JPH07335852A - Manufacture of photoelectric conversion element and solid-state image sensing element - Google Patents

Manufacture of photoelectric conversion element and solid-state image sensing element

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JPH07335852A
JPH07335852A JP6155485A JP15548594A JPH07335852A JP H07335852 A JPH07335852 A JP H07335852A JP 6155485 A JP6155485 A JP 6155485A JP 15548594 A JP15548594 A JP 15548594A JP H07335852 A JPH07335852 A JP H07335852A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
diffusion region
light receiving
conductivity type
conversion element
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Application number
JP6155485A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Shoda
昌宏 正田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a manufacturing method of a photoelectric conversion element having sensitivity to X-rays and ultraviolet rays. CONSTITUTION:In the manufacturing process of a photoelectric conversion element, a light receiving part diffusion region 13a of a first conducting type for performing photoelectric conversion is formed on a semiconductor substrate 11 in a process (a), and an impurity layer 12 of a second conducting type with which the surface of the light receiving part diffusion region is covered is stuck and formed on the light receiving part diffusion region in a process (b). Thereby, the impurity layer 12 of a second conducting type is thinly formed as compared with the conventional technique.

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、光電変換素子の製造方
法及び、この製造方法による複数の光電変換素子からな
る固体撮像素子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 for manufacturing a photoelectric conversion element and a solid-state image pickup element including a plurality of photoelectric conversion elements manufactured by the manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体技術の進歩により、光の検出ある
いは画像の記録に用いる1次元固体撮像素子さらに2次
元固体撮像素子が開発され、現在は可視光領域で実用に
供されている。固体撮像素子は、1次元あるいは2次元
の像を光電変換素子が配列されて成る受光部で検出し、
その出力を転送して直列に読み出すものである。
2. Description of the Related Art With the progress of semiconductor technology, a one-dimensional solid-state image pickup device for detecting light or recording an image and a two-dimensional solid-state image pickup device have been developed and are now put to practical use in the visible light region. The solid-state image pickup device detects a one-dimensional or two-dimensional image by a light receiving section in which photoelectric conversion elements are arranged,
The output is transferred and read in series.

【0003】近年、画像としての光強度分布を得るため
に複数個の光電変換素子を列状や垂直・水平のマトリク
ス状に配置し、さらに、信号電荷を読み出すための手段
を備えた1次元あるいは2次元の固体撮像素子が開発さ
れ、可視画像の撮像のために工業用から民生用まで使用
されている。2次元の固体撮像素子の1例としてインタ
ーライン転送型CCDの概念図を図6に示す。
In recent years, in order to obtain a light intensity distribution as an image, a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in rows or in a vertical / horizontal matrix, and one-dimensional or means provided with means for reading out signal charges. A two-dimensional solid-state image pickup device has been developed and used for industrial purposes to consumer use for capturing a visible image. FIG. 6 shows a conceptual diagram of an interline transfer CCD as an example of a two-dimensional solid-state image sensor.

【0004】インターライン転送型CCDは、光電変換
素子121を垂直・水平のマトリクス状に配置し、垂直
方向の信号電荷転送手段122と水平方向の信号電荷転
送手段123である電荷結合素子と、光電変換素子12
1から垂直電荷結合素子への信号電荷の読み出しを制御
する手段等(図示せず)で構成されている。
In the interline transfer CCD, photoelectric conversion elements 121 are arranged in a vertical / horizontal matrix, and a charge coupled element which is a vertical signal charge transfer means 122 and a horizontal signal charge transfer means 123, and a photoelectric conversion element. Conversion element 12
1 and the like (not shown) for controlling the readout of the signal charges from the vertical charge coupled device.

【0005】ここで、光の有無や強度を検出するために
用いる光電変換素子の1例を図7に示す。図7におい
て、光電変換素子は、例えば、半導体基板61にP型シ
リコン基板を用い、素子分離を行なうためのP型不純物
濃度の濃いP型拡散領域62とLOCOS(Local oxid
ation of Si )酸化による厚いシリコン酸化膜68を形
成し、次に、光電変換部66にて光電変換を行なう受光
部拡散領域63にN型の不純物を拡散する。しかる後
に、受光部拡散領域63上をシリコン酸化膜68aで覆
い、信号電荷を読み出すための金属配線(64、67)
を形成する事により作成していた。
Here, FIG. 7 shows an example of a photoelectric conversion element used for detecting the presence or absence of light and its intensity. In FIG. 7, the photoelectric conversion element uses, for example, a P-type silicon substrate as a semiconductor substrate 61, and a P-type diffusion region 62 having a high P-type impurity concentration and LOCOS (Local oxid) for element isolation.
of silicon, a thick silicon oxide film 68 is formed, and then N-type impurities are diffused in the light receiving portion diffusion region 63 where photoelectric conversion is performed in the photoelectric conversion portion 66. Thereafter, the light receiving portion diffusion region 63 is covered with a silicon oxide film 68a, and metal wirings (64, 67) for reading out signal charges are formed.
It was created by forming.

【0006】ところで、固体撮像素子の特性、とくにS
/N(Sampling/Noise)比を向上させるためにノイズと
なる暗電流を小さくする必要がある。これは、以下の理
由による。光電変換部の表面、即ちシリコン基板側のシ
リコンとシリコン酸化膜界面には界面準位が存在し、こ
の界面準位を介して電流が発生する。この電流は、入射
光が存在しないのに発生する電流であり暗電流と呼ばれ
る。各素子間でこの暗電流がばらつくと画像にムラが発
生し、S/N比を悪くする一因となる。さらに、ダイナ
ミックレンジを狭くする要因となっていた。
By the way, the characteristics of the solid-state image sensor, especially S
In order to improve the / N (Sampling / Noise) ratio, it is necessary to reduce the dark current that becomes noise. This is for the following reason. An interface level exists on the surface of the photoelectric conversion portion, that is, the interface between the silicon on the silicon substrate side and the silicon oxide film, and a current is generated through this interface level. This current is a current that occurs when there is no incident light and is called a dark current. If the dark current varies among the elements, unevenness in the image occurs, which is one of the causes of deteriorating the S / N ratio. Furthermore, it has been a factor of narrowing the dynamic range.

【0007】そこで、このような影響を取り除くため
に、例えば、図8に示すような構造を持つ、所謂埋め込
みフォトダイオードと呼ばれる光電変換素子が採用され
ている。即ち、P型シリコン基板71にN型の不純物を
拡散して光電変換部7の受光部拡散領域73を形成し、
その表面に受光部拡散領域73とは逆導電型のP型拡散
層71をイオン注入とアニール(イオン注入により生じ
た結晶欠陥を回復させるための熱処理)によって形成し
たものである。図8では素子分離のための拡散層75と
つながっているが、拡散の深さが浅い場所のみをP型拡
散層71とする。ここではこのP型拡散層71によっ
て、光電変換部表面の再結合速度が大きい領域をシール
ドすることができる。以上のようにして、可視光領域に
対して十分実用になる光電変換素子ならびに固体撮像素
子の製作が可能となった。
Therefore, in order to eliminate such an influence, for example, a photoelectric conversion element called a so-called embedded photodiode having a structure as shown in FIG. 8 is adopted. That is, N-type impurities are diffused in the P-type silicon substrate 71 to form the light-receiving part diffusion region 73 of the photoelectric conversion part 7,
A P-type diffusion layer 71 having a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region 73 is formed on the surface thereof by ion implantation and annealing (heat treatment for recovering crystal defects caused by ion implantation). In FIG. 8, it is connected to the diffusion layer 75 for element isolation, but only the place where the diffusion depth is shallow is used as the P-type diffusion layer 71. Here, the P-type diffusion layer 71 can shield a region on the surface of the photoelectric conversion unit where the recombination rate is high. As described above, it is possible to manufacture a photoelectric conversion element and a solid-state image pickup element that are sufficiently practical in the visible light region.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、紫外線
領域やX線領域、特に、X線領域でも軟X線と呼ばれる
エネルギーの低いX線の検出や撮像を、上記の如き半導
体光電変換素子あるいはこの光電変換素子からなる固体
撮像素子で行なうには、十分な感度が無く、例えば、波
長30〜50ÅのX線に対する検出あるいは撮像はほと
んど不可能であるという問題があった。
However, the detection and imaging of low-energy X-rays called soft X-rays in the ultraviolet region and the X-ray region, especially in the X-ray region, are performed by using the semiconductor photoelectric conversion element or the photoelectric conversion device as described above. There is a problem that the solid-state imaging device including the conversion device does not have sufficient sensitivity, and for example, detection or imaging of X-rays having a wavelength of 30 to 50Å is almost impossible.

【0009】これは、従来の製造方法による受光部拡散
領域73とは逆導電型のP型拡散層71が、不純物イオ
ンが深くまで浸入するイオン注入によって形成されるの
で、X線や紫外線にとっては非常に厚過ぎてそれを透過
することができないためである。このような従来用いら
れていたイオン注入・アニール法では、不純物層を0.
2〜0.3μm程度の薄さに形成するのが限界であっ
た。
This is because the P-type diffusion layer 71 having a conductivity type opposite to that of the light-receiving portion diffusion region 73 formed by the conventional manufacturing method is formed by ion implantation in which impurity ions penetrate deeply, so that for X-rays and ultraviolet rays. This is because it is too thick to penetrate it. In such an ion implantation / annealing method which has been conventionally used, the impurity layer is reduced to 0.
The limit was to form a thin film of about 2 to 0.3 μm.

【0010】ここで、図5に、シリコン基板にて照射さ
れたX線がどのように吸収されるかを示す。この線図
は、横軸をシリコン表面からの深さ、縦軸を波長λ=4
5ÅのX線に対する吸収割合としたものであり、角柱で
横軸幅間で吸収されたX線割合を示し、折れ線でシリコ
ン表面からその深さまでに吸収される光の総和を表して
いる。
Here, FIG. 5 shows how the X-rays irradiated on the silicon substrate are absorbed. In this diagram, the horizontal axis is the depth from the silicon surface, and the vertical axis is the wavelength λ = 4.
It is the absorption ratio for X-rays of 5Å, the ratio of X-rays absorbed by the width of the horizontal axis is shown by the prism, and the broken line shows the total amount of light absorbed from the silicon surface to its depth.

【0011】図5から明らかなように、従来の方法で限
界であった0.2μmの深さでは、X線はほぼ90%吸
収されている。従って、この程度の厚さで受光部拡散領
域とは逆導電型の不純物拡散層が上層に形成されている
光電変換素子では、X線は10%程度しか受光部拡散領
域まで達することができない。
As is clear from FIG. 5, at a depth of 0.2 μm, which is the limit of the conventional method, the X-rays are absorbed by almost 90%. Therefore, in a photoelectric conversion element in which an impurity diffusion layer of a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region is formed in the upper layer with such a thickness, only about 10% of X-rays can reach the light receiving portion diffusion region.

【0012】さらに、図8にも示す如く、通常、受光部
拡散領域73上にはシリコン酸化膜78が上記受光部拡
散領域73とは逆導電型の不純物拡散層71より厚く形
成されており、このシリコン酸化膜78中でもX線の吸
収は起こり、例えば波長45ÅX線に対してシリコン酸
化膜の吸収長は3.4×10-5cmで、シリコンの吸収
長が1.2×10-5cmであることから、シリコン酸化
膜中ではシリコン中よりもさらに吸収され易い。このよ
うに、従来の光電変換素子では、X線はほとんど受光部
拡散領域まで達することができず、X線を光電変化する
ことは不可能である。
Further, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film 78 is usually formed on the light receiving portion diffusion region 73 to be thicker than the impurity diffusion layer 71 having a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region 73. X-ray absorption also occurs in this silicon oxide film 78. For example, the absorption length of the silicon oxide film is 3.4 × 10 −5 cm for a wavelength of 45 Å X-ray, and the absorption length of silicon is 1.2 × 10 −5 cm. Therefore, it is more easily absorbed in the silicon oxide film than in silicon. As described above, in the conventional photoelectric conversion element, almost no X-ray can reach the light receiving portion diffusion region, and it is impossible to photoelectrically change the X-ray.

【0013】また、紫外線に対する感度に関してみる
と、例えば、波長0.365μmの紫外線をシリコン基
板に照射した場合、表面からの深さ0.050μmの時
点で光量は1/100に減衰してしまう。従って、従来
では0.2μm程度と最も第2導電型の不純物層の膜厚
が薄い場合であっても、紫外線は殆ど受光部拡散領域に
到達することは不可能であり、このような従来の光電変
換装置では、紫外線の検出、撮像は不可能であった。
Regarding the sensitivity to ultraviolet rays, for example, when the silicon substrate is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 0.365 μm, the amount of light is attenuated to 1/100 at a depth of 0.050 μm from the surface. Therefore, in the prior art, even if the thickness of the impurity layer of the second conductivity type is as thin as about 0.2 μm, it is almost impossible for ultraviolet rays to reach the light receiving portion diffusion region. The photoelectric conversion device cannot detect ultraviolet rays or take an image.

【0014】本発明は、上記問題を鑑み、X線や紫外線
に対して感度を有する光電変換素子の製造方法を得るこ
とを主目的とする。また本発明は、受光部拡散領域と逆
導電型の不純物拡散層の厚さを制御可能な光電変換素子
の製造方法を得ることを目的とする。また、本発明は、
X線や紫外線に対して感度を有する光電変換素子を画素
とする固体撮像装置を得ることを目的とする。
In view of the above problems, the main object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a photoelectric conversion element having sensitivity to X-rays and ultraviolet rays. Another object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a photoelectric conversion element capable of controlling the thickness of an impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region. Further, the present invention is
An object of the present invention is to obtain a solid-state imaging device having pixels that are photoelectric conversion elements having sensitivity to X-rays and ultraviolet rays.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明に係る光電変換素子の製造方
法では、半導体基板上に、光電変換を行なうための第1
導電型の受光部拡散領域を形成する工程aと、該受光部
拡散領域上に前記受光部拡散領域の表面を覆う第2導電
型の不純物層を形成する工程bを有する光電変換素子の
製造方法において、工程bは、前記受光部拡散領域表面
に、前記第2導電型の不純物層を披着により形成する工
程を有するものである。
In order to achieve the above object, in the method of manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, the first method for performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate is provided.
A method of manufacturing a photoelectric conversion element, which includes a step a of forming a conductive type light receiving portion diffusion region and a step b of forming a second conductive type impurity layer on the light receiving portion diffusion region so as to cover the surface of the light receiving portion diffusion region. In the step b, the step b includes a step of forming the second conductivity type impurity layer on the surface of the light receiving portion diffusion region by deposition.

【0016】また、請求項2に記載の発明の係る光電変
換素子の製造方法では、請求項1に記載の光電変換素子
の製造方法において、前記工程bにて、前記第2導電型
の不純物層の厚さを0.1μm以下とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a photoelectric conversion element according to the first aspect, wherein in the step b, the impurity layer of the second conductivity type is used. The thickness is 0.1 μm or less.

【0017】また、請求項3に記載の発明に係る光電変
換素子の製造方法では、請求項1に記載の光電変換素子
の製造方法において、前記工程bにて、前記第2導電型
の不純物層の厚さを0.01μm以下とするものであ
る。
Further, in the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the invention described in claim 3, in the method for manufacturing the photoelectric conversion element according to claim 1, in the step b, the impurity layer of the second conductivity type is used. The thickness is 0.01 μm or less.

【0018】さらに、請求項4に記載の発明に係る光電
変換素子の製造方法では、請求項1または請求項2に記
載の光電変換素子の製造方法において、前記第2導電型
の不純物層の表面に0.01μm以下の厚さのシリコン
酸化膜層を形成する工程cをさらに含むものである。
Further, in the method of manufacturing a photoelectric conversion element according to the invention described in claim 4, in the method of manufacturing the photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, the surface of the impurity layer of the second conductivity type The method further includes the step c of forming a silicon oxide film layer having a thickness of 0.01 μm or less.

【0019】さらにまた、請求項5に記載の発明に係る
光電変換素子の製造方法では、請求項1または請求項
2、請求項3、請求項4に記載の光電変換素子の製造方
法において、前記工程bの前に、前記工程aにて第1の
導電型の受光部拡散領域を形成した後に、半導体基板上
に絶縁層、電極、金属配線層、シリコン酸化膜層等の光
電変換素子構成を形成する工程と、前記第1導電型の受
光部拡散領域の予め定められた範囲内の上層を除去し、
該受光部拡散領域の表面を露出させる工程とを備えたも
のである。
Furthermore, in the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the invention described in claim 5, in the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 1 or claim 2, claim 3, or claim 4, Before the step b, after forming the first conductive type light receiving part diffusion region in the step a, a photoelectric conversion element structure such as an insulating layer, an electrode, a metal wiring layer, a silicon oxide film layer is formed on the semiconductor substrate. A step of forming and removing an upper layer within a predetermined range of the first-conductivity-type light receiving portion diffusion region,
And a step of exposing the surface of the light receiving portion diffusion region.

【0020】また、請求項6に記載の発明に係る固体撮
像素子では、半導体基板上に設けた第1の導電型の受光
部拡散領域と、前記受光部拡散領域の表面を覆う第2導
電型の不純物層を有する光電変換素子を画素とする固体
撮像素子において、前記第2導電型の不純物層が前記第
1導電型の受光部拡散領域上に0.1μm以下の厚さで
披着形成されているものである。
Further, in the solid-state image pickup device according to the invention of claim 6, the first conductivity type light receiving part diffusion region provided on the semiconductor substrate and the second conductivity type covering the surface of the light receiving part diffusion region. In the solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having the impurity layer of 1. as a pixel, the second conductivity type impurity layer is formed on the first conductivity type light receiving portion diffusion region with a thickness of 0.1 μm or less. It is what

【0021】[0021]

【作用】請求項1に記載の本発明は、工程aにて光電変
換を行なうための第1導電型の受光部拡散領域を形成
し、工程bにて、該受光部拡散領域上に受光部拡散領域
の表面を覆う第2導電型の不純物層を披着により形成す
るものである。よって、第2導電型の不純物層を任意の
膜厚に形成できる。例えば、MBE(Molecular,Beam E
pitaxy:分視線エピタキシャル成長法)などを用いた披
着形成では、不純物濃度1×1018〜1×1020/cm
2 で0.2μm〜0.005μmの範囲で薄膜不純物層
を受光部拡散領域上に形成できることを見いだした。
According to the first aspect of the present invention, in the step a, a light receiving portion diffusion region of the first conductivity type for performing photoelectric conversion is formed, and in the step b, the light receiving portion is formed on the light receiving portion diffusion region. A second conductivity type impurity layer covering the surface of the diffusion region is formed by deposition. Therefore, the second conductivity type impurity layer can be formed to have an arbitrary thickness. For example, MBE (Molecular, Beam E
pitaxy: line-of-sight epitaxial growth method) and the like, the impurity concentration is 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 2.
2 found that a thin film impurity layer can be formed on the light receiving portion diffusion region in the range of 0.2 μm to 0.005 μm.

【0022】これによって、この第2導電型の不純物層
の膜厚を、X線や紫外線が光電変換可能となるだけ受光
部拡散領域へ到達させ得る薄さになるよう制御すること
が可能となる。従って、本発明の製造方法によれば、X
線や紫外線に対して感度を持ち、これらを検出できる光
電変換素子を得ることができる。しかも、第2導電型の
不純物層を被着形成しているので、不純物濃度分布を急
峻に変化させられるので、理想的な階段接合に近づける
ことができ、接合での空乏層が第2導電型の不純物層側
にほとんど広がらない。従って、この点からも第2導電
型の不純物層の厚さを極限まで薄くする事ができる。
This makes it possible to control the film thickness of the second-conductivity-type impurity layer so that the X-rays and the ultraviolet rays can be photoelectrically converted so that they can reach the light receiving portion diffusion region. . Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, X
It is possible to obtain a photoelectric conversion element that has sensitivity to rays and ultraviolet rays and can detect these. Moreover, since the impurity layer of the second conductivity type is formed by deposition, the impurity concentration distribution can be changed steeply, so that an ideal step junction can be approximated, and the depletion layer at the junction has the second conductivity type. Almost does not spread to the impurity layer side. Therefore, also from this point, the thickness of the second conductivity type impurity layer can be made as thin as possible.

【0023】なお、このような第2導電型の不純物層形
成にあたって、不純物濃度や不純物層の厚さ等の具体的
な値は、対象となる光源の波長により最適な条件を定め
ることが可能である。そこで、この工程bにおける第2
導電型の不純物層の披着による形成を、請求項2に記載
した如く、厚さ0.1μm以下とすれば、X線に関して
十分な感度を有する光電変換素子の製造が可能となる。
これは、図4に示したシリコン基板深さとX線吸収割合
の関係からわかるように、シリコン基板表面からの深さ
0.1μmでは、ほぼ40%近くのX線(波長λ=45
Å)が透過している。従って、入射X線、特に検出困難
であった軟X線が40%以上検出できれば、X線用の光
電変換素子として従来になく有効なものとなる。
In forming the second-conductivity-type impurity layer, specific values such as the impurity concentration and the thickness of the impurity layer can be set to optimum conditions depending on the wavelength of the target light source. is there. Therefore, the second step in step b
When the conductive type impurity layer is formed by deposition to have a thickness of 0.1 μm or less as described in claim 2, it becomes possible to manufacture a photoelectric conversion element having sufficient sensitivity to X-rays.
This can be seen from the relationship between the silicon substrate depth and the X-ray absorption ratio shown in FIG.
Å) is transparent. Therefore, if 40% or more of incident X-rays, especially soft X-rays, which were difficult to detect, can be detected, the photoelectric conversion element for X-rays is more effective than ever before.

【0024】また、紫外線用の光電変換素子の製造に関
しては、第2導電型の不純物層の膜厚を0.01μm程
度とすると、入射紫外線光量の40%が透過することか
ら、請求項3に記載した如く、工程bにおける第2導電
型の不純物層の披着による形成を膜厚0.01μm以下
とすれば、従来に比べて十分な感度を持ち、暗電流が少
ないと共に特性変動も少なく紫外線用光電変換素子とし
て有効なものが得られる。
Further, regarding the production of the photoelectric conversion element for ultraviolet rays, when the film thickness of the impurity layer of the second conductivity type is set to about 0.01 μm, 40% of the incident ultraviolet ray amount is transmitted, so that the third aspect of the present invention is described. As described above, if the film thickness of the second conductivity type impurity layer formed in step b is 0.01 μm or less, the sensitivity is sufficient as compared with the conventional case, the dark current is small, and the characteristic variation is small, and the ultraviolet rays are small. An effective photoelectric conversion element can be obtained.

【0025】なお、X線、紫外線用共に、第2導電型の
不純物層の膜厚の下限としては、前述したように、光電
変換部表面での再結合速度の速い領域をシールドできる
程度以上とすればよい。
As described above, the lower limit of the film thickness of the second-conductivity-type impurity layer for both X-rays and ultraviolet rays is such that the region where the recombination rate is high on the surface of the photoelectric conversion portion can be shielded. do it.

【0026】また、第2導電型の不純物層の表面に保護
膜としてシリコン酸化膜層を形成する場合、請求項4に
記載した如く、工程cにおいてその膜厚が0.01μm
以下となるよう形成する。これは、前述したように、シ
リコン酸化膜もX線に対する吸収が生じるため、シリコ
ン酸化膜によるX線の吸収が、第1導電型の受光部拡散
領域の上層全体(第2導電型の不純物層および該シリコ
ン酸化膜)によるX線吸収に対して占める割合が小さ
く、これら上層全体のX線を透過率が十分光電変換可能
なだけ受光部拡散領域へ到達し得るものになるような薄
さに制御するものである。また、このシリコン酸化膜を
できるだけ薄く形成することはもちろん必要であるが、
さらに、このシリコン酸化膜でのX線吸収を考慮し、予
め、その分工程bにて形成される第2導電型の不純物層
の膜厚を薄く設定しておいても良い。
When a silicon oxide film layer is formed as a protective film on the surface of the second conductivity type impurity layer, the film thickness is 0.01 μm in step c as described in claim 4.
It is formed as follows. This is because, as described above, since the silicon oxide film also absorbs X-rays, the absorption of X-rays by the silicon oxide film is caused by the entire upper layer of the first-conductivity-type light receiving section diffusion region (second-conductivity-type impurity layer). And the proportion of X-ray absorption by the silicon oxide film) is small, and the X-rays of these upper layers as a whole are thin enough to reach the light receiving portion diffusion region by sufficient photoelectric conversion. To control. Of course, it is necessary to make this silicon oxide film as thin as possible,
Further, in consideration of X-ray absorption in the silicon oxide film, the film thickness of the second-conductivity-type impurity layer formed in the step b may be set thin in advance.

【0027】紫外線用光電変換素子においては、このシ
リコン酸化膜が反射防止膜として働くようにも厚さを制
御することが望ましい。これは、紫外線用として使用す
る場合は、半導体表面に反射防止膜を設置しないと、半
導体表面で反射が起こりシリコン等の半導体基板に入り
込む信号光が少なくなってしまうためである。
In the photoelectric conversion element for ultraviolet rays, it is desirable to control the thickness so that the silicon oxide film functions as an antireflection film. This is because, when used for ultraviolet rays, unless an antireflection film is provided on the semiconductor surface, reflection occurs on the semiconductor surface and the amount of signal light entering the semiconductor substrate such as silicon decreases.

【0028】また、第2導電型の不純物層は、請求項5
に記載した如く、工程aによる第1導電型の受光部拡散
領域の形成後に、該半導体基板上に絶縁層、電極、また
は金属配線層、遮光層、シリコン酸化膜層などの素子構
成部を形成してから、第1導電型の受光部拡散領域上に
ある酸化膜等の積層を除去して予め定められた範囲内の
該受光部拡散領域表面を露出させ、その露出面上に披着
形成するようにすれば、第2導電型の不純物層の膜厚の
制御がより容易となる。
The impurity layer of the second conductivity type may be formed as described in claim 5.
As described above, after forming the first-conductivity-type light receiving portion diffusion region in step a, an element forming portion such as an insulating layer, an electrode, or a metal wiring layer, a light shielding layer, a silicon oxide film layer is formed on the semiconductor substrate. Then, the stacked layer of the oxide film or the like on the first-conductivity-type light receiving portion diffusion region is removed to expose the surface of the light receiving portion diffusion region within a predetermined range, and is formed on the exposed surface. By doing so, it becomes easier to control the film thickness of the second conductivity type impurity layer.

【0029】これは、光電変換素子の製造過程において
は、表面下に第1導電型の受光部拡散領域等が形成され
た半導体基板上に、絶縁層を介した電極層や遮光層、金
属配線層などの形成、さらにその上層にシリコン酸化膜
層を形成するなど、加熱を伴う工程があるが、これらの
工程を第2導電型の不純物層を形成した後に行なうと、
加熱の影響が第2導電型の不純物層に及び、せっかく薄
く形成された不純物層が加熱により広がってしまうため
である。
This is because, in the process of manufacturing a photoelectric conversion element, an electrode layer, a light-shielding layer, and a metal wiring via an insulating layer are formed on a semiconductor substrate on which a light receiving portion diffusion region of the first conductivity type is formed below the surface. There are steps involving heating, such as formation of layers and the like, and further formation of a silicon oxide film layer thereabove. However, if these steps are performed after the second conductivity type impurity layer is formed,
This is because the influence of heating extends to the second-conductivity-type impurity layer, and the impurity layer formed thinly is spread by heating.

【0030】従って、上記の如く、光電変換素子の製造
に必要な加熱を伴う工程を先に終了させた後に、第2導
電型の不純物層が形成されるべき範囲の受光部拡散領域
表面を露出するよう上層を除去し、この露出面上に第2
導電型の不純物層の披着形成を行なえば、加熱の影響に
よる不純物層の広がりを考慮する必要はなく、その膜厚
制御が簡便である。なお、この工程bの第2導電型の不
純物層の披着形成において、必要領域以外の周辺部にも
不純物層が積層されてしまう場合は、工程bの後に不要
部分をエッチング技術等により取り除く工程をさらに設
ければよい。
Therefore, as described above, after the process involving heating required for manufacturing the photoelectric conversion element is first completed, the surface of the light receiving portion diffusion region in the range where the second conductivity type impurity layer is to be formed is exposed. To remove the upper layer,
When the conductive type impurity layer is formed, it is not necessary to consider the spread of the impurity layer due to the influence of heating, and the film thickness control is simple. In the formation of the second-conductivity-type impurity layer in the step b, if the impurity layer is stacked on the peripheral portion other than the necessary area, the unnecessary portion is removed by an etching technique after the step b. May be further provided.

【0031】また、請求項6に記載したように、第2導
電型の不純物層が第1導電型の受光部拡散領域上に0.
1μm以下の厚さで披着形成されている光電変換素子を
画素として固体撮像素子を構成すれば、この固体撮像素
子を用いることによって、従来ほとんど検出できなかっ
たX線に対して検出・撮像を実現できる。また、さらに
第2導電型を0.01μm以下の厚さで披着形成されて
いる光電変換素子で構成すれば、特に紫外線に対して有
効な固体撮像素子が得られる。
Further, according to the sixth aspect, the impurity layer of the second conductivity type is formed on the light-receiving part diffusion region of the first conductivity type.
If a solid-state image sensor is configured by using a photoelectric conversion element formed to have a thickness of 1 μm or less as a pixel, the solid-state image sensor can be used to detect and image X-rays that could hardly be detected in the past. realizable. Further, if the second conductivity type is made up of a photoelectric conversion element having a thickness of 0.01 μm or less, a solid-state image pickup element that is particularly effective against ultraviolet rays can be obtained.

【0032】[0032]

【実施例】以下に、本発明を実施例をもって詳細に説明
する。 (実施例1)本発明の第1の実施例として、第2導電型
の不純物層をMEBによって形成するX線用のインター
ライン転送型CCD固体撮像素子の光電変換素子の製造
方法を示す。本実施例で製造されるCCD固体撮像素子
は、入射するX線に応じて光電変換部で変換・蓄積され
た信号電荷をX線遮光された垂直電荷転送路(垂直CC
D)へ転送し、さらに垂直CCDから転送される信号電
荷を順次読出すものである。図1は、CCD固体撮像素
子の光電変換部および垂直CCDの一部を断面図で示し
たものである。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples. (Embodiment 1) As a first embodiment of the present invention, a method of manufacturing a photoelectric conversion element of an interline transfer type CCD solid-state image pickup element for X-ray in which an impurity layer of the second conductivity type is formed by MEB will be described. The CCD solid-state image sensor manufactured in the present embodiment has a vertical charge transfer path (vertical CC) that shields the signal charges converted / accumulated by the photoelectric conversion unit according to incident X-rays from the X-rays.
D), and the signal charges transferred from the vertical CCD are sequentially read. FIG. 1 is a sectional view showing a part of a photoelectric conversion part of a CCD solid-state image pickup device and a vertical CCD.

【0033】まず、P型シリコン基板11の表面下に、
素子分離を行なうためのP型不純物拡散領域15とLO
COS酸化による厚いシリコン酸化膜を形成した。次
に、イオン注入によりN型不純物を拡散して受光部拡散
領域13を形成した。ここでは、N型不純物として、A
s(砒素)を使用し、ドーズ量1×1012/cm2 の条
件でイオン注入を行なった。またN型不純物による垂直
CCDの拡散領域14の形成も行なった。
First, below the surface of the P-type silicon substrate 11,
P-type impurity diffusion region 15 and LO for element isolation
A thick silicon oxide film was formed by COS oxidation. Next, the N-type impurity was diffused by ion implantation to form the light receiving portion diffusion region 13. Here, as the N-type impurity, A
Using s (arsenic), ion implantation was performed under the condition of a dose amount of 1 × 10 12 / cm 2 . Further, the diffusion region 14 of the vertical CCD made of N-type impurities was also formed.

【0034】その後、シリコン基板11表面全面に絶縁
膜を介して多結晶シリコン層を形成し、パターニングす
ることによってCCD電極16を形成した。さらに、C
VD(Chemical Vapor Deposition :化学気相成長法)
によりシリコン酸化膜18aを形成し、垂直CCD領域
の上に遮光層をスパッタ法で形成し、パターニングする
ことによって遮光部17を形成した。また、最上層には
CVDによりシリコン酸化膜18bを形成した(図1
(a)) 。以上の操作は、ここで受光部拡散領域13上
にこれと逆導電型の不純物層の形成をしないこと以外
は、従来の可視光用撮像素子の製造方法と同様である。
After that, a polycrystalline silicon layer was formed on the entire surface of the silicon substrate 11 via an insulating film and patterned to form a CCD electrode 16. Furthermore, C
VD (Chemical Vapor Deposition)
Then, a silicon oxide film 18a is formed, a light-shielding layer is formed on the vertical CCD region by a sputtering method, and the light-shielding portion 17 is formed by patterning. A silicon oxide film 18b was formed on the uppermost layer by CVD (FIG. 1).
(A)). The above operation is the same as the conventional method for manufacturing a visible light image pickup device, except that the impurity layer of the opposite conductivity type is not formed on the light-receiving diffusion region 13.

【0035】次に、受光部拡散領域13上のシリコン酸
化膜(18a,18b)をフォトリソエッチング技術で
除去することによって受光部拡散領域13の表面を露出
した(図1(b))。このシリコン酸化膜(18a,1
8b)をエッチングする際に、この後に形成する、受光
部拡散領域13とは逆導電型のP型不純物層12の電位
を固定するために、受光部拡散領域13とともに、素子
分離拡散領域15の一部15aを露出させておく。
Next, the surface of the light receiving diffusion region 13 was exposed by removing the silicon oxide film (18a, 18b) on the light receiving diffusion region 13 by a photolithographic etching technique (FIG. 1B). This silicon oxide film (18a, 1
8b) is etched, in order to fix the potential of the P-type impurity layer 12 having a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region 13, which is formed thereafter, the light emitting portion diffusion region 13 and the element isolation diffusion region 15 are formed together. Part 15a is exposed.

【0036】その後、受光部拡散領域13の露出面を含
むシリコン基板表面全面に対してP型不純物膜51を被
着形成した。被着の方法として、分子線エピタキシャル
成長法(MBE)を用いた。これは、高真空中にシリコ
ン基板を置き、別に設けたシリコンを電子線で加熱しシ
リコンを蒸発させ、シリコン原子を先のシリコン基板表
面全面に被着させてシリコンを結晶成長させるものであ
るが、本実施例では、シリコンを被着させる時に、不純
物濃度1×1018〜1×1020/cm2 で不純物も同時
に被着させることにより、約0.05μmの厚さのP型
不純物披着膜10が形成できた(図1(c))。
After that, a P-type impurity film 51 was deposited on the entire surface of the silicon substrate including the exposed surface of the light-receiving diffusion region 13. Molecular beam epitaxial growth (MBE) was used as the deposition method. This is to place a silicon substrate in a high vacuum, heat the separately provided silicon with an electron beam to evaporate the silicon, and deposit silicon atoms on the entire surface of the silicon substrate to crystallize the silicon. In the present embodiment, when silicon is deposited, impurities are simultaneously deposited at an impurity concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 2 to deposit a P-type impurity having a thickness of about 0.05 μm. The film 10 was formed (FIG. 1 (c)).

【0037】また、光電変換領域1以外の不純物披着膜
10を、フォトリソエッチング技術、あるいはリフトオ
フ技術で除去することによって受光部拡散領域13上の
所望の領域に受光部拡散領域13と逆導電型であるP型
不純物層12が形成できた。この後、P型不純物層12
と受光部拡散領域13や素子分離領域15との接点15
a間の接合特性を向上させるために、窒素雰囲気中で4
50℃、30分と比較的低温の熱処理を行った。さら
に、P型不純物領域12の表面上にCVDによって厚さ
0.01μmのシリコン酸化膜層19を形成した(図1
(d))。
Further, the impurity diffusion film 10 other than the photoelectric conversion region 1 is removed by a photolithographic etching technique or a lift-off technique to form a desired region on the light receiving region diffusion region 13 with a conductivity type opposite to that of the light receiving region diffusion region 13. Then, the P-type impurity layer 12 was formed. After that, the P-type impurity layer 12
15 between the light receiving part diffusion region 13 and the element isolation region 15
In order to improve the bonding characteristics between a, 4 in a nitrogen atmosphere
Heat treatment was performed at a relatively low temperature of 50 ° C. for 30 minutes. Further, a silicon oxide film layer 19 having a thickness of 0.01 μm is formed on the surface of the P-type impurity region 12 by CVD (FIG. 1).
(D)).

【0038】以上の工程にて製造した本実施例の固体撮
像素子の光電変換部1においては、暗電流の原因となる
界面準位の存在する受光部拡散領域13の表面をこれと
逆導電型の不純物層12で覆い、この不純物層12を基
板電位とするため、暗電流が受光部拡散領域13に流れ
込むのを抑制する。そこで、本実施例による素子の光電
変換部の暗電流抑制効果を図2を以て以下に説明する。
In the photoelectric conversion part 1 of the solid-state image pickup device of the present embodiment manufactured by the above steps, the surface of the light receiving part diffusion region 13 in which the interface state causing the dark current exists is of the opposite conductivity type. Since the impurity layer 12 is covered with the impurity layer 12 and the impurity layer 12 has the substrate potential, the dark current is suppressed from flowing into the light receiving portion diffusion region 13. Therefore, the dark current suppressing effect of the photoelectric conversion portion of the device according to the present embodiment will be described below with reference to FIG.

【0039】図2は、図1(d)のA−B断面でのポテ
ンシャル分布を示したものであり、横軸に深さ方向、縦
軸にポテンシャル深さを表した。図2からわかるよう
に、半導体基板表面のごく近傍にはP型不純物層12が
素子分離拡散領域15を介して半導体基板の電位に設定
されている。そしてこのP型不純物層12は空乏化して
いない。受光部拡散領域13と半導体基板は逆バイアス
され、受光部拡散領域13は完全に空乏化している。そ
のため、仮に先のP型不純物層12表面に界面順位が存
在し、この界面順位により暗電流が発生しても、P型不
純物層12内の正孔と再結合し消滅してしまい、P型不
純物層12の下部にある受光部拡散領13域には影響を
与えない。
FIG. 2 shows the potential distribution in the section AB of FIG. 1D, where the horizontal axis represents the depth direction and the vertical axis represents the potential depth. As can be seen from FIG. 2, the P-type impurity layer 12 is set to the potential of the semiconductor substrate via the element isolation diffusion region 15 in the immediate vicinity of the surface of the semiconductor substrate. The P-type impurity layer 12 is not depleted. The light receiving diffusion region 13 and the semiconductor substrate are reverse biased, and the light receiving diffusion region 13 is completely depleted. Therefore, if there is an interface order on the surface of the P-type impurity layer 12 and a dark current is generated due to this interface order, the holes are recombined with the holes in the P-type impurity layer 12 to disappear, and the P-type impurity layer 12 disappears. It does not affect the light receiving part diffusion region 13 region below the impurity layer 12.

【0040】また、受光部での深さ方向のポテンシャル
は分布は受光部拡散13内で最小値Φminを持ち、照
射光により生じた信号電荷はこの最小値Φminの位置
に蓄積される。したがって、信号電荷は表面再結合速度
の大きい光電変換部1の半導体基板から離れた位置に保
持されるので、表面再結合による信号電荷の消滅という
問題も回避できる。
The distribution of the potential in the depth direction at the light receiving portion has the minimum value Φmin in the light receiving portion diffusion 13, and the signal charges generated by the irradiation light are accumulated at the position of this minimum value Φmin. Therefore, since the signal charge is held at a position away from the semiconductor substrate of the photoelectric conversion unit 1 having a high surface recombination speed, the problem of disappearance of the signal charge due to surface recombination can be avoided.

【0041】(実施例2)本発明の第2の実施例とし
て、第2導電型の不純物層をMEBによって形成する紫
外線用のインターライン転送型CCD固体撮像素子の光
電変換素子の製造方法を示す。本実施例で製造されるC
CD固体撮像素子は、入射する紫外線に応じて光電変換
部で変換・蓄積された信号電荷を紫外線遮光された垂直
電荷転送路(垂直CCD)へ転送し、さらに垂直CCD
から転送される信号電荷を順次読出すものである。図3
は、CCD固体撮像素子の光電変換部および垂直CCD
の一部を断面図で示したものである。
(Embodiment 2) As a second embodiment of the present invention, a method of manufacturing a photoelectric conversion element of an interline transfer type CCD solid-state image pickup element for ultraviolet rays in which a second conductivity type impurity layer is formed by MEB will be described. . C manufactured in this example
The CD solid-state image pickup device transfers the signal charges converted / accumulated by the photoelectric conversion unit in accordance with incident ultraviolet rays to a vertical charge transfer path (vertical CCD) shielded from ultraviolet rays, and further the vertical CCD
The signal charges transferred from are read out sequentially. Figure 3
Is a photoelectric conversion unit of a CCD solid-state image sensor and a vertical CCD
2 is a cross-sectional view of a part of FIG.

【0042】まず、P型シリコン基板21の表面下に、
素子分離を行なうためのP型不純物拡散領域25とLO
COS酸化による厚いシリコン酸化膜を形成した。次
に、イオン注入によりN型不純物を拡散して受光部拡散
領域23を形成した。ここでは、N型不純物としてAs
(砒素)を使用し、ドーズ量1×1012/cm2 の条件
でイオン注入を行なった。またN型不純物による垂直C
CDの拡散領域24の形成も行なった。
First, below the surface of the P-type silicon substrate 21,
P-type impurity diffusion region 25 and LO for element isolation
A thick silicon oxide film was formed by COS oxidation. Next, the N-type impurity was diffused by ion implantation to form the light receiving portion diffusion region 23. Here, As is used as the N-type impurity.
Ion implantation was performed using (arsenic) under the condition of a dose amount of 1 × 10 12 / cm 2 . Vertical C due to N-type impurities
The CD diffusion region 24 was also formed.

【0043】その後、シリコン基板21表面全面に絶縁
膜を介して多結晶シリコン層を形成し、パターニングす
ることによってCCD電極26を形成した。さらに、C
VD法によるシリコン酸化膜28aを形成し、垂直CC
D領域の上に遮光層をスパッタ法で形成し、パターニン
グすることによって紫外線に対する遮光部27を形成し
た。また、最上層にはCVD法によりシリコン酸化膜2
8bを形成した(図3(a)) 。以上の操作は、ここで
受光部拡散領域23上にこれと逆導電型の不純物層の形
成をしないこと以外は、従来の可視光用撮像素子の製造
方法と同様である。
Then, a polycrystalline silicon layer was formed on the entire surface of the silicon substrate 21 with an insulating film interposed therebetween, and patterned to form a CCD electrode 26. Furthermore, C
The silicon oxide film 28a is formed by the VD method, and the vertical CC
A light shielding layer was formed on the D region by a sputtering method and patterned to form a light shielding portion 27 for ultraviolet rays. The silicon oxide film 2 is formed on the uppermost layer by the CVD method.
8b was formed (FIG. 3 (a)). The above operation is the same as the conventional method for manufacturing a visible light image pickup device except that the impurity layer of the opposite conductivity type is not formed on the light receiving diffusion region 23.

【0044】次に、受光部拡散領域23上のシリコン酸
化膜(28a,28b)をフォトリソエッチング技術で
除去することによって受光部拡散領域23の表面を露出
した(図3(b))。このシリコン酸化膜(28a,2
8b)をエッチングする際に、この後形成する、受光部
拡散領域23とは逆導電型のP型不純物層22の電位を
固定するために、受光部拡散領域23とともに、素子分
離拡散領域25の一部25aを露出させておく。
Next, the surface of the light receiving diffusion region 23 was exposed by removing the silicon oxide film (28a, 28b) on the light receiving diffusion region 23 by a photolithographic etching technique (FIG. 3B). This silicon oxide film (28a, 2
8b) is etched, in order to fix the potential of the P-type impurity layer 22 having a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region 23, which is formed thereafter, the light receiving portion diffusion region 23 and the element isolation diffusion region 25 are formed together. Part 25a is exposed.

【0045】その後、受光部拡散領域23の露出面を含
むシリコン基板表面全面に対してP型不純物膜20を、
分子線エピタキシャル成長法(MBE)を用いて披着形
成した。これは、高真空中にシリコン基板を置き、別に
設けたシリコンを電子線で加熱しシリコンを蒸発させ、
シリコン原子を先のシリコン基板表面全面に被着させ
て、シリコンを結晶成長させるものであるが、本実施例
では、シリコンを被着させる時に、不純物濃度1×10
18〜1×1020/cm2 で不純物も同時に被着させるこ
とにより、約0.01μmの厚さのP型不純物披着膜2
0が形成できた(図3(c))。
After that, the P-type impurity film 20 is formed on the entire surface of the silicon substrate including the exposed surface of the light receiving portion diffusion region 23.
It was deposited using the molecular beam epitaxial growth method (MBE). This is because the silicon substrate is placed in a high vacuum and the separately provided silicon is heated with an electron beam to evaporate the silicon,
Although silicon atoms are deposited on the entire surface of the silicon substrate to crystallize the silicon, in this embodiment, when depositing silicon, the impurity concentration is 1 × 10 5.
By simultaneously depositing impurities at 18 to 1 × 10 20 / cm 2 , the P-type impurity deposition film 2 having a thickness of about 0.01 μm 2
0 was formed (FIG. 3 (c)).

【0046】また、光電変換領域2以外の不純物披着膜
20を、フォトリソエッチング技術、あるいはリフトオ
フ技術で除去することによって受光部拡散領域23上の
所望の領域に受光部拡散領域23と逆導電型であるP型
不純物層22が形成できた。この後、P型不純物層22
と受光部拡散領域23や素子分離領域25との接点25
a間の接合特性を向上させるために、窒素雰囲気中で4
50℃、30分の比較的低温の熱処理を行った。さら
に、P型不純物領域22の表面上に、CVD法によっ
て、反射防止膜としての厚さ0.01μmのシリコン酸
化膜層29を形成した(図3(d))。
Further, the impurity exhibiting film 20 other than the photoelectric conversion region 2 is removed by a photolithography etching technique or a lift-off technique to form a desired conductivity type on the light receiving part diffusion region 23 and a conductivity type opposite to that of the light receiving part diffusion region 23. Thus, the P-type impurity layer 22 was formed. After that, the P-type impurity layer 22
And a contact point 25 between the light receiving portion diffusion region 23 and the element isolation region 25
In order to improve the bonding characteristics between a, 4 in a nitrogen atmosphere
A relatively low temperature heat treatment was performed at 50 ° C. for 30 minutes. Further, a silicon oxide film layer 29 having a thickness of 0.01 μm as an antireflection film was formed on the surface of the P-type impurity region 22 by the CVD method (FIG. 3D).

【0047】以上の第1、第2の実施例は、インターラ
イン転送型の2次元CCD撮像素子の製造に関して説明
したものであるが、本発明は、その他種々の読み出し・
転送方式の固体撮像素子の製造に適応できる。例えばM
OS型と呼ばれるX―Yアドレス方式の読み出し方式と
組み合わせることもできる。さらに、2次元の固体撮像
素子で説明してきたが、1次元のセンサーや光の有無や
強度を検出するために用いるポイントセンサにも本発明
を適用できるのは言うまでもない。
Although the above first and second embodiments have been described with respect to the manufacture of the interline transfer type two-dimensional CCD image pickup device, the present invention is applicable to various other reading / reading operations.
It can be applied to manufacture of a transfer type solid-state imaging device. For example, M
It is also possible to combine it with an XY address reading method called an OS type. Furthermore, although the two-dimensional solid-state image pickup device has been described, it goes without saying that the present invention can be applied to a one-dimensional sensor and a point sensor used to detect the presence or absence of light or the intensity of light.

【0048】(実施例3)ここで、本発明の第3の実施
例による光電変換素子の製造方法によって製造したX線
用ポイントセンサを図4に示す。これは、まずP型シリ
コン半導体基板31の表面下に素子分離を行うための不
純物濃度の濃いP型拡散領域32や熱酸化膜38を形成
した。次に、N型の不純物を拡散して、光電変換部3に
て光電変換を行なうための受光部拡散領域33を形成し
た。次に、受光部拡散領域33上をシリコン酸化膜39
aで覆い、その上層に金属層を積層し、パターニングに
よって信号電荷を読み出すための金属配線(34、3
7)を形成し、さらにシリコン酸化膜39bを形成し
た。
(Embodiment 3) FIG. 4 shows an X-ray point sensor manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to a third embodiment of the present invention. First, a P-type diffusion region 32 having a high impurity concentration and a thermal oxide film 38 for element isolation are formed below the surface of a P-type silicon semiconductor substrate 31. Next, the N-type impurities were diffused to form the light receiving portion diffusion region 33 for performing photoelectric conversion in the photoelectric conversion portion 3. Next, the silicon oxide film 39 is formed on the light receiving portion diffusion region 33.
a, a metal layer is laminated on top of it, and metal wiring (34, 3
7) was formed, and a silicon oxide film 39b was further formed.

【0049】その後、受光部拡散領域33上のシリコン
酸化膜(38,39a,39b)をエッチングにて除去
し、受光部拡散領域33表面を露出させる。この時、素
子分離拡散領域32の一部を露出させておく。この受光
部拡散領域33の露出面上にのみP型不純物層30を上
記第1、第2の実施例と同様にMBE法を用いて0.1
μm披着形成した。以上の工程によって得られたポイン
トセンサーの光電変換部3の断面A−Bのポテンシャル
分布は図2に示したものと同様であった。
After that, the silicon oxide film (38, 39a, 39b) on the light receiving portion diffusion region 33 is removed by etching to expose the surface of the light receiving portion diffusion region 33. At this time, part of the element isolation diffusion region 32 is exposed. The P-type impurity layer 30 is formed only on the exposed surface of the light receiving portion diffusion region 33 by the MBE method in the same manner as in the first and second embodiments, and the P-type impurity layer 30 is formed to 0.1.
μm was formed. The potential distribution of the cross section AB of the photoelectric conversion unit 3 of the point sensor obtained by the above process was the same as that shown in FIG.

【0050】なお、以上の実施例においては、第2導電
型の不純物層の披着形成に、MBE法を用いている。こ
のMBE法は、膜厚の制御性に優れ、例えば、数十オン
グストロームの薄膜を成長させる事が可能である。しか
しながら、本発明においては、第2導電型の不純物層の
被着にはMBEに限らず、膜厚と不純物濃度の制御性が
優れている方式ならば採用する事ができる。
In the above embodiment, the MBE method is used for forming the second conductivity type impurity layer. This MBE method has excellent controllability of the film thickness, and can grow a thin film of several tens of angstroms, for example. However, in the present invention, the method of depositing the second conductivity type impurity layer is not limited to MBE, and any method having excellent controllability of the film thickness and the impurity concentration can be adopted.

【0051】また、第2導電型の不純物層の表面に薄い
シリコン酸化膜を形成する際には、熱の影響による不純
物層の広がりを防ぐために、例えばCVD法等、比較的
低温でシリコン酸化膜形成ができる方法が好ましい。ま
た、上記実施例では、第2導電型の不純物層を形成する
のは、半導体基板上に、電極、遮光膜、シリコン酸化膜
等の他の光電変換素子または固体撮像素子の構成部を形
成するための加熱を伴う工程を先に終了した後に行なっ
た。これは、これら加熱を伴う工程を第2導電型の不純
物層の形成後に行なった場合に、これらの工程における
加熱の影響によりせっかく薄く形成した不純物層が拡大
してしまう恐れを回避したためである。上記工程を比較
的低温で行うなど、第2導電型の不純物層形成後にこの
不純物層に加熱の影響を与えないのであれば、工程順は
これに限るものではない。
When forming a thin silicon oxide film on the surface of the second conductivity type impurity layer, in order to prevent the impurity layer from spreading due to the influence of heat, the silicon oxide film is formed at a relatively low temperature by, for example, the CVD method. A method capable of forming is preferred. Further, in the above-described embodiment, the impurity layer of the second conductivity type is formed by forming another photoelectric conversion element such as an electrode, a light-shielding film, a silicon oxide film, or a component part of the solid-state imaging device on the semiconductor substrate. It was carried out after the step involving heating for heating was completed first. This is because when the steps involving heating are performed after the second-conductivity-type impurity layer is formed, it is possible to avoid the possibility that the impurity layer formed thin due to the influence of heating in these steps expands. The order of the steps is not limited to this as long as the impurity layer of the second conductivity type is not affected by heating after the impurity layer of the second conductivity type is formed, for example, the above steps are performed at a relatively low temperature.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の製造方
法による光電変換素子では、光電変換を行なうための受
光部拡散領域上に形成される不純物層を従来になく膜厚
を薄く形成できるため、この不純物層によって界面準位
が閉じ込められた状態で、且つ従来技術の製造方法によ
る光電変換素子では感知不可能であったX線や紫外線な
どの半導体基板中への進入深さが浅い波長に対しても十
分な感度を持ち、光電変換することが可能となった。
As described above, in the photoelectric conversion element according to the manufacturing method of the present invention, the impurity layer formed on the light receiving portion diffusion region for photoelectric conversion can be made thinner than ever before. Therefore, in a state where the interface state is confined by the impurity layer, and the depth of penetration of X-rays or ultraviolet rays into the semiconductor substrate, which cannot be detected by the photoelectric conversion element manufactured by the conventional technique, is shallow. It also has sufficient sensitivity to, and is capable of photoelectric conversion.

【0053】従って、本発明を光電変換素子や固体撮像
素子に適用することにより、紫外線や軟X線の様に半導
体基板への侵入深さが短い波長の光信号であっても、従
来の可視光用光電変換素子や固体撮像素子同様に、暗電
流のバラツキを少なくできるので画像のムラを少なくで
き、S/N比を向上させる事ができるので、安定性の良
い光電変換素子や固体撮像素子を得ることができる。ま
た、ダイナミックレンジを広くできる。
Therefore, by applying the present invention to a photoelectric conversion element or a solid-state image pickup element, even if an optical signal having a short penetration depth into a semiconductor substrate, such as ultraviolet rays or soft X-rays, is detected by the conventional visible light. Similar to the photoelectric conversion device for light and the solid-state imaging device, the unevenness of the image can be reduced because the variation of the dark current can be reduced, and the S / N ratio can be improved. Therefore, the photoelectric conversion device and the solid-state imaging device with good stability can be obtained. Can be obtained. Also, the dynamic range can be widened.

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

【図1】本発明の第1の実施例によるX線用固体撮像素
子の製造方法を示す模式図であり、(a)〜(d)は各
工程における素子の状態を示す断面図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a method of manufacturing an X-ray solid-state image pickup device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing the state of the device in each step.

【図2】図1のX線用固体撮像素子の光電変換部のポテ
ンシャル分布を示す線図であり、横軸に素子の深さ方
向、縦軸にポテンシャル深さを示したものである。
2 is a diagram showing a potential distribution of a photoelectric conversion unit of the solid-state image pickup device for X-rays of FIG. 1, in which the horizontal axis represents the depth direction of the device and the vertical axis represents the potential depth.

【図3】本発明の第2の実施例による紫外線用固体撮像
素子の製造方法を示す模式図であり、(a)〜(d)は
各工程における素子の状態を示す断面図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a method of manufacturing a solid-state image pickup device for ultraviolet light according to the second embodiment of the present invention, and (a) to (d) are cross-sectional views showing the state of the device in each step.

【図4】本発明の第3の実施例によるX線用ポイントセ
ンサを示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an X-ray point sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の作用を説明するためのシリコン基板深
さとX線吸収率の関係を示す線図であり、横軸はシリコ
ン深さ(μm)、縦軸はX線吸収率(%)である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the depth of a silicon substrate and the X-ray absorption rate for explaining the operation of the present invention, where the horizontal axis is the silicon depth (μm) and the vertical axis is the X-ray absorption rate (%). Is.

【図6】2次元固体撮像素子の一例としてのインターラ
イン転送型CCDの模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of an interline transfer CCD as an example of a two-dimensional solid-state image sensor.

【図7】従来技術による光電変換素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to a conventional technique.

【図8】従来技術による光電変換素子の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3:光電変換部 11,21,31:半導体基板 13,23,33:(第1導電型)受光部拡散領域 10,20:逆導電型不純物層の披着膜 12,22,30:(第2導電型)逆導電型不純物層 14,24:垂直CCD(埋め込みチャネル)拡散領域 15,25,32:素子分離拡散領域 16,26:CCD電極 17,27:遮光膜 18a,18b,19,28a,28b,29,38,
39a,39b:酸化膜 37:金属配線層
1, 2, 3: Photoelectric conversion section 11, 21, 31: Semiconductor substrate 13, 23, 33: (first conductivity type) light receiving section diffusion region 10, 20: Shower film of reverse conductivity type impurity layer 12, 22, 30: (second conductivity type) reverse conductivity type impurity layer 14, 24: vertical CCD (buried channel) diffusion region 15, 25, 32: element isolation diffusion region 16, 26: CCD electrode 17, 27: light shielding film 18a, 18b , 19, 28a, 28b, 29, 38,
39a, 39b: oxide film 37: metal wiring layer

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年7月22日[Submission date] July 22, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0007】 そこで、このような影響を取り除くため
に、例えば、図8に示すような構造を持つ、所謂埋め込
みフォトダイオードと呼ばれる光電変換素子が採用され
ている。即ち、P型シリコン基板71にN型の不純物を
拡散して光電変換部7の受光部拡散領域73を形成し、
その表面に受光部拡散領域73とは逆導電型のP型拡散
層7をイオン注入とアニール(イオン注入により生じ
た結晶欠陥を回復させるための熱処理)によって形成し
たものである。図8では素子分離のための拡散層75と
つながっているが、拡散の深さが浅い場所のみをP型拡
散層7とする。ここではこのP型拡散層7によっ
て、光電変換部表面の再結合速度が大きい領域をシール
ドすることができる。以上のようにして、可視光領域に
対して十分実用になる光電変換素子ならびに固体撮像素
子の製作が可能となった。
Therefore, in order to remove such an influence, for example, a photoelectric conversion element called a so-called embedded photodiode having a structure as shown in FIG. 8 is adopted. That is, N-type impurities are diffused in the P-type silicon substrate 71 to form the light-receiving part diffusion region 73 of the photoelectric conversion part 7,
The light receiving section diffusion region 73 on the surface is obtained by forming the opposite conductivity type of the P-type diffusion layer 7 2 ion implantation and annealing (heat treatment for recovering crystal defects generated by ion implantation). It is connected to the diffusion layer 75 for the FIG. 8, element isolation but only depth shallower diffusion and P-type diffusion layer 7 2. Here by the P-type diffusion layer 7 2, it is possible to shield the region recombination rate is high photoelectric conversion surface. As described above, it is possible to manufacture a photoelectric conversion element and a solid-state image pickup element that are sufficiently practical in the visible light region.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0012】 さらに、図8にも示す如く、通常、受光
部拡散領域73上にはシリコン酸化膜78が上記受光部
拡散領域73とは逆導電型の不純物拡散層71より厚く
形成されており、このシリコン酸化膜78中でもX線の
吸収は起こり、例えば波長45ÅX線に対してシリコン
酸化膜の吸収長は2.3×10-5cmで、シリコンの吸
収長が1.2×10-5cmであることから、シリコン酸
化膜中でシリコン中同様に吸収され。このように、
従来の光電変換素子では、X線はほとんど受光部拡散領
域まで達することができず、X線を光電変化することは
不可能である。
Further, as also shown in FIG. 8, usually, a silicon oxide film 78 is formed on the light receiving portion diffusion region 73 to be thicker than the impurity diffusion layer 71 having a conductivity type opposite to that of the light receiving portion diffusion region 73. X-ray absorption also occurs in this silicon oxide film 78. For example, the absorption length of the silicon oxide film is 2.3 × 10 −5 cm for a wavelength of 45 Å X-ray, and the absorption length of silicon is 1.2 × 10 −5 cm. since it is, Ru is absorbed similarly in silicon in the silicon oxide film. in this way,
In the conventional photoelectric conversion element, almost no X-ray can reach the light-receiving part diffusion region, and it is impossible to photoelectrically change the X-ray.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0036[Correction target item name] 0036

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0036】 その後、受光部拡散領域13の露出面を
含むシリコン基板表面全面に対してP型不純物膜10
被着形成した。被着の方法として、分子線エピタキシャ
ル成長法(MBE)を用いた。これは、高真空中にシリ
コン基板を置き、別に設けたシリコンを電子線で加熱し
シリコンを蒸発させ、シリコン原子を先のシリコン基板
表面全面に被着させてシリコンを結晶成長させるもので
あるが、本実施例では、シリコンを被着させる時に、不
純物濃度1×1018〜1×1020/cm2 で不純物も同
時に被着させることにより、約0.05μmの厚さのP
型不純物披着膜10が形成できた(図1(c))。
After that, a P-type impurity film 10 was formed by depositing on the entire surface of the silicon substrate including the exposed surface of the light receiving portion diffusion region 13. Molecular beam epitaxial growth (MBE) was used as the deposition method. This is to place a silicon substrate in a high vacuum, heat the separately provided silicon with an electron beam to evaporate the silicon, and deposit silicon atoms on the entire surface of the silicon substrate to crystallize the silicon. In the present embodiment, when depositing silicon, impurities are simultaneously deposited at an impurity concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 2 , so that P having a thickness of about 0.05 μm is deposited.
The type impurity deposition film 10 was formed (FIG. 1 (c)).

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図8[Correction target item name] Figure 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図8】 [Figure 8]

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、光電変換を行なうため
の第1導電型の受光部拡散領域を形成する工程aと、該
受光部拡散領域上に前記受光部拡散領域の表面を覆う第
2導電型の不純物層を形成する工程bを有する光電変換
素子の製造方法において、 工程bは、前記受光部拡散領域表面に、前記第2導電型
の不純物層を披着により形成する工程を有することを特
徴とする光電変換素子の製造方法。
1. A step a of forming a light-receiving part diffusion region of a first conductivity type for performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate, and a second step of covering the surface of the light-receiving part diffusion region on the light-receiving part diffusion region. In the method for manufacturing a photoelectric conversion element, which includes the step b of forming a conductivity type impurity layer, the step b includes a step of forming the second conductivity type impurity layer on the surface of the light receiving part diffusion region by deposition. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising:
【請求項2】 前記工程bにおいて、前記第2導電型の
不純物層の厚さを0.1μm以下とすることを特徴とす
る請求項1に記載の光電変換素子の製造方法。
2. The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein in the step b, the thickness of the second conductivity type impurity layer is set to 0.1 μm or less.
【請求項3】 前記工程bにおいて、前記第2導電型の
不純物層の厚さを0.01μm以下とすることを特徴と
する請求項1に記載の光電変換素子の製造方法。
3. The method of manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein in the step b, the thickness of the second conductivity type impurity layer is set to 0.01 μm or less.
【請求項4】 前記第2導電型の不純物層の表面に0.
01μm以下の厚さのシリコン酸化膜層を形成する工程
cをさらに含むことを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の光電変換素子の製造方法。
4. The surface of the impurity layer of the second conductivity type has a resistance of 0.
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, further comprising a step c of forming a silicon oxide film layer having a thickness of 01 µm or less.
【請求項5】 前記工程bの前に、前記工程aにて第1
の導電型の受光部拡散領域を形成した後に、半導体基板
上に絶縁層、電極、金属配線層、シリコン酸化膜層等の
光電変換素子構成を形成する工程と、 前記第1導電型の受光部拡散領域の予め定められた範囲
内の上層を除去し、該受光部拡散領域の表面を露出させ
る工程とを備えたことを特徴とする請求項1または請求
項2、請求項3、請求項4に記載の光電変換素子の製造
方法。
5. The first step in the step a before the step b
Forming a photoelectric conversion element configuration such as an insulating layer, an electrode, a metal wiring layer, and a silicon oxide film layer on the semiconductor substrate after forming the conductive type light receiving section diffusion region; Removing the upper layer within a predetermined range of the diffusion region and exposing the surface of the light receiving portion diffusion region. A method for manufacturing the photoelectric conversion element according to 1.
【請求項6】 半導体基板上に設けた第1の導電型の受
光部拡散領域と、前記受光部拡散領域の表面を覆う第2
導電型の不純物層を有する光電変換素子を画素とする固
体撮像素子において、 前記第2導電型の不純物層が前記第1導電型の受光部拡
散領域上に0.1μm以下の厚さで披着形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
6. A light receiving part diffusion region of a first conductivity type provided on a semiconductor substrate, and a second surface covering the surface of the light receiving part diffusion region.
In a solid-state imaging device having a photoelectric conversion element having a conductivity type impurity layer as a pixel, the second conductivity type impurity layer is deposited on the first conductivity type light receiving part diffusion region with a thickness of 0.1 μm or less. A solid-state imaging device characterized by being formed.
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