JPH08330564A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子の受光部で表面電荷によるホワ
イト欠陥を効率よく抑制するための固体撮像素子の受光
部構造およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 固体撮像素子の受光部の垂直構造が光が
入射する表面からＮ⁺ −Ｐ⁺ −Ｎ−Ｐ−Ｎ ^-となるよう
形成される。すなわち、この製造方法は、Ｐ型ウェル内
にチャネルストップ層２３と垂直ＣＣＤ２４とを形成
し、ゲ−ト絶縁膜２５を形成した後電荷転送用ゲ−ト電
極２６を形成し、Ｎ型不純物を注入して受光部用フォト
ダイオ−ド２７を形成する。そして、受光部の表面にＰ
型不純物を注入してＰ⁺層を形成し受光部を形成する。
この受光部表面のゲ−ト絶縁膜２５を取り除き、Ｎ型不
純物を含む膜３５を蒸着し、熱処理して絶縁膜３５内に
あるＮ型不純物が受光部の表面にド−ピングされ表面に
薄いｎ−ｐ接合面を形成する。その後、遮光用金属膜２
０と保護膜２１とを順次形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子、特
に、たとえば受光部を備えたＣＣＤ撮像素子に有利に適
用される固体撮像素子の受光部構造とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラなどに使われる固体
撮像素子としてＣＣＤ撮像素子が多種多様な映像機器に
用いられ、たとえば特開平６−９７４１１号公報等には
この種の従来技術が開示されている。図６はこのような
従来技術における固体撮像素子のフォトセルの構造とそ
の製造方法を説明するための一部断面図を示したもので
ある。また、図７は、図６に示した従来技術において、
表面における深さと濃度（Ａ）、電位分布（Ｂ）との関
係を示すグラフである。

【０００３】まず、この従来技術における製造方法を説
明すれば、Ｎ型基板（Ｎ−ｓｕｂ）１１にＰ型ウェル
（Ｐ−ｗｅｌｌ）１２を形成し、チャネルストップ１３
と垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１４を形成する。そして、表
面にゲ−ト絶縁膜１５を形成した後、電荷転送用ゲ−ト
電極１６を形成し、受光部となる部分にＮ型不純物を注
入してフォトダイオ−ド（ＰＤ）１７を形成する。受光
部の表面にＰ型不純物を注入して高濃度のＰ⁺ 層１８を
形成し、その後、絶縁酸化膜１９、遮光用金属膜２０及
び保護膜２１を順次積層形成する。

【０００４】このように、受光部表面には、Ｎ型のフォ
トダイオ−ド１７の表面にＰ型不純物をイオン注入した
Ｐ⁺ 層１８が形成されているこのＰ⁺ 層１８は、ダング
リングボンドに結合された水素イオンや温度エネルギ−
により発生したノイズ電荷がフォトダイオ−ド１７に流
入した際、撮像したい光信号による電荷と共にこのノイ
ズ電荷が信号電荷として処理されることを防いでいた。
すなわち、Ｎ型のフォトダイオ−ド１７の表面から発生
したノイズ電荷がフォトダイオ−ド１７に流入されるこ
とをフォトダイオ−ド１７の表面に形成されたＰ⁺ 層１
８が障壁の役割を果たして遮断していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
おける固体撮像素子において、Ｐ⁺ 層１８は中立（ｎｅ
ｕｔｒａｌ）領域が存するように、Ｎ型のフォトダイオ
−ド領域の濃度より１次数（ｏｒｄｅｒ）以上の濃度を
高く保たなければ効率的な障壁の役割を果たせない。

【０００６】図７（Ａ）は従来技術における受光部の表
面からの深さと不純物濃度との関係を示しているが、表
面からＰ⁺ 、Ｎ、Ｐ、Ｎ^- の順に濃度が低くなるように
設計される。このように不純物濃度が分布されれば、図
７（Ｂ）に示したように、表面の電位を零電位としたと
きＮ領域は負電位となり、Ｐ領域は表面よりやや負電位
となることがわかる。

【０００７】このように、従来の受光部構造では、Ｐ⁺
−Ｎ−Ｐ−Ｎ^- となって表面のノイズ電位をＰ⁺ 領域と
表面との間の中立領域に溜める役割を果たすが、この中
立領域の深さが大きくなれば入射光の短波長を撮像する
能力が劣化するので、無制限に深く形成することはでき
ない。そこで、短波長での撮像能力が劣化しない程度の
適正深さに形成すれば、Ｐ⁺ 層の障壁を越えるノイズ電
荷が多く発生してホワイトノイズを生じるという問題が
生じた。

【０００８】したがって、従来技術における固体撮像素
子では、ホワイトノイズを減少させること、すなわちＣ
ＣＤ受光部の表面状態がノイズ電荷として作用すること
を防ぐことが非常に困難であり、高品位の固体撮像素子
を提供することができないという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、第１導電型の基板上に形成された第
２導電型のウェル内に、チャネルストップ部と垂直ＣＣ
Ｄ部とを形成し、第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜
を形成した後、このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト
電極を形成し、第１導電型不純物を注入して受光部用の
フォトダイオ−ドを形成する。そして、この受光部の表
面に第２導電型不純物を注入して高濃度の第２導電層を
形成した後、受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く。そ
の後、第１導電型不純物を含む絶縁膜を表面に蒸着し、
この絶縁膜を熱処理してこの膜内にある第１導電型不純
物を受光部の表面にド−ピングし表面に薄い第１導電部
と第２導電部の接合面を形成する。この後、受光部を除
く絶縁膜上に遮光用金属膜を形成し、この遮光用金属膜
を含む表面に保護膜を形成する。

【００１０】また、本発明による他の製造方法では、第
１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内
に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部を形成し、第２
導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、このゲ
ート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、第１導
電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−ドを形
成する。そして、この受光部の表面に第２導電型不純物
を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、受光部表
面のゲ−ト絶縁膜を取り除く。その後、第１導電型不純
物でド−ピングされたポリシリコン層を形成した後、熱
処理して受光部の表面に薄い第１導電部と第２導電部の
接合面を形成した後、ポリシリコン層を取り除く。この
後、表面に絶縁層と遮光用金属膜と保護膜とを順次積層
形成する。さらに本発明による製造方法は、第１導電型
の基板上に形成された第２導電型のウェル内に、チャネ
ルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、第２導電型ウ
ェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、このゲート絶縁
膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、第１導電型不純
物を注入して受光部用のフォトダイオ−ドを形成する。
そして、受光部の表面に第２導電型不純物を注入して高
濃度の第２導電層を形成した後、受光部表面のゲ−ト絶
縁膜を取り除く。その後、第１導電型不純物イオンをイ
オン注入し、その後熱処理して受光部の表面に薄い第１
導電部と第２導電部との接合面を形成する。この後、表
面に絶縁層と遮光用金属膜と保護膜とを順次積層して形
成する。

【００１１】また、本発明によれば、第１導電型の半導
体基板上に形成された第２導電型のウエルと、前記第２
導電型のウエル内に形成された受光部とを備えた固体撮
像素子は、受光部の垂直構造が光が入射する表面から高
濃度第１導電型層−高濃度第２導電型層−第１導電型層
−第２導電型層−低濃度第１導電型層により形成され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる固体撮像素子の受光部の構造およびその製造方法の
実施の形態を詳細に説明する。図１〜図３は本発明によ
る固体撮像素子の受光部の製造過程を示す断面図であ
り、図４はこの固体撮像素子の受光部の概略的なレイア
ウトを示した説明図である。

【００１３】図１において、Ｎ型基板（Ｎ−ｓｕｂ）２
１にＰ型ウェル（Ｐ−ｗｅｌｌ）２２を形成し、チャネ
ルストップ２３と、一方がこれに隣接した垂直ＣＣＤ
（ＶＣＣＤ）２４を形成する。そして、表面にゲ−ト絶
縁膜２５を形成した後、垂直ＣＣＤ２４上にこのゲ−ト
絶縁膜２５を介して電荷転送用ゲ−ト電極２６を形成す
る。その後、受光部となる部分にＮ型不純物を注入して
フォトダイオ−ド２７を形成する。このときの概略的な
レイアウトが図４（Ａ）であり、ここまでの工程は従来
技術と同じである。

【００１４】次に、図２に示すように、図１で形成され
た受光部の表面にＰ型不純物を注入してＰ⁺ 層２８を形
成する。その後、写真食刻工程で受光部２７の上部のゲ
−ト絶縁膜２５を取り除いて受光部窓２９を開く。この
際、湿式食刻工程を用いる。このときの概略的なレイア
ウトを示したものが図４（Ｂ）である。次に、受光部窓
２９を含む表面にＮ型不純物を含めた絶縁物質よりなる
絶縁膜３５を蒸着する。この際、絶縁膜３５はＰＳＧを
用いて蒸着すれば良い。

【００１５】この後、絶縁膜３５がゲ−ト電極２６を形
成したとき生じた段差をある程度平坦化するように熱処
理を施す。この熱処理により、絶縁膜３５内にあるＮ型
不純物が受光部の表面にド−ピングされ、表面に薄い接
合層３０が形成される。このようにしてＮ領域（Ｎ⁺ ま
たはＮ）の接合層３０が形成されることで、受光部の垂
直構造は光が入射される表面からＮ（またはＮ⁺ ) −Ｐ
⁺−Ｎ−Ｐ−Ｎ⁺ より形成される。その後、図３に示す
ように、受光部が形成された部分以外の表面に遮光用金
属膜３１が形成され、その上に保護膜３２が形成され
る。

【００１６】図５（Ａ）は本実施の形態における受光部
の表面からの深さによる不純物濃度を示しているが、最
も表面に近いＮ⁺ （またはＮ）層の除けばその他は従来
技術と同様に、表面からＰ⁺ 、Ｎ、Ｐ、Ｎ^- の順に濃度
が低くなるように設計される。このように本実施の形態
では、Ｐ⁺ 層の上にＮ⁺ （またはＮ）層を形成したた
め、図５（Ｂ）に示すように、表面の電位が従来技術の
ように零電位とならずに負電位となる。したがって、Ｎ
−Ｐ接合層が形成する障壁により表面のノイズ電荷が受
光部に流入されるのをほぼ完璧に遮断することが可能と
なる。

【００１７】以上、本発明による固体撮像素子の受光部
の構造およびその製造方法について説明したが、本発明
は特にこれに限定されるものではない。すなわち、他の
実施の形態として、絶縁膜３５を蒸着して自動ド−ピン
グさせる工程の代わりに、Ｎ型にド−ピングされたポリ
シリコン層を形成した後、これを熱処理して自動ド−ピ
ングさせた後、このポリシリコン層を取り除けいても良
い。

【００１８】さらに、他の実施例として、絶縁膜３５を
通じて自動ド−ピングする代わりに、Ｎ型不純物を表面
にのみイオン注入してＮ型表面層を形成しても良い。な
お、これら他の実施の形態においても、勿論、このよう
にＮ型を表面に形成した後は図３に示したように、絶縁
酸化膜３５、遮光用金属膜３１及び保護膜３２を形成す
る。

【００１９】以上、詳細に説明した本実施の形態におけ
る撮像素子の受光部の構造では、表面にＮまたはＮ⁺ 型
の不純物が自動ド−ピングされることにより、受光部は
光が入射する表面から深さ方向へＮ（またはＮ⁺ ）−Ｐ
⁺ −Ｎ−Ｐ−Ｎ^- の構造としたが、本発明はこれらに限
定されるものではなく、勿論、Ｐ型とＮ型を互いに変え
て形成しても同じ効果を期待できる。

【００２０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
る撮像素子の受光部の構造では、従来技術のように受光
部の表面をＰ⁺ 層のみで保護するのでは無く、Ｐ⁺ 表面
にＮ（またはＮ⁺ ）層をさらに形成する。このような構
造にすることにより、Ｎ−Ｐ接合層が形成する障壁が大
きくなるので、表面のノイズ電荷が受光部に流入される
のをほぼ完璧に遮断する。よって、ホワイト欠陥（Ｗｈ
ｉｔｅ ｄｅｆｅｃｔ）を効率よく抑制し、ＣＣＤ撮像
素子の収率を向上させうることが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像素子の受光部構造の実施
の形態における製造過程のを示す断面図。

【図２】図１に示した製造過程に続く受光部構造の断面
を示す断面図。

【図３】図２に示した製造過程に続く受光部構造の断面
を示す断面図。

【図４】本発明による固体撮像素子の受光部の概略的な
レイアウトを示したレイアウト図。

【図５】本発明による固体撮像素子の受光部の垂直深さ
と不純物濃度との関係を示すグラフ（Ａ）と、受光部の
垂直深さと電位分布との関係を示すグラフ（Ｂ）。

【図６】従来技術における固体撮像素子の受光部構造を
示す断面図。

【図７】図６に示した固体撮像素子の受光部の垂直深さ
と不純物濃度との関係を示すグラフ（Ａ）と、受光部の
垂直深さと電位分布との関係を示すグラフ（Ｂ）。

【符号の説明】

２１ Ｎ型基板 ２２ Ｐ型ウェル ２３ チャネルストップ層 ２４ 垂直ＣＣＤ ２５ ゲ−ト絶縁膜 ２６ ゲ−ト電極 ２７ フォトダイオ−ド ２８ Ｐ⁺ 層 ２９ 受光部窓 ３０ 接合層 ３５ 絶縁膜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子の受光部製造方法におい
   て、 第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内
   に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、前
   記第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、
   このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、
   第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−
   ドを形成する第１の工程と、 前記第１の工程で形成された受光部の表面に、第２導電
   型不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、
   前記受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く第２の工程
   と、 前記第２の工程で露出した表面に第１導電型不純物を含
   む絶縁膜を蒸着し、この絶縁膜を熱処理してこの膜内に
   ある第１導電型不純物を前記受光部の表面にド−ピング
   し表面に薄い第１導電部と第２導電部の接合面を形成す
   る第３の工程と、 前記受光部を除く前記絶縁膜上に遮光用金属膜を形成
   し、この遮光用金属膜を含む表面に保護膜を形成する第
   ４の工程とを有することを特徴とする固体撮像素子の受
   光部製造方法。
2. 【請求項２】 固体撮像素子の受光部製造方法におい
   て、 第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内
   に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、前
   記第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、
   このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、
   第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−
   ドを形成する第１の工程と、 前記第１の工程で形成された受光部の表面に第２導電型
   不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、前
   記受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く第２の工程と、 前記第２の工程で露出した表面に第１導電型不純物でド
   −ピングされたポリシリコン層を形成した後、熱処理し
   て前記受光部の表面に薄い第１導電部と第２導電部の接
   合面を形成した後、前記ポリシリコン層を取り除く第３
   の工程と、 前記第３の工程で露出した表面に絶縁層と遮光用金属膜
   と保護膜とを順次積層して形成する第４の工程とを有す
   ることを特徴とする固体撮像素子の受光部製造方法。
3. 【請求項３】 固体撮像素子の受光部製造方法におい
   て、 第１導電型の基板上に形成された第２導電型のウェル内
   に、チャネルストップ部と垂直ＣＣＤ部とを形成し、前
   記第２導電型ウェル表面にゲ−ト絶縁膜を形成した後、
   このゲート絶縁膜上に電荷転送用ゲ−ト電極を形成し、
   第１導電型不純物を注入して受光部用のフォトダイオ−
   ドを形成する第１の工程と、 前記第１の工程で形成された受光部の表面に第２導電型
   不純物を注入して高濃度の第２導電層を形成した後、前
   記受光部表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く第２の工程と、 前記第２の工程で露出した表面に第１導電型不純物イオ
   ンをイオン注入し、その後熱処理して前記受光部の表面
   に薄い第１導電部と第２導電部の接合面を形成する第３
   の工程と、 前記第３の工程で形成された表面に絶縁層と遮光用金属
   膜と保護膜とを順次積層して形成する第４の工程とを有
   することを特徴とする固体撮像素子の受光部製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３に記載の製造方法におい
   て、前記受光部の表面のゲ−ト絶縁膜を取り除く領域
   は、前記受光部の表面に形成された前記高濃度の第２導
   電層の領域内であることを特徴とする固体撮像素子の受
   光部製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４に記載の製造方法におい
   て、前記第１の導電型はＮ型であり、前記第２の導電型
   はＰ型であることを特徴とする固体撮像素子の受光部製
   造方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４に記載の製造方法におい
   て、前記第１の導電型はＰ型であり、前記第２の導電型
   はＮ型であることを特徴とする固体撮像素子の受光部製
   造方法。
7. 【請求項７】 第１導電型の半導体基板上に形成された
   第２導電型のウエルと、前記第２導電型のウエル内に形
   成された受光部とを備えた固体撮像素子において、 前記受光部の垂直構造が光が入射する表面から高濃度第
   １導電型層−高濃度第２導電型層−第１導電型層−第２
   導電型層−低濃度第１導電型層により形成されることを
   特徴とする固体撮像素子。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の固体撮像素子におい
   て、前記高濃度第１導電型層および前記高濃度第２導電
   型層のいずれか一方の濃度が他方より高いことを特徴と
   する固体撮像素子。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の固体撮像素子におい
   て、前記高濃度第１導電層の領域が前記高濃度第２導電
   層の領域内に形成されることを特徴とする固体撮像素
   子。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至９に記載の固体撮像素子
    において、前記第１の導電型はＮ型であり、第２の導電
    型はＰ型であることを特徴とする固体撮像素子。
11. 【請求項１１】 請求項７乃至９に記載の受光部構造に
    おいて、前記第１の導電型はＰ型であり、前記第２の導
    電型はＮ型であることを特徴とする固体撮像素子。