20 to 40 keV and a dose amount of about 3 × 10 13 to 3 × 10 14 cm −2 . BF 2 gas is used to inject this fluorine ion beam 31. Thus, on the surface of the photodiode 25 and the surface of the P-type diffusion layer 30, the diffusion layer 32 of fluorine is formed.
To provide. Here, the reason why the fluorine ion implantation is performed under such implantation conditions is to evaluate the leak current dependency on the fluorine implantation amount (FIG. 3).

【0019】ここで、加速エネルギーを20〜40ke
Vとした理由は、この範囲が前工程でのボロンのイオン
注入によって生じる欠陥の量より、この弗素のイオン注
入によって生じる欠陥の量の方が十分低くなるからであ
る。このため、このような条件でイオン注入した試料に
弗素のイオン注入を行うことで、弗素によるリーク電流
の低減の度合を調べることができる。ここで上記の場合
には、弗素のイオン注入を行った後にボロンのイオン注
入を行っているが、この弗素とボロンのイオン注入の順
序は逆であってもなんら問題を生じるようなことはな
い。
Here, the acceleration energy is 20 to 40 ke
The reason why V is set is that the amount of defects caused by the ion implantation of fluorine is sufficiently lower in this range than the amount of defects caused by the ion implantation of boron in the previous step. Therefore, the degree of reduction of leakage current due to fluorine can be examined by implanting fluorine ions into a sample that has been ion-implanted under such conditions. In the above case, the boron ion implantation is performed after the fluorine ion implantation. However, even if the order of the fluorine and boron ion implantation is reversed, no problem will occur. .

【0020】以上述べたボロンと弗素を独立に注入する
別の方法として、BF2のような分子イオンを用いても
弗素原子を導入することができる。しかし、この方法で
あるとボロンの量の2倍が導入されること、また加速エ
ネルギーがボロンの加速エネルギーの19/11倍の高
い加速エネルギーに必然的に規定されてしまう。このた
め、イオン注入量と加速エネルギーの設定における自由
度がいちじるしく低下してしまいリーク電流を低減する
ための最適条件を実現することが困難となる。
As another method of independently implanting boron and fluorine as described above, fluorine atoms can be introduced by using molecular ions such as BF 2 . However, in this method, twice the amount of boron is introduced, and the acceleration energy is inevitably limited to 19/11 times as high as the acceleration energy of boron. For this reason, the degree of freedom in setting the ion implantation amount and the acceleration energy is remarkably lowered, and it becomes difficult to realize the optimum condition for reducing the leak current.

【0021】ここで、加速エネルギーがボロンの19/
11倍になるのは、加速エネルギーが各々のイオンの質
量に応じて比例配分されるためである。弗素の質量数
(mF)は19で、ボロンのそれ(mB)は11である。
また、設定された加速エネルギーをEとすると、弗素の
加速エネルギーEFは次の式で与えられる。
Here, the acceleration energy of boron is 19 /
It is 11 times because the acceleration energy is proportionally distributed according to the mass of each ion. The mass number of fluorine (m F ) is 19 and that of boron (m B ) is 11.
When the set acceleration energy is E, the fluorine acceleration energy E F is given by the following equation.

【0022】EF=(mF×E)/(2mF+mB) 以上のように分子イオンを用いた場合と、ボロンと弗素
を独立にイオン注入する場合とでは、上記のような取り
扱い上の差異が生じる。
E F = (m F × E) / (2 m F + m B ) In the case of using the molecular ions as described above and in the case of independently implanting boron and fluorine, the above-mentioned handling is performed. Difference occurs.

【0023】すなわち、弗素のイオン注入に分子イオン
であるBF2やBFイオンをイオン種として用いると、
弗素原子はボロン原子とともに同時にシリコン基板1に
導入される。たとえば、BF2を加速エネルギー155
keV、ドーズ量1×1014cm-2でイオン注入を行
う。このとき、ボロンと弗素の不純物濃度の深さ分布
は、ボロンを単独でイオン注入したときの加速エネルギ
ー35keVに相当する、弗素の場合には加速エネルギ
ー60keVの場合に相当する。このため、ボロンの不
純物濃度分布とほぼ同じ程度の深さにまで弗素が導入さ
れ、同時にイオン注入による欠陥がシリコン基板の深く
まで発生する。この後、熱処理によって、ボロンがイオ
ン注入された領域が拡散し広がったとしても、弗素のイ
オン注入によって導入された欠陥はより深い位置に存在
する。このため、フォトダイオード25に電圧を印加し
たとき、フォトダイオード25に空乏層が形成され、そ
の空乏層が伸びていく。この結果、空乏層は弗素のイオ
ン注入によって発生した欠陥にまで達する。この欠陥に
空乏層が達すると、そこからリーク電流が発生し、素子
特性をいちじるしく劣化させる。リーク電流がほとんど
問題とならないような素子では、BF2を用いたイオン
注入を行ってもよいが、微小電荷を扱うような、たとえ
ば固体撮像素子では、そのわずかなリーク電流が画像の
中で暗電流となり、突発的白傷が発生する。このため、
ボロンと弗素を別々に注入する方法を用いる方が使用上
容易である。図2に示すように、フォトダイオード25
の表面にP型拡散層30を形成しておくことは、最初に
述べたように電気的に表面側に空乏層を延ばさないため
に必須のものである。
That is, when BF 2 or BF ion which is a molecular ion is used as an ion species for fluorine ion implantation,
Fluorine atoms are simultaneously introduced into the silicon substrate 1 together with boron atoms. For example, BF 2 has an acceleration energy of 155
Ion implantation is performed with keV and a dose amount of 1 × 10 14 cm −2 . At this time, the depth distribution of the impurity concentration of boron and fluorine corresponds to the acceleration energy of 35 keV when boron is ion-implanted alone, and corresponds to the acceleration energy of 60 keV in the case of fluorine. Therefore, fluorine is introduced to a depth almost equal to the impurity concentration distribution of boron, and at the same time, defects due to ion implantation occur deep in the silicon substrate. After that, even if the boron ion-implanted region diffuses and spreads by the heat treatment, the defects introduced by the fluorine ion implantation exist at deeper positions. Therefore, when a voltage is applied to the photodiode 25, a depletion layer is formed in the photodiode 25 and the depletion layer extends. As a result, the depletion layer reaches the defects generated by the fluorine ion implantation. When the depletion layer reaches this defect, a leak current is generated from the depletion layer and the device characteristics are significantly deteriorated. Ion implantation using BF 2 may be performed in an element in which leak current is hardly a problem, but in a solid-state image sensor, which handles minute charges, for example, the slight leak current causes dark leakage in the image. It becomes an electric current and sudden white scratches occur. For this reason,
It is easier to use the method of separately implanting boron and fluorine. As shown in FIG.
It is indispensable to form the P type diffusion layer 30 on the surface of the above in order to prevent the depletion layer from electrically extending to the surface side as described above.

【0024】なお、シリコン基板21の表面付近でのフ
ォトダイオード25であるN型拡散層の横方向の拡散幅
と、P型拡散層30のそれとで、図面中その横方向の拡
散領域の両端が両方の拡散層で一致しているが、必ずし
も一致させる必要性はない。シリコン基板21の表面に
形成されたP型拡散層30によって、フォトダイオード
25であるN型拡散層の濃い部分が表面に存在しなくな
る程度に、そのN型拡散層をカバーできていれば、空乏
層が表面にまで延びることはなく、それによる問題が生
じない。もし空乏層が表面にまで伸びた場合、シリコン
基板21表面に存在する界面準位によってリーク電流が
増大してしまう。
The lateral diffusion width of the N-type diffusion layer, which is the photodiode 25, in the vicinity of the surface of the silicon substrate 21 and that of the P-type diffusion layer 30 indicate that both ends of the lateral diffusion region in the drawing. Both diffusion layers match, but they do not necessarily have to match. As long as the P-type diffusion layer 30 formed on the surface of the silicon substrate 21 can cover the N-type diffusion layer, which is the photodiode 25, so that the dark portion of the N-type diffusion layer does not exist on the surface, depletion occurs. The layer does not extend to the surface, so that problems do not occur. If the depletion layer extends to the surface, the leak current will increase due to the interface state existing on the surface of the silicon substrate 21.

【0025】以上の方法により形成したダイオードにつ
いて、そのリーク電流特性を評価した。その結果を図4
に示す。縦軸はリーク電流を示し、横軸に弗素のイオン
注入時の加速エネルギーを示す。図中の比較品の試料に
は弗素のイオン注入を行っていない。
The leakage current characteristics of the diode formed by the above method were evaluated. The result is shown in Figure 4.
Shown in. The vertical axis represents the leak current, and the horizontal axis represents the acceleration energy during fluorine ion implantation. Fluorine ion implantation was not performed on the comparative sample in the figure.

【0026】これから、弗素のイオン注入を行なった試
料では、ダイオードのリーク電流においていちじるしい
低減効果が認められた。弗素のイオン注入では高ドーズ
量でかつ加速エネルギーの高い試料では、加速エネルギ
ーが20keVや30keVのものと比べて、リーク電
流が大きい。ただし、ドーズ量を3×1013cm-2に減
らした試料では、40keVであっても、リーク電流を
低減する効果が認められた。
From the above, it was confirmed that the leakage current of the diode was remarkably reduced in the sample in which fluorine ions were implanted. A sample having a high dose amount and a high acceleration energy in fluorine ion implantation has a large leak current as compared with a sample having an acceleration energy of 20 keV or 30 keV. However, in the sample in which the dose amount was reduced to 3 × 10 13 cm −2 , the effect of reducing the leak current was recognized even at 40 keV.

【0027】この理由について図5と図6を用いて説明
する。図5は横軸はシリコン基板からの深さを示し、縦
軸は不純物濃度を示す。図6は横軸にシリコン基板から
の深さを示し、縦軸は欠陥量を示している。両者の場合
とも、シリコン基板上に膜厚約0.1μmの酸化膜を堆
積させてある。
The reason for this will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In FIG. 5, the horizontal axis represents the depth from the silicon substrate, and the vertical axis represents the impurity concentration. In FIG. 6, the horizontal axis represents the depth from the silicon substrate, and the vertical axis represents the defect amount. In both cases, an oxide film having a thickness of about 0.1 μm is deposited on the silicon substrate.

【0028】加速エネルギーが20keV以下の場合、
イオン注入された弗素はシリコン基板上の酸化膜中に大
部分が導入され、シリコン基板に及ぶものがほとんどな
い。このため、20keV以下の加速エネルギーではリ
ーク電流を低減させることができない。ただし、表面絶
縁膜である酸化膜の膜厚が薄くなると、この加速エネル
ギーでもシリコン基板中に弗素が導入される。たとえ
ば、酸化膜の膜厚が30nmであれば、加速エネルギー
が15keV程度でもそのときのリーク電流の低減を図
ることができる。
When the acceleration energy is 20 keV or less,
Most of the ion-implanted fluorine is introduced into the oxide film on the silicon substrate, and almost none reaches the silicon substrate. Therefore, the leakage current cannot be reduced with an acceleration energy of 20 keV or less. However, when the thickness of the oxide film that is the surface insulating film becomes thin, fluorine is introduced into the silicon substrate even with this acceleration energy. For example, if the film thickness of the oxide film is 30 nm, it is possible to reduce the leak current at that time even when the acceleration energy is about 15 keV.

【0029】図5には、膜厚0.1μm厚の酸化膜を介
して加速エネルギー50keV、ドーズ量3×1014
-2でボロンをイオン注入し、さらに弗素を加速エネル
ギー30keV、ドーズ量1×1014cm-2でイオン注
入した際の各々の不純物の分布を示す。この図から上記
図2において、シリコン基板21の表面にP型拡散層3
0を形成するためにイオン注入したボロンの分布に対し
て、弗素の拡散層32がシリコン基板21表面に浅く形
成されていることがわかる。
In FIG. 5, the acceleration energy is 50 keV and the dose is 3 × 10 14 c through the oxide film having a thickness of 0.1 μm.
The distribution of each impurity is shown when boron is ion-implanted at m −2 and fluorine is further ion-implanted at an acceleration energy of 30 keV and a dose of 1 × 10 14 cm −2 . From this figure, in FIG. 2 above, the P-type diffusion layer 3 is formed on the surface of the silicon substrate 21.
It can be seen that the fluorine diffusion layer 32 is shallowly formed on the surface of the silicon substrate 21 with respect to the distribution of boron ion-implanted to form 0.

【0030】図6に加速エネルギー40keVと20k
eVで、ドーズ量1×1014cm-2で弗素をイオン注入
した際の欠陥量をモンテカルロシミュレーション法を用
いて計算した結果を示す。加速エネルギー40keVで
は、酸化膜においてはもちろんのこと、シリコン基板内
にも多くの欠陥が形成される。ここで形成される欠陥
は、イオン注入の後に引き続き行われる熱処理によって
ある程度回復させることはできる。しかし、熱処理によ
って回復されない残留欠陥の量は、イオン注入の際に発
生する一次欠陥の量に比例する。このため、一次欠陥が
低いほど、それが誘因となる二次欠陥の発生が少なくな
り、結果的にリーク電流の増加を防ぐことができる。図
6では加速エネルギーを40keVから20keVと低
くすると、欠陥量は2桁程度低減されることがわかる。
このため、できる限りシリコン基板内部に弗素のイオン
注入によって生じる欠陥が導入されないようにしなけれ
ばならない。特に、弗素のイオン注入によって生じる欠
陥がボロンのイオン注入によって発生する欠陥に影響し
ない程度に導入されることが必要である。シリコン基板
内の欠陥量は、弗素のイオン注入によって生じる欠陥と
ボロンのイオン注入によって生じる欠陥との和になる。
この場合、特に弗素のイオン注入によって生じる欠陥量
がリーク電流の増大を招かず、ほとんど無視できる程度
とするためには、注入される弗素の量はボロンの量より
1桁以上少なくする。
FIG. 6 shows acceleration energies of 40 keV and 20 k.
The results obtained by calculating the defect amount when ion-implanting fluorine with a dose amount of 1 × 10 14 cm −2 at eV by using a Monte Carlo simulation method are shown. With the acceleration energy of 40 keV, many defects are formed not only in the oxide film but also in the silicon substrate. The defects formed here can be recovered to some extent by a heat treatment that is subsequently performed after the ion implantation. However, the amount of residual defects that cannot be recovered by the heat treatment is proportional to the amount of primary defects generated during ion implantation. Therefore, the lower the primary defect is, the less the generation of secondary defects that causes it is, and as a result, the increase in leak current can be prevented. In FIG. 6, it can be seen that the defect amount is reduced by about two digits when the acceleration energy is lowered from 40 keV to 20 keV.
Therefore, it is necessary to prevent defects caused by fluorine ion implantation from being introduced into the silicon substrate as much as possible. In particular, it is necessary that the defects generated by the ion implantation of fluorine be introduced to the extent that they do not affect the defects generated by the ion implantation of boron. The amount of defects in the silicon substrate is the sum of defects caused by fluorine ion implantation and defects caused by boron ion implantation.
In this case, in order to make the amount of defects caused by the ion implantation of fluorine particularly negligible without causing an increase in the leak current, the amount of fluorine to be implanted is smaller than the amount of boron by one digit or more.

【0031】また、この結果から弗素はシリコン基板の
浅い部分に導入されているため、図2のようにフォトダ
イオード25表面に形成されたP型拡散層30の接合部
には影響がないと考えられる。
From this result, it is considered that since fluorine is introduced into the shallow portion of the silicon substrate, it does not affect the junction of the P type diffusion layer 30 formed on the surface of the photodiode 25 as shown in FIG. To be

【0032】しかし、固体撮像素子に使用するときに
は、図2では測定されなかった微小な残留欠陥が存在し
ていることが問題となる。それがP型拡散層30の接合
部にあれば、固体撮像素子を駆動した際、フォトダイオ
ードの空乏層がその欠陥と接触してしまい、リーク電流
が増加する。このためリーク電流によって白傷が発生す
る。このようにイオン注入によって発生する欠陥はでき
る限り基板表面からの浅い部分に形成させることが重要
である。しかし、欠陥による悪影響が生じるのは、その
欠陥に空乏層が接触した場合である。このため、弗素の
イオン注入によってもたらされる欠陥が、P型拡散層3
0の接合部の位置から単に離れて形成されてさえいれば
よいと言うわけではない。
However, when it is used for a solid-state image pickup device, there is a problem that minute residual defects which are not measured in FIG. 2 exist. If it is at the junction of the P-type diffusion layer 30, the depletion layer of the photodiode comes into contact with the defect when driving the solid-state imaging device, and the leak current increases. For this reason, the leakage current causes white scratches. Thus, it is important to form the defects caused by the ion implantation in a portion as shallow as possible from the substrate surface. However, it is when the depletion layer comes into contact with the defect that the defect has an adverse effect. Therefore, the defect caused by the fluorine ion implantation is caused by the P-type diffusion layer 3
It does not have to be formed simply away from the position of the 0 joint.

【0033】以下、図7は上記技術を用いて製作したC
CD固体撮像装置の断面図である。特に、CCD(char
ge coupled device)型の固体撮像素子のフォトダイオ
ードと読出し部の断面構造である。
Hereinafter, FIG. 7 shows a C manufactured using the above technique.
It is sectional drawing of a CD solid-state imaging device. In particular, CCD (char
1 is a cross-sectional structure of a photodiode and a readout section of a solid-state imaging device of a ge coupled device) type.

【0034】まず、N型半導体基板41は面方位(10
0)であり、不純物濃度は約1014cm-3である。N型
半導体基板41に第一のP型拡散層42が形成されてい
る。第一のP型拡散層42の深さは約5μmである。ま
た、第一のP型拡散層42の不純物濃度は約1015cm
-3である。第一のP型拡散層42はフォトダイオード4
3で不要な電荷を排出するのに設けられている。すなわ
ち、フォトダイオード43はN型半導体基板41にN型
拡散層として形成されている。フォトダイオード43で
は外部から入射した光によって、電荷(フォトキャリ
ア)が形成され、内部に一時的に蓄積される。その電荷
が多量に発生し、フォトダイオード43に蓄積できる電
荷量より多くなると、フォトダイオード43から他の領
域へと流入される。このような電荷は、N型拡散層で形
成された転送チャンネル44に入ると、ブルーミングを
発生させる原因となる。このような、ブルーミングの発
生は第一のP型拡散層42を形成することで防止でき
る。第一のP型拡散層42は零ボルトに固定されてい
る。このためそれらの領域内に形成されるポテンシャル
分布は、フォトダイオード43で発生した電荷が第一の
P型拡散層42を通り、N型半導体基板41に排出され
る。第一のP型拡散層42の不純物濃度を上記の値に設
定すると、この固体撮像装置が動作するときに、フォト
ダイオード43を容易に空乏化させることができ、光電
変換信号量を増加させることができる。第一のP型拡散
層42の深さは、フォトダイオード43の深さとその両
者間の耐圧によって決定される。フォトダイオード43
の深さは、可視光領域の光が入射したとき、十分な光電
変換効率を得るためには約2μm必要である。
First, the N-type semiconductor substrate 41 has a plane orientation (10
0) and the impurity concentration is about 10 14 cm −3 . A first P-type diffusion layer 42 is formed on the N-type semiconductor substrate 41. The depth of the first P-type diffusion layer 42 is about 5 μm. The impurity concentration of the first P-type diffusion layer 42 is about 10 15 cm.
-3 . The first P-type diffusion layer 42 is the photodiode 4
It is provided for discharging unnecessary electric charges at 3. That is, the photodiode 43 is formed on the N-type semiconductor substrate 41 as an N-type diffusion layer. In the photodiode 43, an electric charge (photocarrier) is formed by the light incident from the outside and is temporarily stored inside. When the charge is generated in a large amount and becomes larger than the charge amount that can be accumulated in the photodiode 43, the charge flows from the photodiode 43 to another region. Such charges cause blooming when they enter the transfer channel 44 formed of the N-type diffusion layer. The occurrence of such blooming can be prevented by forming the first P-type diffusion layer 42. The first P-type diffusion layer 42 is fixed to zero volt. Therefore, in the potential distribution formed in these regions, the charges generated in the photodiode 43 pass through the first P-type diffusion layer 42 and are discharged to the N-type semiconductor substrate 41. When the impurity concentration of the first P-type diffusion layer 42 is set to the above value, the photodiode 43 can be easily depleted when the solid-state imaging device operates, and the photoelectric conversion signal amount can be increased. You can The depth of the first P-type diffusion layer 42 is determined by the depth of the photodiode 43 and the breakdown voltage between them. Photodiode 43
The depth of about 2 μm is required to obtain sufficient photoelectric conversion efficiency when light in the visible light region is incident.

【0035】第一のP型拡散層42にはフォトダイオー
ド43であるN型拡散層が形成されている。フォトダイ
オード43に光が入射すると、フォトダイオード43の
空乏層内に電子とホールのエレクトロンペアが発生す
る。電子は隣接する転送チャンネル44を経て信号電荷
となる。ホールは第一のP型拡散層42を通ってN型半
導体基板41の外部に取り出される。このようにして、
フォトダイオード43は入射光を信号電荷に変換してい
る。フォトダイオード43の表面には第二のP型拡散層
45が形成されている。第二のP型拡散層45を形成す
る理由は、N型拡散層のフォトダイオード43が半導体
基板41とゲート絶縁膜50との界面と接して形成され
ていると、界面に存在する界面準位の影響で電流の発生
が起こり、素子の特性劣化を生じる。空乏層がシリコン
と絶縁膜界面にまで到達することがないように、比較的
濃度の高い第二のP型拡散層45を形成する。この第二
のP型拡散層45には1017cm-3を越える不純物濃度
のボロンが必要になる。これだけの不純物濃度を通常の
イオン注入法によって導入しようとすると、イオン注入
によって、半導体基板41表面に注入欠陥が発生し、リ
ーク電流の原因となる。この結果、暗電流の発生を防ご
うとしているにもかかわらず、十分な改善効果がえられ
ない。このようなイオン注入による注入欠陥の発生を防
止するために水素アニールを行う方法がある。しかし、
水素アニールにより半導体基板41中に導入された水素
原子は、半導体基板41に熱や光が加わると水素原子が
シリコン基板と酸化膜界面から抜け出すため、効果がな
くなり、安定性が悪い。そのため、これを用いて製作さ
れた素子の長時間放置後の信頼性に問題が生じる。さら
に、第二のP型拡散層45とフォトダイオード43との
表面には弗素拡散層46が形成されている。弗素拡散層
46によって第二のP型拡散層45に生じた欠陥による
リーク電流の増大を低減させることができる。
An N-type diffusion layer, which is a photodiode 43, is formed on the first P-type diffusion layer 42. When light is incident on the photodiode 43, electron pairs of electrons and holes are generated in the depletion layer of the photodiode 43. The electrons become signal charges through the adjacent transfer channels 44. The holes are taken out of the N-type semiconductor substrate 41 through the first P-type diffusion layer 42. In this way
The photodiode 43 converts incident light into signal charge. A second P-type diffusion layer 45 is formed on the surface of the photodiode 43. The reason for forming the second P-type diffusion layer 45 is that when the photodiode 43 of the N-type diffusion layer is formed in contact with the interface between the semiconductor substrate 41 and the gate insulating film 50, the interface state existing at the interface is present. A current is generated under the influence of, and the characteristics of the element are deteriorated. The second P-type diffusion layer 45 having a relatively high concentration is formed so that the depletion layer does not reach the interface between the silicon and the insulating film. The second P-type diffusion layer 45 needs boron with an impurity concentration exceeding 10 17 cm -3 . If it is attempted to introduce such an impurity concentration by a normal ion implantation method, the ion implantation causes an implantation defect on the surface of the semiconductor substrate 41, which causes a leak current. As a result, a sufficient improvement effect cannot be obtained despite the attempt to prevent the generation of dark current. There is a method of performing hydrogen annealing in order to prevent the generation of implantation defects due to such ion implantation. But,
The hydrogen atoms introduced into the semiconductor substrate 41 by hydrogen annealing have no effect because the hydrogen atoms escape from the interface between the silicon substrate and the oxide film when heat or light is applied to the semiconductor substrate 41, resulting in poor stability. Therefore, there arises a problem in the reliability of the device manufactured using this after being left for a long time. Further, a fluorine diffusion layer 46 is formed on the surfaces of the second P-type diffusion layer 45 and the photodiode 43. The fluorine diffusion layer 46 can reduce an increase in leak current due to a defect generated in the second P-type diffusion layer 45.

【0036】また、第一のP型拡散層42内には第三の
P型拡散層47が形成されている。第三のP型拡散層4
7は、N型半導体基板41中で発生する信号のうち雑音
となる電荷が転送チャンネル44へ拡散することを防止
する作用がある。ここで、第三のP型拡散層47の拡散
深さは約1μmである。また、第三のP型拡散層47の
不純物濃度は1016cm-3である。
A third P-type diffusion layer 47 is formed in the first P-type diffusion layer 42. Third P-type diffusion layer 4
7 has a function of preventing charges, which become noise, of signals generated in the N-type semiconductor substrate 41 from diffusing into the transfer channel 44. Here, the diffusion depth of the third P-type diffusion layer 47 is about 1 μm. The impurity concentration of the third P-type diffusion layer 47 is 10 16 cm -3 .

【0037】第三のP型拡散層47はN型拡散層からな
る転送チャンネル44を囲むのに用いる。一般にこのよ
うな構造をHi−C構造と呼ぶ。第三のP型拡散層47
の拡散深さを熱処理により深くすると、横方向への拡散
が同時に進行する。このため、第三のP型拡散層47は
フォトダイオード43のN型拡散層にまで進入する。フ
ォトダイオード43に第三のP型拡散層47が進入する
と、光電変換出力が低下してしまう。転送チャンネル4
4はフォトダイオード43で形成された信号電荷を所定
の領域に転送するための転送領域である。
The third P-type diffusion layer 47 is used to surround the transfer channel 44 formed of the N-type diffusion layer. Generally, such a structure is called a Hi-C structure. Third P-type diffusion layer 47
When the diffusion depth of is deepened by heat treatment, the diffusion in the lateral direction simultaneously proceeds. Therefore, the third P-type diffusion layer 47 reaches the N-type diffusion layer of the photodiode 43. If the third P-type diffusion layer 47 enters the photodiode 43, the photoelectric conversion output will decrease. Transfer channel 4
Reference numeral 4 is a transfer area for transferring the signal charge formed by the photodiode 43 to a predetermined area.

【0038】ここで、転送チャンネル44の拡散深さは
約0.5μmである。また、転送チャンネル44の不純
物濃度は1016〜1017cm-3である。
Here, the diffusion depth of the transfer channel 44 is about 0.5 μm. The impurity concentration of the transfer channel 44 is 10 16 to 10 17 cm −3 .

【0039】上記Hi−C構造を実現するためには、第
三のP型拡散層47の方を転送チャンネル44よりも広
くしておく必要がある。
In order to realize the above Hi-C structure, it is necessary to make the third P-type diffusion layer 47 wider than the transfer channel 44.

【0040】フォトダイオード43で発生した信号電荷
を、転送チャンネル44へ読み出す際、フォトダイオー
ド43のポテンシャルより転送チャンネル44のポテン
シャルを低くする。また、転送チャンネル44に運ばれ
た信号電荷がフォトダイオード43に逆流したり、ある
いは転送チャンネル44に信号電荷が存在していたりす
る場合に、フォトダイオード43で形成された信号電荷
が転送チャンネル44へと流れ込まないようにする必要
がある。このため、読出し時のポテンシャル制御を行う
第四のP型拡散層48がフォトダイオード43と転送チ
ャンネル44との間に形成されている。フォトダイオー
ド43から転送チャンネル44に信号電荷が転送される
場合には、第四のP型拡散層48内のポテンシャルをフ
ォトダイオード43のポテンシャルより低く、かつ転送
チャンネル44のポテンシャルと同じか少し高くなるよ
うに制御されている。転送チャンネル44に信号電荷が
蓄積されると、その信号電荷がフォトダイオード43に
逆流しないように、第四のP型拡散層48のポテンシャ
ルはフォトダイオード43のポテンシャルより高く、か
つ転送チャンネル44のポテンシャルより高くなるよう
に制御される。
When the signal charge generated in the photodiode 43 is read out to the transfer channel 44, the potential of the transfer channel 44 is made lower than the potential of the photodiode 43. Further, when the signal charge carried to the transfer channel 44 flows back to the photodiode 43 or the signal charge exists in the transfer channel 44, the signal charge formed by the photodiode 43 is transferred to the transfer channel 44. It is necessary to prevent it from flowing. Therefore, the fourth P-type diffusion layer 48 for controlling the potential at the time of reading is formed between the photodiode 43 and the transfer channel 44. When the signal charge is transferred from the photodiode 43 to the transfer channel 44, the potential in the fourth P-type diffusion layer 48 is lower than the potential of the photodiode 43 and is the same as or slightly higher than the potential of the transfer channel 44. Is controlled. When the signal charge is accumulated in the transfer channel 44, the potential of the fourth P-type diffusion layer 48 is higher than the potential of the photodiode 43 and the potential of the transfer channel 44 is set so that the signal charge does not flow back to the photodiode 43. Controlled to be higher.

【0041】ここで、第四のP型拡散層48の拡散層深
さは約1μmである。また第四のP型拡散層48のシリ
コン基板41表面での表面濃度は1016〜1017cm-3
である。固体撮像装置を動作させる駆動パルスの電圧が
0Vまたは15Vのときに、転送チャンネル44からフ
ォトダイオード43に電荷が逆流するのを防止するか、
あるいはフォトダイオード43から電荷が転送チャンネ
ル44に流入させることが必要である。このため、それ
ぞれの状態で最適なポテンシャル分布をもたせ得るしき
い値電圧となるように、第四のP型拡散層48の拡散層
深さや不純物濃度を設定する。第四のP型拡散層48の
幅は約1μm以下にするのがよい。もし、第四のP型拡
散層48の幅が1μmより大きい場合には、トランジス
タのgm特性が悪くなる。gm特性が悪くなると、フォ
トダイオード43に蓄積された信号電荷を完全に読み出
すことが不可能となる。逆に第四のP型拡散層48の幅
が約1μmより狭い場合には、ショートチャネル効果が
発生する。ショートチャネル効果によって、パンチスル
ーが生じやすくなり、結果的にはフォトダイオード43
の光電変換出力値が小さくなってしまう。
Here, the diffusion layer depth of the fourth P-type diffusion layer 48 is about 1 μm. The surface concentration of the fourth P type diffusion layer 48 on the surface of the silicon substrate 41 is 10 16 to 10 17 cm −3.
Is. When the voltage of the driving pulse for operating the solid-state imaging device is 0 V or 15 V, it is possible to prevent the electric charge from flowing backward from the transfer channel 44 to the photodiode 43, or
Alternatively, it is necessary that the charges flow from the photodiode 43 into the transfer channel 44. Therefore, the diffusion layer depth and the impurity concentration of the fourth P-type diffusion layer 48 are set so that the threshold voltage can have the optimum potential distribution in each state. The width of the fourth P-type diffusion layer 48 is preferably about 1 μm or less. If the width of the fourth P-type diffusion layer 48 is larger than 1 μm, the gm characteristic of the transistor deteriorates. If the gm characteristic deteriorates, it becomes impossible to completely read out the signal charges accumulated in the photodiode 43. On the contrary, when the width of the fourth P-type diffusion layer 48 is narrower than about 1 μm, the short channel effect occurs. Due to the short channel effect, punch through easily occurs, and as a result, the photodiode 43
The photoelectric conversion output value of becomes small.

【0042】固体撮像装置はフォトダイオード43と転
送チャンネル44とが一対となり、それがマトリックス
状に形成されている。この対と隣合う対との間を電気的
に分離するために、第五のP型拡散層49が形成されて
いる。第五のP型拡散層49はイオン注入により形成さ
れる。ここで、第五のP型拡散層49の深さは約1μm
である。また、第五のP型拡散層49の表面濃度は10
17〜1018cm-3である。
In the solid-state image pickup device, the photodiode 43 and the transfer channel 44 are paired and are formed in a matrix. A fifth P-type diffusion layer 49 is formed to electrically separate this pair from the adjacent pair. The fifth P-type diffusion layer 49 is formed by ion implantation. Here, the depth of the fifth P-type diffusion layer 49 is about 1 μm.
Is. The surface concentration of the fifth P-type diffusion layer 49 is 10
It is 17 to 10 18 cm -3 .

【0043】第五のP型拡散層49の表面濃度は、隣接
したフォトダイオード43に蓄積された信号電荷が流れ
込まないようにするのに、上記範囲に設定することが必
要である。表面濃度が1017cm-3より少ない場合に
は、隣接したフォトダイオード43の信号電荷が流れ込
む。また、表面濃度が1018cm-3より多い場合には、
隣接した転送チャンネル44にナローチャネル効果が生
じる。ナローチャネル効果が生じると転送チャンネル4
4の転送容量が低下する。このため、固体撮像装置のダ
イナミックレンジが小さくなり、転送効率が劣化してし
まう。
The surface concentration of the fifth P-type diffusion layer 49 needs to be set within the above range in order to prevent the signal charges accumulated in the adjacent photodiodes 43 from flowing in. When the surface concentration is less than 10 17 cm −3 , the signal charges of the adjacent photodiodes 43 flow in. When the surface concentration is higher than 10 18 cm -3 ,
The narrow channel effect occurs in the adjacent transfer channel 44. Transfer channel 4 when the narrow channel effect occurs
The transfer capacity of No. 4 is reduced. For this reason, the dynamic range of the solid-state imaging device becomes small, and the transfer efficiency deteriorates.

【0044】第五のP型拡散層49の幅は約1μm以下
にするのがよい。もし、第五のP型拡散層49の幅が1
μmより広い場合には、転送チャンネル44の転送領域
が減少してしまう。すなわちフォトダイオード43に蓄
積された信号電荷を完全に読み出すことが不可能とな
る。逆に、第五のP型拡散層49の幅が1μmより狭い
場合には、ショートチャネル効果が発生する。ショート
チャネル効果によって、隣接したフォトダイオード43
と転送チャンネル44との間にパンチスルーが生じやす
くなる。結果的には、隣接したフォトダイオード43の
情報を読み出し、解像度が低下する。さらにフォトダイ
オード43の出力が低下してしまう。
The width of the fifth P-type diffusion layer 49 is preferably about 1 μm or less. If the width of the fifth P-type diffusion layer 49 is 1
If it is wider than μm, the transfer area of the transfer channel 44 is reduced. That is, it becomes impossible to completely read out the signal charges accumulated in the photodiode 43. On the contrary, when the width of the fifth P-type diffusion layer 49 is narrower than 1 μm, the short channel effect occurs. Adjacent photodiodes 43 due to the short channel effect
Punch-through easily occurs between the transfer channel 44 and the transfer channel 44. As a result, the information of the adjacent photodiodes 43 is read and the resolution is lowered. Furthermore, the output of the photodiode 43 is reduced.

【0045】N型半導体基板41上にはシリコン酸化膜
によってゲート絶縁膜50が成長されている。ゲート絶
縁膜50はパイロ酸化法で形成される。ゲート絶縁膜5
0の膜厚は約50nm以上である。ゲート絶縁膜50の
膜厚は、フリンジング効果を利用して転送効率を高める
ためには、50nm以上にしておくことが望ましい。
A gate insulating film 50 is grown on the N-type semiconductor substrate 41 by a silicon oxide film. The gate insulating film 50 is formed by a pyro oxidation method. Gate insulating film 5
The film thickness of 0 is about 50 nm or more. The film thickness of the gate insulating film 50 is preferably set to 50 nm or more in order to enhance transfer efficiency by utilizing the fringing effect.

【0046】転送ゲート電極51は減圧CVD法を用い
て成長したポリシリコンをパターンニングして形成され
る。転送ゲート電極51のシート抵抗は数10Ωであ
る。また転送ゲート電極51の膜厚は約500nmであ
る。転送ゲート電極51は、フォトダイオード43で形
成された信号電荷を転送チャンネル44に読み出し、転
送するための駆動パルスを印加する電極として使用され
る。このように転送ゲート電極51はできる限り低抵抗
であることが望ましい。ただし、低抵抗化の目的でリン
ドープ量を増加すると、転送ゲート電極51の表面を酸
化して形成する層間膜52の耐圧が劣化するので、リン
ドープ量は前記の値とすることが適当である。転送ゲー
ト電極51の表面にはポリシリコン酸化膜からなる層間
膜52が成長されている。
The transfer gate electrode 51 is formed by patterning polysilicon grown by the low pressure CVD method. The sheet resistance of the transfer gate electrode 51 is several tens Ω. The film thickness of the transfer gate electrode 51 is about 500 nm. The transfer gate electrode 51 is used as an electrode for applying a drive pulse for reading out and transferring the signal charge formed by the photodiode 43 to the transfer channel 44. As described above, it is desirable that the transfer gate electrode 51 has a resistance as low as possible. However, if the phosphorus doping amount is increased for the purpose of lowering the resistance, the breakdown voltage of the interlayer film 52 formed by oxidizing the surface of the transfer gate electrode 51 is deteriorated, so the phosphorus doping amount is preferably set to the above value. An interlayer film 52 made of a polysilicon oxide film is grown on the surface of the transfer gate electrode 51.

【0047】層間膜52はパイロ酸化法により転送ゲー
ト電極51の表面を酸化して成長されている。層間膜5
2の膜厚は約200nmである。層間膜52は、層間膜
の耐圧を確保するために形成されている。また、転送ゲ
ート電極51を形成するときのエッチングで生じたポリ
シリコン膜のエッチング残りによって、駆動電圧を印加
した際、ポリシリコン膜のエッチング残りを通してリー
クが生じる。層間膜52の形成時に、このようなポリシ
リコンエッチング残りを焼き切ることで、リークを防ぐ
ことができる。転送ゲート電極51に印加される4相の
駆動パルスは、−7Vと0Vと+15Vのレベルを変化
するので、層間膜52は最大電圧差22V以上の耐圧を
もつ。
The interlayer film 52 is grown by oxidizing the surface of the transfer gate electrode 51 by a pyrooxidation method. Interlayer film 5
The film thickness of 2 is about 200 nm. The interlayer film 52 is formed to secure the breakdown voltage of the interlayer film. Further, due to the etching residue of the polysilicon film generated by the etching when forming the transfer gate electrode 51, a leak occurs through the etching residue of the polysilicon film when a drive voltage is applied. Leakage can be prevented by burning off the polysilicon etching residue when forming the interlayer film 52. Since the four-phase drive pulse applied to the transfer gate electrode 51 changes the level of -7V, 0V, and + 15V, the interlayer film 52 has a breakdown voltage of 22V or more of the maximum voltage difference.

【0048】層間膜52の表面には層間膜53がシリコ
ン酸化膜により形成されている。層間膜53の膜厚は約
100nmである。層間膜53はCVD法によって形成
される。層間膜53は、層間膜52を形成するポリシリ
コン酸化膜にピンホール等が存在し、局部的に耐圧が弱
くなることを防止するために形成される。
An interlayer film 53 is formed of a silicon oxide film on the surface of the interlayer film 52. The film thickness of the interlayer film 53 is about 100 nm. The interlayer film 53 is formed by the CVD method. The interlayer film 53 is formed to prevent the breakdown voltage from locally weakening due to the presence of pinholes or the like in the polysilicon oxide film forming the interlayer film 52.

【0049】転送チャンネル44に光が入射してスミア
成分となることを避けるために、遮光膜54が形成され
る。遮光膜54上と遮光膜54の開口領域では層間膜5
3上とには、層間絶縁膜55が設けられる。層間絶縁膜
55の膜厚は200nmである。
A light shielding film 54 is formed in order to prevent light from entering the transfer channel 44 and becoming a smear component. The interlayer film 5 is formed on the light-shielding film 54 and in the opening region of the light-shielding film 54.
An interlayer insulating film 55 is provided on the upper side. The film thickness of the interlayer insulating film 55 is 200 nm.

【0050】図8〜図13はCCD固体撮像素子に上記
の技術を適用した場合の製造工程断面図である。
8 to 13 are sectional views of manufacturing steps when the above-described technique is applied to a CCD solid-state image pickup device.

【0051】まず、N型半導体基板61の主表面上に約
100nmの熱酸化膜62を形成する。N型半導体基板
61上にフォトレジストを塗布し(図示せず)、第一の
P型拡散層63領域を露光・現像してレジストパターン
を形成する。このレジストパターンをマスクとしてボロ
ンイオンを注入する。このときのイオン注入条件は、加
速電圧を100keV、注入量を約1012cm-2とし
た。この後、N2雰囲気中において温度1100℃以上
で数時間熱処理を行い、注入したボロンをN型半導体基
板61内に深さ約5μmまで拡散させて、第一のP型拡
散層63を形成する。同時に、この熱処理によってイオ
ン注入されたボロンを活性化させる(図8)。
First, a thermal oxide film 62 of about 100 nm is formed on the main surface of N type semiconductor substrate 61. A photoresist is applied on the N-type semiconductor substrate 61 (not shown), and the first P-type diffusion layer 63 region is exposed and developed to form a resist pattern. Boron ions are implanted using this resist pattern as a mask. The ion implantation conditions at this time were an accelerating voltage of 100 keV and an implantation dose of about 10 12 cm -2 . After that, heat treatment is performed in an N 2 atmosphere at a temperature of 1100 ° C. or higher for several hours to diffuse the implanted boron into the N-type semiconductor substrate 61 to a depth of about 5 μm to form a first P-type diffusion layer 63. . At the same time, this heat treatment activates the ion-implanted boron (FIG. 8).

【0052】次に、N型半導体基板61上にフォトレジ
ストを塗布し(図示せず)、フォトダイオード64を形
成する領域を露光・現像してレジストパターンを形成す
る。このレジストパターンをマスクにリンイオンを注入
する。このときのイオン注入条件は、加速電圧を数10
0keV、注入量を約1012cm-2とした。この後、N
2雰囲気中において1000℃以上の温度で熱処理をす
る。これによってフォトダイオード64の注入深さは約
2μmとなる。このようにして第一のP型拡散層63の
所定領域にフォトダイオード64が形成される。
Next, a photoresist is applied on the N-type semiconductor substrate 61 (not shown), and a region where the photodiode 64 is to be formed is exposed and developed to form a resist pattern. Phosphorus ions are implanted using this resist pattern as a mask. The ion implantation condition at this time is that the acceleration voltage is several tens.
The injection amount was set to 0 keV and the injection amount was set to about 10 12 cm -2 . After this, N
2 Heat treatment at a temperature of 1000 ° C. or higher in an atmosphere. As a result, the implantation depth of the photodiode 64 becomes about 2 μm. In this way, the photodiode 64 is formed in the predetermined region of the first P-type diffusion layer 63.

【0053】次にN型半導体基板61上のレジストを除
去し、再度N型半導体基板61上にフォトレジストを塗
布する(図示せず)。第三のP型拡散層65領域を露光
・現像してレジストパターンを形成する。このレジスト
パターンをマスクにボロンイオンを注入する。このとき
のイオン注入条件は、加速電圧を約100keV、注入
量を1012cm-2とした。これによって、第三のP型拡
散層65の拡散深さは最終的に約1μmとなる。このよ
うにして、P型ウエルである第一のP型拡散層63に、
N型半導体基板61中で発生する雑音となる電荷が転送
チャンネルへ拡散するのを防止する第三のP型拡散層6
5が形成される。
Next, the resist on the N-type semiconductor substrate 61 is removed, and a photoresist is applied again on the N-type semiconductor substrate 61 (not shown). A region of the third P-type diffusion layer 65 is exposed and developed to form a resist pattern. Boron ions are implanted using this resist pattern as a mask. The ion implantation conditions at this time were an accelerating voltage of about 100 keV and an implanting amount of 10 12 cm -2 . As a result, the diffusion depth of the third P-type diffusion layer 65 finally becomes about 1 μm. Thus, the first P-type diffusion layer 63, which is a P-type well,
The third P-type diffusion layer 6 for preventing the electric charge that becomes noise generated in the N-type semiconductor substrate 61 from diffusing into the transfer channel.
5 is formed.

【0054】さらに、N型半導体基板61上のレジスト
パターンを除去し、N型半導体基板61上にフォトレジ
ストを塗布する(図示せず)。転送チャンネル66領域
を露光・現像してレジストパターンを形成する。このレ
ジストパターンをマスクにリンイオンを注入する。この
ときのイオン注入条件は、加速電圧を約100keV、
注入量を1012cm-2とした。これにより、転送チャン
ネル66の拡散深さは約0.5μmとなる。このように
して転送チャンネル66が形成される。
Further, the resist pattern on the N-type semiconductor substrate 61 is removed, and a photoresist is applied on the N-type semiconductor substrate 61 (not shown). The transfer channel 66 area is exposed and developed to form a resist pattern. Phosphorus ions are implanted using this resist pattern as a mask. The ion implantation condition at this time is that the acceleration voltage is about 100 keV,
The injection amount was 10 12 cm -2 . As a result, the diffusion depth of the transfer channel 66 becomes about 0.5 μm. In this way, the transfer channel 66 is formed.

【0055】次にN型半導体基板61上のフォトレジス
トを除去し、再度N型半導体基板61にフォトレジスト
を塗布する(図示せず)。第四のP型拡散層67領域を
露光・現像してレジストパターンを形成する。このレジ
ストパターンをマスクにボロンイオンを注入する。この
ときのイオン注入の条件は、加速電圧を数10keV、
注入量を1012cm-2とした。これにより、第四のP型
拡散層67の注入深さは約1μmとなる。このような条
件で注入することで、フォトダイオード64と転送チャ
ンネル66との間のしきい値電圧を制御することができ
る。このようにして、フォトキャリアをフォトダイオー
ド64から転送チャンネル66に読み出すためのポテン
シャルの制御を行なう第四のP型拡散層67が、フォト
ダイオード64と転送チャンネル66との間に形成され
る。
Next, the photoresist on the N-type semiconductor substrate 61 is removed and the N-type semiconductor substrate 61 is again coated with the photoresist (not shown). The region of the fourth P-type diffusion layer 67 is exposed and developed to form a resist pattern. Boron ions are implanted using this resist pattern as a mask. The conditions for ion implantation at this time are that the acceleration voltage is several tens keV,
The injection amount was 10 12 cm -2 . As a result, the implantation depth of the fourth P-type diffusion layer 67 becomes about 1 μm. By injecting under such conditions, the threshold voltage between the photodiode 64 and the transfer channel 66 can be controlled. In this way, the fourth P-type diffusion layer 67 for controlling the potential for reading out photocarriers from the photodiode 64 to the transfer channel 66 is formed between the photodiode 64 and the transfer channel 66.

【0056】次にN型半導体基板61上のフォトレジス
トを除去し、再度、N型半導体基板61上にフォトレジ
ストを塗布する(図示せず)。第五のP型拡散層68領
域を露光・現像してレジストパターンを形成する。この
レジストパターンにボロンイオンを注入する。このとき
のイオン注入条件は、加速電圧を数10keV、注入量
を約1013cm-2とした。これによって第五のP型拡散
層68の注入深さは約1μmとなる。第五のP型拡散層
68は隣の素子との分離を行うので、動作時に印加され
る電圧で導通してしまわないよう、しきい値電圧を高く
する。この目的で第五のP型拡散層68の不純物濃度を
比較的高めに設定している。特に第四のP型拡散層67
の不純物濃度より高くしておけばよい(図9)。
Next, the photoresist on the N-type semiconductor substrate 61 is removed, and the photoresist is applied again on the N-type semiconductor substrate 61 (not shown). A region of the fifth P-type diffusion layer 68 is exposed and developed to form a resist pattern. Boron ions are implanted into this resist pattern. The ion implantation conditions at this time were an accelerating voltage of several tens keV and an implantation amount of about 10 13 cm -2 . As a result, the implantation depth of the fifth P-type diffusion layer 68 becomes about 1 μm. Since the fifth P-type diffusion layer 68 separates from the adjacent element, the threshold voltage is raised so as not to conduct with the voltage applied during operation. For this purpose, the impurity concentration of the fifth P type diffusion layer 68 is set relatively high. In particular, the fourth P-type diffusion layer 67
It should be higher than the impurity concentration of (FIG. 9).

【0057】次に、ゲート絶縁膜69としてシリコン酸
化膜をパイロ酸化法により約50nm成長する。その上
にポリシリコン膜を減圧CVD法により約600nm成
長し、リンドーピングによりそのシート抵抗を約10Ω
にする。このポリシリコン膜上にフォトレジストを塗布
し、露光・現像を行って転送ゲート電極70のレジスト
パターンを形成する。このレジストパターンをマスクと
して、ポリシリコン膜を弗素系ガスとクロロフルオロカ
ーボン系ガスとの混合雰囲気中で反応性イオンエッチン
グし、転送ゲート電極60を形成する。
Next, a silicon oxide film as the gate insulating film 69 is grown to a thickness of about 50 nm by the pyro oxidation method. A polysilicon film is grown on it by about 600 nm by a low pressure CVD method, and its sheet resistance is about 10 Ω by phosphorus doping.
To A photoresist is applied on this polysilicon film, and exposure and development are performed to form a resist pattern of the transfer gate electrode 70. Using this resist pattern as a mask, the polysilicon film is subjected to reactive ion etching in a mixed atmosphere of a fluorine-based gas and a chlorofluorocarbon-based gas to form a transfer gate electrode 60.

【0058】この後、レジストパターンを除去し、膜厚
約300nmの層間膜71を成長させる。この上からボ
ロンイオンビーム72により表面高濃度の第二のP型拡
散層73を形成する。このとき、転送ゲート電極70の
ポリシリコンを酸化して形成された層間膜71と転送ゲ
ート電極70の両方をマスクとして開口部に注入する
(図10)。
After that, the resist pattern is removed and an interlayer film 71 having a film thickness of about 300 nm is grown. From above, a second P-type diffusion layer 73 having a high surface concentration is formed by the boron ion beam 72. At this time, both the interlayer film 71 formed by oxidizing the polysilicon of the transfer gate electrode 70 and the transfer gate electrode 70 are used as masks to inject into the openings (FIG. 10).

【0059】次に、同様のマスクにより弗素イオンビー
ム74で注入することで、弗素拡散層75を形成する。
この後熱処理によって第三のP型拡散層73を熱拡散す
る。
Then, a fluorine diffusion layer 75 is formed by implanting with a fluorine ion beam 74 using the same mask.
After that, the third P-type diffusion layer 73 is thermally diffused by heat treatment.

【0060】このときのボロンの注入は先ほど示した条
件で行なった。また、弗素のイオン注入に関しては、加
速エネルギーを30keV、ドーズ量を3×1013cm
ー2とした(図11)。
The implantation of boron at this time was performed under the conditions shown above. Regarding the fluorine ion implantation, the acceleration energy is 30 keV and the dose is 3 × 10 13 cm.
-2 (Fig. 11).

【0061】次に、シリコン酸化膜である層間膜76を
全面に成長し、さらに遮光膜77であるアルミニウム膜
を成長する。遮光膜77は、スパッタ法によって堆積す
る。このように成長したアルミニウム膜上にフォトレジ
ストを塗布し(図示せず)、露光・現像により遮光膜7
7のレジストパターンを形成する。このレジストパター
ンをマスクとして弗素系ガスとクロロフルオロカーボン
系ガスとの混合雰囲気中で反応性イオンエッチングを行
ない、遮光膜77を形成する(図12)。
Next, an interlayer film 76 which is a silicon oxide film is grown on the entire surface, and an aluminum film which is a light shielding film 77 is further grown. The light shielding film 77 is deposited by the sputtering method. A photoresist is applied onto the aluminum film thus grown (not shown), and the light-shielding film 7 is exposed and developed.
A resist pattern of No. 7 is formed. Using this resist pattern as a mask, reactive ion etching is performed in a mixed atmosphere of a fluorine-based gas and a chlorofluorocarbon-based gas to form a light shielding film 77 (FIG. 12).

【0062】次に、シランガスとフォスフィンガスとジ
ボランガスとの混合ガスを用いた常圧CVD法により、
層間絶縁膜78となるBPSG膜を形成する。シランガ
スとフォスフィンガスとジボランガスとの混合比は、こ
のBPSG膜におけるボロンおよびリンの濃度がそれぞ
れ約3wt%および約6wt%となるように設定した。
このBPSG膜の膜厚は約600nmである。次に、N
2雰囲気中で900℃の熱処理を加えてこのBPSG膜
にフローを起こさせて、層間絶縁膜78の最上面を平坦
化する。900℃以上の温度で熱処理を行うと、これま
でにN型半導体基板51に形成した拡散層の不純物濃度
分布が変化して、固体撮像装置の読出し特性や飽和出力
値が低下する。
Next, by an atmospheric pressure CVD method using a mixed gas of silane gas, phosphine gas and diborane gas,
A BPSG film to be the interlayer insulating film 78 is formed. The mixing ratio of the silane gas, the phosphine gas, and the diborane gas was set so that the concentrations of boron and phosphorus in the BPSG film were about 3 wt% and about 6 wt%, respectively.
The film thickness of this BPSG film is about 600 nm. Then N
In addition to a heat treatment of 900 ° C. in a 2 atmosphere to cause a flow in the BPSG film, to planarize the top surface of the interlayer insulating film 78. When the heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. or more, the impurity concentration distribution of the diffusion layer formed on the N-type semiconductor substrate 51 changes so far, and the read characteristics and the saturation output value of the solid-state imaging device are reduced.

【0063】次に、層間絶縁膜78上に色フィルター7
9を形成し、さらに最上部にマイクロレンズ80を形成
する(図13)。
Next, the color filter 7 is formed on the interlayer insulating film 78.
9 is formed, and the micro lens 80 is further formed on the uppermost part (FIG. 13).

【0064】このようなCCD固体撮像装置に弗素イオ
ン注入を適用した場合としない場合の白傷の発生数は、
弗素を導入したときの方が弗素を導入しなかった比較品
に比して1/3であることが確認できた。また、1×1
14cm-2のドーズ量でも効果が認められた。ただし、
加速エネルギー40keVでは1×1014cm-2のドー
ズ量を越えると、白傷が増加することを確認できた。
The number of white scratches generated with and without applying fluorine ion implantation to such a CCD solid-state imaging device is
It was confirmed that the amount of fluorine introduced was 1/3 that of the comparative product in which no fluorine was introduced. Also, 1 × 1
The effect was recognized even at a dose of 0 14 cm -2 . However,
It was confirmed that with an acceleration energy of 40 keV, white scratches increased when the dose amount of 1 × 10 14 cm −2 was exceeded.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、弗素を、ボロンの空乏
化層に注入欠陥の影響なきように注入することによっ
て、界面準位の低減によるリーク電流の低減が実現でき
る。
According to the present invention, by injecting fluorine into the boron depletion layer without the influence of injection defects, it is possible to reduce the leak current by reducing the interface state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程順断面図
1A to 1C are cross-sectional views in order of steps, illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程順断面図
2A to 2C are cross-sectional views in order of the processes, for illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程順断面図
3A to 3D are cross-sectional views in order of the processes, for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図4】弗素の注入エネルギーとリーク電流の関係を示
す図
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between fluorine implantation energy and leakage current.

【図5】ボロンと弗素のイオン注入時のシリコン基板内
の不純物濃度分布を示す図
FIG. 5 is a diagram showing an impurity concentration distribution in a silicon substrate when boron and fluorine ions are implanted.

【図6】弗素のイオン注入における欠陥の深さ方向の分
布を示す図
FIG. 6 is a diagram showing the distribution of defects in the depth direction in fluorine ion implantation.

【図7】本発明の固体撮像装置を説明するための素子断
面図
FIG. 7 is an element cross-sectional view for explaining the solid-state imaging device of the present invention.

【図8】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
8A to 8C are cross-sectional views in order of the steps, for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図9】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
9A to 9C are sectional views in order of the processes, for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図10】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明する
ための工程順断面図
10A to 10C are cross-sectional views in order of the processes, for illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図11】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明する
ための工程順断面図
11A to 11C are cross-sectional views in order of the processes, for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図12】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明する
ための工程順断面図
FIG. 12 is a cross-sectional view in order of the steps, for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図13】本発明の固体撮像装置の製造方法を説明する
ための工程順断面図
13A to 13C are cross-sectional views in order of the steps, for illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention.

【図14】従来の半導体装置の製造方法を説明する工程
順断面図
FIG. 14 is a cross-sectional view in order of the processes, illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図15】従来の半導体装置の製造方法を説明する工程
順断面図
FIG. 15 is a cross-sectional view in order of the steps, illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図16】従来の固体撮像装置を説明するための素子断
面図
FIG. 16 is an element cross-sectional view for explaining a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 シリコン基板 22 絶縁膜 23 レジストパターン 24 リンイオンビーム 25 フォトダイオード 26 チャンネルストッパー領域 27 絶縁膜 28 堆積酸化膜 29 ボロンイオンビーム 30 P型拡散層 31 弗素イオンビーム 32 拡散層 21 Silicon Substrate 22 Insulating Film 23 Resist Pattern 24 Phosphorus Ion Beam 25 Photodiode 26 Channel Stopper Region 27 Insulating Film 28 Deposited Oxide Film 29 Boron Ion Beam 30 P-Type Diffusion Layer 31 Fluorine Ion Beam 32 Diffusion Layer

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板に一導電型のフォトダイオード
を形成する工程と、前記フォトダイオードの前記半導体
基板表面に前記フォトダイオードと逆導電型の拡散層を
形成する工程と、前記拡散層内に弗素イオンを導入する
工程とを少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A step of forming a photodiode of one conductivity type on a semiconductor substrate, a step of forming a diffusion layer of a conductivity type opposite to that of the photodiode on the surface of the semiconductor substrate of the photodiode, and a step of forming a diffusion layer in the diffusion layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of introducing fluorine ions.
【請求項2】前記弗素イオンの導入によって、前記フォ
トダイオードの電気的特性の劣化がないことを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the introduction of the fluorine ions does not deteriorate the electrical characteristics of the photodiode.
【請求項3】前記弗素イオンの導入工程と前記拡散層を
形成する工程との間に高温熱処理を入れることなく連続
して行なうことを特徴とする請求項2に記載の半導体装
置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of introducing the fluorine ions and the step of forming the diffusion layer are continuously performed without a high temperature heat treatment.
【請求項4】前記弗素イオンを前記拡散層における前記
半導体基板表面に導入することを特徴とする請求項2に
記載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the fluorine ions are introduced into the surface of the semiconductor substrate in the diffusion layer.
【請求項5】前記弗素イオンの導入を前記半導体基板上
に形成された絶縁膜を通してイオン注入で行い、かつ前
記イオン注入により少なくとも前記弗素イオンの注入量
の極大値の位置が、前記絶縁膜内の位置となる加速エネ
ルギーで行なうことを特徴とする請求項2に記載の半導
体装置の製造方法。
5. The introduction of the fluorine ions is carried out by ion implantation through an insulating film formed on the semiconductor substrate, and at least the maximum value of the implantation amount of the fluorine ions by the ion implantation is within the insulating film. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the acceleration energy at the position of is used.
【請求項6】前記イオン注入で前記半導体基板内に発生
する欠陥量が前記拡散層を形成する際に発生する欠陥量
に比べて十分に小さいことを特徴とする請求項2に記載
の半導体装置の製造方法。
6. The semiconductor device according to claim 2, wherein the amount of defects generated in the semiconductor substrate by the ion implantation is sufficiently smaller than the amount of defects generated when the diffusion layer is formed. Manufacturing method.
【請求項7】半導体基板と、前記半導体基板に形成され
た一導電型のフォトダイオードと、前記フォトダイオー
ドに対して所定の間隔を設けて前記半導体基板に形成さ
れた転送チャンネルと、前記半導体基板上にゲート絶縁
膜を介して形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲー
ト電極上に形成された層間膜と、前記転送チャンネルを
遮光する前記層間膜上に形成された遮光膜と、前記遮光
膜上に層間絶縁膜を形成し、前記フォトダイオードの表
面に前記フォトダイオードと逆導電型の第一の拡散層が
形成されており、さらに前記拡散層表面に弗素を不純物
とする第二の拡散層が形成されていることを特徴とする
固体撮像装置。
7. A semiconductor substrate, a photodiode of one conductivity type formed on the semiconductor substrate, a transfer channel formed on the semiconductor substrate at a predetermined distance from the photodiode, and the semiconductor substrate. A transfer gate electrode formed over the gate insulating film, an interlayer film formed on the transfer gate electrode, a light shielding film formed on the interlayer film for shielding the transfer channel, and the light shielding film An interlayer insulating film is formed thereon, a first diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the photodiode is formed on the surface of the photodiode, and a second diffusion layer having fluorine as an impurity is formed on the surface of the diffusion layer. A solid-state image pickup device, comprising:
【請求項8】前記転送ゲート電極に印加される電圧が4
相の駆動パルスで動作することを特徴とする請求項7記
載の固体撮像装置。
8. The voltage applied to the transfer gate electrode is 4
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the solid-state imaging device operates with a phase drive pulse.
【請求項9】前記転送チャンネルを囲むようにP型拡散
層が設けられた、Hi−C構造であることを特徴とする
請求項7記載の固体撮像装置。
9. The solid-state image pickup device according to claim 7, wherein the P-type diffusion layer is provided so as to surround the transfer channel and has a Hi-C structure.
【請求項10】半導体基板に一導電型のフォトダイオー
ドを形成する工程と、前記半導体基板に前記フォトダイ
オードに対して所定の間隔を設けて転送チャンネルを形
成する工程と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜を介して前記転送チャン
ネル上に転送ゲート電極を形成する工程と、前記転送ゲ
ート電極上に層間膜を形成する工程と、前記層間膜上か
ら前記フォトダイオードと逆導電型の不純物と弗素を同
時に、あるいは交互にイオン注入してそれぞれの拡散層
を形成する工程と、前記転送チャンネルを遮光する遮光
膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする固体撮像
装置の製造方法。
10. A step of forming a photodiode of one conductivity type on a semiconductor substrate, a step of forming a transfer channel on the semiconductor substrate with a predetermined distance from the photodiode, and a gate on the semiconductor substrate. Forming an insulating film; forming a transfer gate electrode on the transfer channel via the gate insulating film; forming an interlayer film on the transfer gate electrode; The present invention is characterized by including a step of forming a diffusion layer by ion-implanting an impurity of opposite conductivity type with a diode and fluorine at the same time or alternately, and a step of forming a light-shielding film that shields the transfer channel. Manufacturing method of solid-state imaging device.
【請求項11】前記弗素のイオン注入によって、前記フ
ォトダイオードの電気的特性の劣化がないことを特徴と
する請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a solid-state image pickup device according to claim 10, wherein electrical characteristics of the photodiode are not deteriorated by the fluorine ion implantation.
【請求項12】前記弗素のイオン注入による拡散層の深
さが前記逆導電型の不純物のイオン注入による拡散層の
それより浅いことを特徴とする請求項10に記載の固体
撮像装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a solid-state image pickup device according to claim 10, wherein the depth of the diffusion layer formed by ion implantation of fluorine is shallower than that of the diffusion layer formed by ion implantation of impurities of the opposite conductivity type. .
【請求項13】前記弗素のイオン注入により少なくとも
前記弗素のイオン注入量の極大値の位置が、前記ゲート
絶縁膜内の位置となる加速エネルギーで行なうことを特
徴とする請求項10に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. The solid according to claim 10, wherein at least the position of the maximum value of the ion implantation amount of fluorine by the ion implantation of fluorine is at an acceleration energy that is a position in the gate insulating film. Manufacturing method of imaging device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0983009A (en) * 1994-08-24 1997-03-28 Seiko Instr Inc Fabrication of semiconductor photoelectric conversion element
US6262522B1 (en) 1995-06-15 2001-07-17 Denso Corporation Spark plug for internal combustion engine

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