JPH0685310A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH0685310A
JPH0685310A JP4233425A JP23342592A JPH0685310A JP H0685310 A JPH0685310 A JP H0685310A JP 4233425 A JP4233425 A JP 4233425A JP 23342592 A JP23342592 A JP 23342592A JP H0685310 A JPH0685310 A JP H0685310A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
photodiode
silicon substrate
oxide film
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP4233425A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Fujii
眞治 藤井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the leakage current from a photodiode. CONSTITUTION:A channel stopper layer 13 is formed on a silicon substrate 11. A titanium film 14 is formed thereon using a photoresist layer 15 as a mask. An n-type diffusion layer 12 is formed by ion implantation. Thereafter, the titanium film 14 is selectively left. An oxide film 18 is formed, and a heat treatment is performed. The titanium film 14 is turned into a titanium silicide layer 17 through the heat treatment.

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、半導体装置の製造方
法、特に、固体撮像素子に用いられるフォトダイオード
の漏れ電流の低減化に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to reduction of leakage current of a photodiode used in a solid-state image pickup device.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を電荷に変換するシリコンフォトダイ
オードを形成する場合、シリコン表面では、格子構造が
不連続となっている。このため、多数の表面準位および
生成−再結合中心が存在する。これらのエネルギー準位
では発生再結合電流が増大し暗電流となって特性の劣化
をまねく。そのため、シリコンフォトダイオード表面
(N型)に反対の導電型(P+層)の正孔蓄積層を形成
して、フォトダイオードの空乏領域がシリコン表面に達
しないようにする方法が、一般に用いられていることが
例えば、木内 雄二著:イメージセンサの基礎と応用、
p.154,(1991),日刊工業新聞社に述べられ
ている。
2. Description of the Related Art When forming a silicon photodiode that converts light into electric charges, the lattice structure is discontinuous on the silicon surface. Because of this, there are many surface states and production-recombination centers. At these energy levels, the generated recombination current increases and becomes a dark current, resulting in deterioration of characteristics. Therefore, a method of forming a hole accumulation layer of the opposite conductivity type (P + layer) on the surface of the silicon photodiode (N type) so that the depletion region of the photodiode does not reach the silicon surface is generally used. For example, Yuji Kiuchi: Basics and applications of image sensors,
p. 154 (1991), Nikkan Kogyo Shimbun.

【0003】以下、従来例について図面を用いて説明す
る。図4は従来例の製造工程を説明する図である。図4
において、1はP型シリコン基板、2はN型拡散層、3
はチャネルストップ層、4は厚さ100nmの酸化膜、
5は厚さ1.0μmのフォトレジスト層、6はリンイオ
ンビーム、7はボロンイオンビーム、8は正孔蓄積層で
ある。
A conventional example will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of a conventional example. Figure 4
In the figure, 1 is a P-type silicon substrate, 2 is an N-type diffusion layer, 3
Is a channel stop layer, 4 is a 100 nm-thick oxide film,
Reference numeral 5 is a 1.0 μm thick photoresist layer, 6 is a phosphorus ion beam, 7 is a boron ion beam, and 8 is a hole storage layer.

【0004】図4(a)において、P型シリコン基板1
上にチャネルストッパのためのP型領域のチャネルスト
ップ層3をボロンを加速エネルギー40keV、注入量
1×1013cm-2で注入し、形成する。厚さ100nmの
熱酸化膜である酸化膜4およびフォトレジスト層5上よ
り選択的にフォトダイオード形成のための比較的薄い濃
度のN型拡散層2をリンイオンビーム6を用いて形成す
る。この時のイオン注入条件は、加速エネルギー200
keV、注入量2×1013cm-2で行う。次に、図4
(b)において、ボロンビーム7を用いて比較的高濃度
のP型の正孔蓄積層8を形成する。この時のイオン注入
条件は、加速エネルギー35keV、注入量1×1014
cm-2で行う。正孔蓄積層8を形成する理由は、フォトダ
イオードは、P型シリコン基板1とN型拡散層2とを逆
バイアスして、それを空乏状態で使用する。空乏状態の
領域はN型拡散層2と酸化膜4の界面にまで達する。N
型拡散層2と酸化膜4の界面では、格子構造が不連続と
なっており、暗電流の発生源となる多数の界面準位およ
び生成−再結合中心が存在している。このため、正孔蓄
積層8をN型拡散層2と酸化膜4の間に設けているの
は、N型拡散層2と酸化膜4の界面に至るまで、N型拡
散層2の空乏状態の領域が達しないようにするためであ
る。
In FIG. 4A, a P-type silicon substrate 1
A channel stop layer 3 of a P-type region for a channel stopper is formed thereon by implanting boron with an acceleration energy of 40 keV and an implantation dose of 1 × 10 13 cm -2 . A relatively thin concentration N-type diffusion layer 2 for forming a photodiode is selectively formed on the oxide film 4 which is a thermal oxide film having a thickness of 100 nm and the photoresist layer 5 by using a phosphorus ion beam 6. The ion implantation conditions at this time are acceleration energy of 200.
It is performed with keV and an injection amount of 2 × 10 13 cm −2 . Next, FIG.
In (b), the boron beam 7 is used to form a P-type hole accumulation layer 8 having a relatively high concentration. Ion implantation conditions at this time are: acceleration energy 35 keV, implantation amount 1 × 10 14.
Do it in cm -2 . The reason for forming the hole storage layer 8 is that the photodiode reversely biases the P-type silicon substrate 1 and the N-type diffusion layer 2 and uses them in a depleted state. The depleted region reaches the interface between the N-type diffusion layer 2 and the oxide film 4. N
At the interface between the type diffusion layer 2 and the oxide film 4, the lattice structure is discontinuous, and there are many interface states and generation-recombination centers that are sources of dark current. For this reason, the hole accumulation layer 8 is provided between the N-type diffusion layer 2 and the oxide film 4 because the depletion state of the N-type diffusion layer 2 is extended to the interface between the N-type diffusion layer 2 and the oxide film 4. This is to prevent the area of.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボロン
ビーム7によって形成された正孔蓄積層8は、1×10
17cm-3を越えるボロン濃度である。このため、非常に多
くの結晶欠陥が発生し、新たに漏れ電流の発生の原因と
なる。このようにフォトダイオードの特性を劣化させる
という問題点を有していた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, boron
The hole accumulation layer 8 formed by the beam 7 is 1 × 10
17cm-3The concentration of boron exceeds. For this reason,
Crystal defects occur, which may cause a new leakage current.
Become. In this way, the characteristics of the photodiode are degraded.
Had the problem.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型の
シリコン基板または第1導電型のウェルを有するシリコ
ン基板上に、第2の導電型の不純物を導入してフォトダ
イオードを形成する工程と、前記フォトダイオードの前
記シリコン基板表面上に高融点金属を堆積する工程と、
熱処理によって前記高融点金属をシリサイド化する工程
を備えている。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a first conductivity type silicon substrate or a silicon substrate having a first conductivity type well. A step of introducing a second conductivity type impurity to form a photodiode, and a step of depositing a refractory metal on the surface of the silicon substrate of the photodiode.
A step of siliciding the refractory metal by heat treatment is provided.

【0007】また、前記熱処理に、不活性ガス中での急
速加熱焼き鈍しを用いている。
Further, rapid heat annealing in an inert gas is used for the heat treatment.

【0008】[0008]

【作用】本発明は、前記した方法によりフォトダイオー
ドの表面に高融点金属を堆積させ、熱処理を行いシリサ
イド化された領域を形成することによって、フォトダイ
オードのN型拡散層の空乏状態の領域がシリサイド化さ
れた領域で停止し、多数の界面準位および生成−再結合
中心が存在するシリコン/酸化膜界面に達しないように
できる。これによってシリコン/酸化膜界面において発
生する暗電流の影響がフォトダイオードのN型の空乏層
領域に及ばないようにすることができる。
According to the present invention, a refractory metal is deposited on the surface of the photodiode by the above-described method, and heat treatment is performed to form a silicided region, so that the depleted region of the N-type diffusion layer of the photodiode is removed. It is possible to stop at the silicided regions and not reach the silicon / oxide interface where many interface states and production-recombination centers are present. This can prevent the influence of the dark current generated at the silicon / oxide film interface from reaching the N-type depletion layer region of the photodiode.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例の製造工程を説
明する図である。図1において、11はP型シリコン基
板、12はN型拡散層、13はチャネルストップ層、1
4は厚さ10nmのチタン膜、15は厚さ1.0μmの
フォトレジスト層、16はリンイオンビーム、17は厚
さ15nmのチタンシリサイド層、18は厚さ100n
mの酸化膜である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram for explaining the manufacturing process of the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is a P-type silicon substrate, 12 is an N-type diffusion layer, 13 is a channel stop layer, 1
4 is a 10 nm thick titanium film, 15 is a 1.0 μm thick photoresist layer, 16 is a phosphorus ion beam, 17 is a 15 nm thick titanium silicide layer, and 18 is 100 n thick.
m oxide film.

【0010】図1(a)において、P型シリコン基板1
1上にP型のチャネルストップ層13をボロンを加速エ
ネルギー40keV、注入量1×1013cm-2で注入し、
形成する。厚さ10nmのチタン膜14をフォトレジス
ト層15上より直流マグネトロンスパッタ法によって堆
積する。次いで、選択的にフォトダイオード形成のため
の比較的薄い濃度のN型拡散層12をリンイオンビーム
16を用いて加速エネルギー200keV、注入量2×
13cm-2で形成する。次に、フォトレジスト層15を発煙
硝酸洗浄によって除去するとフォトレジスト層15上の
チタン膜14はリフトオフされて、図1(b)に示すよ
うにN型不純物層上に選択的にチタン膜14が残る。そ
の後、図1(c)に示すように、厚さ100nm熱酸化
膜17を乾燥酸素雰囲気中で1100℃ 30分の処理
を行うことによって形成する。このとき、同時にチタン
膜14は厚さ15nmのチタンシリサイド層17に変化
する。チタンシリサイド層17と酸化膜18の境では格
子構造が不連続となり、多数の界面準位および生成−再
結合中心が存在する。しかし、フォトダイオードを、P
型シリコン基板11とN型拡散層12とに逆バイアスを
印加し、空乏状態にして使用する場合、チタンシリサイ
ド層17と酸化膜18との界面に至るまで、N型拡散層
12の空乏状態の領域が達しないために、チタンシリサ
イド層17と酸化膜18の界面からの影響を受けない。
In FIG. 1A, a P-type silicon substrate 1
A P-type channel stop layer 13 was implanted on the substrate 1 with boron at an acceleration energy of 40 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 .
Form. A titanium film 14 having a thickness of 10 nm is deposited on the photoresist layer 15 by the DC magnetron sputtering method. Next, the N type diffusion layer 12 having a relatively low concentration for selectively forming a photodiode is accelerated by using a phosphorus ion beam 16 at an acceleration energy of 200 keV and an implantation amount of 2 ×.
Formed at 13 cm -2 . Next, when the photoresist layer 15 is removed by fuming nitric acid cleaning, the titanium film 14 on the photoresist layer 15 is lifted off, and the titanium film 14 is selectively formed on the N-type impurity layer as shown in FIG. 1B. Remain. Then, as shown in FIG. 1C, a thermal oxide film 17 having a thickness of 100 nm is formed by performing a treatment at 1100 ° C. for 30 minutes in a dry oxygen atmosphere. At this time, at the same time, the titanium film 14 changes into a titanium silicide layer 17 having a thickness of 15 nm. At the boundary between the titanium silicide layer 17 and the oxide film 18, the lattice structure becomes discontinuous, and there are many interface states and generation-recombination centers. However, if the photodiode is
When a reverse bias is applied to the n-type silicon substrate 11 and the n-type diffusion layer 12 to use them in a depleted state, the n-type diffusion layer 12 is depleted up to the interface between the titanium silicide layer 17 and the oxide film 18. Since the region does not reach, it is not affected by the interface between the titanium silicide layer 17 and the oxide film 18.

【0011】図2は本発明の第2の実施例の製造工程を
説明する図である。図2において、21はP型シリコン
基板、22はN型拡散層、23はチャネルストップ層、
24は厚さ10nmのチタン膜、25は厚さ1.0μm
のフォトレジスト層、26はリンイオンビームである。
27は厚さ12nmのチタンシリサイド層、28は厚さ
100nmの酸化膜である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the manufacturing process of the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, 21 is a P-type silicon substrate, 22 is an N-type diffusion layer, 23 is a channel stop layer,
24 is a titanium film having a thickness of 10 nm, 25 is a thickness of 1.0 μm
Of photoresist layer 26 is a phosphorus ion beam.
Reference numeral 27 is a 12 nm thick titanium silicide layer, and 28 is a 100 nm thick oxide film.

【0012】図2(a)において、P型シリコン基板2
1上にP型のチャネルストップ層23をボロンを加速エ
ネルギー40keV、注入量1×1013cm-2で注入し、
形成する。厚さ10nmのチタン膜24をフォトレジス
ト層25上より直流マグネトロンスパッタ法によって堆
積する。次いで、選択的にフォトダイオード形成のため
の比較的薄い濃度のN型拡散層22をリンイオンビーム
26を用いて加速エネルギー200keV、注入量2×
1013cm-2で形成する。次に、フォトレジスト層25を
発煙硝酸洗浄によって除去するとフォトレジスト層25
上のチタン膜24はリフトオフされて、図2(b)に示
すようにN型不純物層22上に選択的にチタン膜24を
残すことができる。次いで、図2(c)に示すように、
窒素雰囲気中で700℃ 30秒の急速加熱焼き鈍し
(RTA)処理を行うことによって、チタン膜14は厚
さ12nmのチタンシリサイド層17に変化させる。そ
の後、図2(d)に示すように、厚さ100nm熱酸化
膜17を乾燥酸素雰囲気中で1100℃ 30分の処理
を行うことによって形成する。この第2の実施例におい
て、暗電流が減少する理由は第1の実施例の場合と同様
である。しかし、第1の実施例に比べて、予め、チタン
シリサイド層27を形成した後に熱酸化膜28を形成す
るため、チタンシリサイド層27の上に形成される熱酸
化膜28は、チタンの混入の少ない良質な酸化膜が得ら
れる。
In FIG. 2A, a P-type silicon substrate 2
A P-type channel stop layer 23 was implanted on the substrate 1 with boron at an acceleration energy of 40 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 .
Form. A titanium film 24 having a thickness of 10 nm is deposited on the photoresist layer 25 by the DC magnetron sputtering method. Next, the N type diffusion layer 22 having a relatively low concentration for selectively forming a photodiode is formed by using a phosphorus ion beam 26 with an acceleration energy of 200 keV and an implantation amount of 2 ×.
It is formed with 10 13 cm -2 . Next, when the photoresist layer 25 is removed by fuming nitric acid cleaning, the photoresist layer 25 is removed.
The upper titanium film 24 is lifted off, and the titanium film 24 can be selectively left on the N-type impurity layer 22 as shown in FIG. 2B. Then, as shown in FIG.
By performing rapid thermal annealing (RTA) at 700 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere, the titanium film 14 is changed to a titanium silicide layer 17 having a thickness of 12 nm. Thereafter, as shown in FIG. 2D, a 100 nm-thick thermal oxide film 17 is formed by performing a treatment at 1100 ° C. for 30 minutes in a dry oxygen atmosphere. The reason why the dark current decreases in the second embodiment is the same as in the first embodiment. However, as compared with the first embodiment, the thermal oxide film 28 is formed after the titanium silicide layer 27 is formed in advance. Therefore, the thermal oxide film 28 formed on the titanium silicide layer 27 is not mixed with titanium. A small amount of good quality oxide film can be obtained.

【0013】図3に本発明の第1、2の実施例を用いて
形成したフォトダイオード部の漏れ電流に関する歩留ま
りを改善したデータを示す。図3において白丸はフォト
ダイオード部に5Vの逆バイアスを印加した場合、黒丸
はフォトダイオード部に20Vの逆バイアスを印加した
場合を示す。本発明によって形成した試料では、漏れ電
流に関して著しい改善効果が見られた。
FIG. 3 shows data for improving the yield regarding the leakage current of the photodiode portion formed by using the first and second embodiments of the present invention. In FIG. 3, white circles indicate the case where a reverse bias of 5V is applied to the photodiode portion, and black circles indicate the case where a reverse bias of 20V is applied to the photodiode portion. The sample formed according to the present invention showed a significant improvement effect on the leakage current.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子に用いられるフォトダイオードの漏れ電流
を低減化することができその実用的効果は大きい。
As described above, according to the present invention,
The leakage current of the photodiode used in the solid-state image sensor can be reduced, and its practical effect is great.

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

【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方法
の工程順断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view in order of steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造方法
の工程順断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view in order of the steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明によるフォトダイオードの漏れ電流にお
ける歩留まりの関係を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a yield relationship in a leakage current of a photodiode according to the present invention.

【図4】従来例の半導体装置の製造方法の工程順断面図4A to 4C are cross-sectional views in order of steps of a method for manufacturing a semiconductor device of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 拡散層 13 チャネルストップ層 14 チタン膜 15 フォトレジスト層 16 リンイオンビーム 17 チタンシリサイド層 18 酸化膜 11 Silicon Substrate 12 Diffusion Layer 13 Channel Stop Layer 14 Titanium Film 15 Photoresist Layer 16 Phosphorus Ion Beam 17 Titanium Silicide Layer 18 Oxide Film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/08 331 B 9054−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 27/08 331 B 9054-4M

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型のシリコン基板または第1導電
型のウェルを有するシリコン基板上に第2導電型の不純
物を導入して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シリコン基板表面上に高融点金
属を堆積する工程と、熱処理によって前記高融点金属を
シリサイド化する工程を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 by introducing an impurity of a second conductivity type onto a silicon substrate of a first conductivity type or a silicon substrate having a well of the first conductivity type, and the silicon substrate of the photodiode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of depositing a refractory metal on a surface; and a step of silicidizing the refractory metal by heat treatment.
【請求項2】前記高融点金属としてチタン膜を堆積する
ことを特徴とする請求項1に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 a titanium film is deposited as the refractory metal.
【請求項3】前記熱処理に、不活性ガス中での急速加熱
焼き鈍しを用いることを特徴とする請求項1に記載の半
導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein rapid thermal annealing in an inert gas is used for the heat treatment.
JP4233425A 1992-09-01 1992-09-01 Manufacture of semiconductor device Pending JPH0685310A (en)

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