JPH11145445A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転送能力が高く、高感度で、且つ特性のバラ
ツキの小さい固体撮像素子を提供する。 【解決手段】入射光を光電変換し、発生した信号電荷を
蓄積および転送する電荷結合素子が２次元に配列された
撮像部と、信号電荷を時系列信号として転送および出力
する水平電荷結合素子および出力部とを具備する固体撮
像素子において、撮像部を構成する電荷結合素子の一導
電型埋込みチャネル領域を、一導電型半導体基板に形成
された反対導電型ウェル領域内に設け、一導電型埋込み
チャネル領域／反対導電型ウェル領域／一導電型半導体
基板の積層構造を形成し、該積層構造が深さ方向のブル
ーミング防止機構を有するようにし、該一導電型埋込み
チャネル領域の信号電荷転送中心付近に反対導電型不純
物を含まない領域を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視光領域で使用
される固体撮像素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像素子としては、特開昭５
９−２１３１５９号公報記載の「フレームトランスファ
ー型固体撮像装置」、及び、Ｍ．Ｊ．Ｈ．ｖａｎ ｄｅ
Ｓｔｅｅｇ他（アイ・トリプル・イー トランザクシ
ョンズ オン エレクトロンデバイスィーズ、第ＥＤ−
３２巻、第１４３０−１４３８頁、１９８５年（ＩＥＥ
Ｅ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，
ｖｏｌ．ＥＤ−３２，ｐｐ．１４３０−１４３８，１９
８５））の報告等がある。

【０００３】特開昭５９−２１３１５９号公報記載のフ
レームトランスファー型固体撮像装置は、図３に示す構
成をしている。この構成において、撮像部（光電変換部
１４）を構成する電荷結合素子（ＣＣＤ）の一導電型埋
込みチャネル領域が、一導電型半導体基板（基板１１）
に形成した反対導電型の第１ウェル（Ｐ１ウェル１２）
内に設けられ、電荷蓄積部１５及び水平転送部１６が、
第１ウェル（Ｐ１ウェル１２）より不純物濃度が高いか
若しくは深さが深い反対導電型の第２ウェル（Ｐ２ウェ
ル１３）内に設けられている。信号電荷蓄積時には第１
ウェル（Ｐ１ウェル１２）が空乏化状態になるように、
基板１１と第１ウェル（Ｐ１ウェル１２）間に所定の電
圧を印加してブルーミング電荷を基板１１に抜き出す、
深さ方向のブルーミング防止機構を有するものである。

【０００４】Ｍ．Ｊ．Ｈ．ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅｅｇら
の報告の固体撮像素子も、撮像部を構成する電荷結合素
子の一導電型埋込みチャネル領域が、一導電型半導体基
板に形成した反対導電型ウェル領域内に設けられている
のであるが、反対導電型ウェル領域の形状が前述のもの
と異なっている。図４（ａ）に電荷結合素子の電荷転送
方向に対して垂直方向に切った場合の撮像部断面構造を
示す。また、図４（ｂ）には同様に切った場合の蓄積部
断面構造を示す。撮像部では蓄積部と異なり、一導電型
埋込みチャネル領域（ｎ型ＣＣＤチャネル領域１９）の
中央付近の反対導電型ウェル領域（ｐ型ウェル領域１
８）が浅く形成されており、この部分が深さ方向のブル
ーミング防止機構として動作する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特開昭５９−２１３１５９号公報記載のフレームトラ
ンスファー型固体撮像装置には、以下のような問題があ
る。

【０００６】このフレームトランスファー型固体撮像装
置では、一導電型半導体基板に反対導電型で不純物濃度
若しくは深さが異なる第１ウェルと第２ウェルとを設
け、濃度が低い若しくは深さが浅い第１ウェル内に撮像
部（光電変換部）を、濃度が高い若しくは深さが深い第
２ウェル内に電荷蓄積部と水平転送部をそれぞれ設けて
いるので、いずれの一導電型埋込みチャネル領域も反対
導電型不純物を含有している。反対導電型不純物および
それと相殺する一導電型不純物は、電気的に無駄になっ
ている上、キャリアが移動する際の散乱中心として作用
する阻害物である。フレームトランスファー型固体撮像
装置では、光信号を信号電荷に変換する電荷蓄積期間に
撮像部（光電変換部）において蓄えた信号電荷を、電荷
蓄積期間終了後に電荷蓄積部へ高速で転送し、撮像部
（光電変換部）を空にして速やかに次の画像の光電変換
を開始するという動作をする。前述の散乱中心は、高速
転送における転送不良の原因となる。電荷結合素子の駆
動電圧を上げ、一導電型埋込みチャネル領域内の電界強
度を強めれば、転送不良を低減することができるが、撮
像部（光電変換部）においては、深さ方向のブルーミン
グ防止機能を具備させるために、第１ウェルは容易に空
乏化するように不純物濃度が低い若しくは深さが浅くな
っているため、電荷結合素子の駆動電圧を上げると一導
電型埋込みチャネル領域と一導電型半導体基板との間の
バリアが消失し、一導電型半導体基板から一導電型埋込
みチャネル領域にキャリアが流れ込んで正常動作しなく
なる。つまり、特に撮像部（光電変換部）の制約から、
電荷結合素子の転送能力が低下してしまうという問題が
ある。

【０００７】また、光電変換の際に有効に働く領域は、
濃度が低い若しくは深さが浅い第１ウェルが空乏化した
ときの表面からバリアのピークまでの深さになるが、非
空乏化状態のときに比べてかなり浅くなる。第１ウェル
が一定の濃度と深さで形成されているので、光電変換の
際に有効に働く領域は全面的に浅く、従って、感度が低
いという問題がある。

【０００８】さらに、不純物濃度若しくは深さが異なる
第１ウェルと第２ウェルとを設けるためには、それぞれ
別々のイオン注入マスクを用いて別々の不純物添加を行
なう必要がある。このことは製造時間が増加することを
意味し、歩留りが低下したり製造費用が増加するという
問題がある。

【０００９】次に、Ｍ．Ｊ．Ｈ．ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅ
ｅｇ他の報告の固体撮像素子が有する問題について説明
する。

【００１０】この固体撮像素子の製造方法を図５を用い
て説明する。この図５は、電荷結合素子の電荷転送方向
に対して垂直方向に切った撮像部の断面を示す製造工程
図である。

【００１１】まず、基板１上に、ｎ型ＣＣＤチャネル領
域１９の中央付近となる領域を覆うストライプ状のＰＲ
（フォトレジスト）マスク２１を形成し、Ｂイオン２２
を注入し、Ｂ注入領域２３を形成する（図５（ａ））。

【００１２】ＰＲマスク２１除去後、このＢを熱処理に
よって深さ方向と横方向に拡散させ、ＰＲマスク２１で
覆っていた領域の中央付近が浅い接合を持つｐ型ウェル
領域１８を形成する（図５（ｂ））。

【００１３】次に、ｐ型ウェル領域１８の浅い接合部分
に中央付近が位置するようにｎ型ＣＣＤチャネル領域１
９を形成し、さらに撮像素子構成物を形成する（図５
（ｃ））。

【００１４】図５（ａ）の工程のときのＰＲマスク２１
は、蓄積部においては、ストライプ状のパターンがな
く、Ｂイオン２２が全面に注入されるので、出来上りは
図４（ｂ）のように全体が均一に厚いｐ型ウェル領域２
０が形成される。

【００１５】以上のように製造されるので、Ｍ．Ｊ．
Ｈ．ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅｅｇらの報告の固体撮像素子
においても、一導電型埋込みチャネル領域（ｎ型ＣＣＤ
チャネル領域１９）が反対導電型不純物を含有し、しか
も撮像部では、反対導電型ウェル領域（ｐ型ウェル領域
１８）の浅く形成された部分が容易に空乏化する、深さ
方向のブルーミング防止機構が形成されている。したが
って、特開昭５９−２１３１５９号公報記載のフレーム
トランスファー型固体撮像装置と同様に、撮像部の制約
から、電荷結合素子の転送能力が低下してしまうという
問題がある。

【００１６】Ｍ．Ｊ．Ｈ ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅｅｇら
の報告の固体撮像素子における撮像部のｐ型ウェル領域
１８は、特開昭５９−２１３１５９号公報記載のフレー
ムトランスファー型固体撮像装置の場合と異なり、ブル
ーミング防止機構として動作する空乏化する浅い接合部
分が極僅かで、他が深い接合になっているので、感度が
低いという問題はない。また、撮像部と蓄積部のｐ型ウ
ェル領域の形成は、単一のイオン注入マスクを用いて１
回の不純物添加で済むので、特開昭５９−２１３１５９
号公報記載のフレームトランスファー型固体撮像装置の
場合ほど製造期間が増加することもない。

【００１７】しかしながら、ｐ型ウェル領域１８の最終
的な形状を持たせるために、前述のように熱拡散によ
り、深さ方向と横方向にＢを長距離移動させ分布させる
ので、高温かつ長時間の熱処理が必要であり、その結
果、Ｂ分布のバラツキが大きくなってしまう。これはポ
テンシャル障壁高さのバラツキを招くことになるので、
Ｍ．Ｊ．Ｈ．ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅｅｇらの報告の固体
撮像素子には、ブルーミング防止の基板設定電圧や最大
蓄積電荷量等のバラツキが大きいという問題がある。

【００１８】そこで本発明の目的は、転送能力が高く、
高感度で、且つ特性のバラツキの小さい固体撮像素子を
提供することである。また、製造期間が増加することな
く、高温かつ長時間の熱処理が不要であり、特性のバラ
ツキを小さくでき、歩留りを高くできる固体撮像素子の
製造方法を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに以下の本発明を完成した。

【００２０】本発明は、入射光を光電変換し、発生した
信号電荷を蓄積および転送する電荷結合素子が２次元に
配列された撮像部と、信号電荷を時系列信号として転送
および出力する水平電荷結合素子および出力部とを少な
くとも具備する固体撮像素子において、撮像部を構成す
る電荷結合素子の一導電型埋込みチャネル領域が、一導
電型半導体基板に形成された反対導電型ウェル領域内に
設けられ、一導電型埋込みチャネル領域／反対導電型ウ
ェル領域／一導電型半導体基板の積層構造が形成され、
該積層構造が深さ方向のブルーミング防止機構を有し、
該一導電型埋込みチャネル領域の信号電荷転送中心付近
に反対導電型不純物を含まない領域を有することを特徴
とする固体撮像素子に関する。

【００２１】また本発明は、入射光を光電変換し、発生
した信号電荷を蓄積および転送する電荷結合素子が２次
元に配列された撮像部と、信号電荷を時系列信号として
転送および出力する水平電荷結合素子および出力部とを
少なくとも具備する固体撮像素子の製造方法において、
撮像部の電荷結合素子の一導電型埋込みチャネル領域の
中央付近となる領域を覆うようにイオン注入マスクを一
導電型半導体基板上に設ける工程と、該一導電型半導体
基板に対して垂直方向近傍からのイオン注入と、電荷結
合素子の電荷転送方向に対して垂直方向に傾けた斜め方
向からのイオン注入によって、反対導電型不純物を添加
して反対導電型ウェル領域を形成する工程を少なくとも
有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法に関す
る。

【００２２】上記本発明の固体撮像素子は、撮像部を構
成する電荷結合素子の一導電型埋込みチャネル領域が、
一導電型半導体基板に形成された反対導電型ウェル領域
内に設けられ、一導電型埋込みチャネル領域／反対導電
型ウェル領域／一導電型半導体基板の積層構造が形成さ
れ、該積層構造が深さ方向のブルーミング防止機構を有
した固体撮像素子であるが、該一導電型埋込みチャネル
領域の信号電荷転送中心付近に反対導電型不純物を含ま
ない領域を有しているため、転送終了間際に少量になっ
たキャリアを、散乱中心としてしか働かない反対導電型
不純物及びそれと相殺される一導電型不純物がない該領
域で転送することができ、その結果、同等の駆動電圧に
対して従来のものより高い転送能力を発揮することがで
きる。

【００２３】また、前述の構造を形成するための本発明
の固体撮像素子の製造方法は、撮像部の電荷結合素子の
一導電型埋込みチャネル領域中央付近となる領域を覆う
ようにイオン注入マスクを一導電型半導体基板上に設け
る工程と、一導電型半導体基板に対して垂直方向近傍か
らのイオン注入と、電荷結合素子の電荷転送方向に対し
て垂直方向に傾けた斜め方向からのイオン注入によっ
て、反対導電型不純物を添加して反対導電型ウェル領域
を形成する工程を有するが、これらの工程を行うと、撮
像部の電荷結合素子の一導電型埋込みチャネル領域の中
央付近直下のみ浅い接合で他の領域が深い接合を有する
反対導電型ウェル領域を形成することや、全領域が深い
接合であるが一導電型埋込みチャネル領域の中央付近直
下のみ不純物濃度が低い反対導電型ウェル領域を形成す
ることができるので、Ｍ．Ｊ．Ｈｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅ
ｅｇらの報告の固体撮像素子と同様な高感度な固体撮像
素子を得ることができる。しかも、撮像部と蓄積部の反
対導電型ウェル領域の形成が、単一のイオン注入マスク
を用いた不純物添加で済み、イオン注入直後に反対導電
型ウェル領域の最終的な形状や不純物分布を持たせ且つ
拡散を抑えて不純物注入後の形状・分布とほとんど同等
の形状・分布を有する反対導電型ウェル領域を形成する
ことが可能となるので、製造期間が増加することなく、
高温かつ長時間の熱処理も不要となり、不純物分布のバ
ラツキやポテンシャル障壁高さのバラツキが極僅かで、
歩留りを高くでき、また、ブルーミング防止の基板設定
電圧や最大蓄積電荷量等のバラツキも極めて小さくする
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明の固体撮像素子おける、電
荷結合素子の電荷転送方向に対して垂直方向に切った場
合の断面構造図であり、図１（ａ）は撮像部、図１
（ｂ）は蓄積部を示す。

【００２６】本実施の形態では、ｎ型Ｓｉ基板１（ｎ型
バルクＳｉ基板上に同種のｎ型エピタキシャルＳｉ層を
設けたものも含む）内にｐ型ウェル領域２が形成してあ
るが、撮像部では、このｐ型ウェル領域２は接合深さの
浅い部分を有すると共に、その浅い部分の上部からｎ型
Ｓｉ基板１表面側にかけて、ｐ型ウェル領域２を構成す
る不純物の硼素Ｂを含まない領域が残るようにして形成
されている。ｐ型ウェル領域２の接合深さの浅い部分が
中央に位置するように、ｎ型ＣＣＤチャネル領域３ａ、
３ｂが形成されているが、このうちｎ型ＣＣＤチャネル
領域（Ｂ未含有）３ａは、前述のｐ型ウェル領域２を構
成する不純物の硼素Ｂを含まない領域にｎ型ＣＣＤチャ
ネル領域を構成する不純物のリンＰや砒素Ａｓを添加し
て形成したものである。

【００２７】例えば、ｎ型Ｓｉ基板１は１０¹³〜１０¹⁵
ｃｍ^-3程度のリン濃度のものを用い、ｐ型ウェル領域２
の深さは深い部分が２〜５μｍで１０¹⁵〜１０¹⁷ｃｍ^-3
程度の硼素濃度とし、ｎ型ＣＣＤチャネル領域３ａ、３
ｂは深さ０．５〜１μｍで１０¹⁶〜１０¹⁷ｃｍ^-3程度の
リンあるいは砒素濃度とすることが望ましい。ｐ型ウェ
ル領域２の浅い部分の深さはｎ型ＣＣＤチャネル領域３
ａ、３ｂの深さより０．２〜２μｍ程度深くなっている
ことが望ましい。ｎ型ＣＣＤチャネル領域間には、それ
らを電気的に分離するｐ⁺型チャネルストップ領域４が
設けてある。このｐ⁺型チャネルストップ領域４は、例
えば深さ１〜４μｍで１０¹⁷〜１０¹⁹ｃｍ^-3程度の硼素
濃度とすることが望ましい。

【００２８】ｎ型ＣＣＤチャネル領域上には、厚さ２０
〜２００ｎｍ程度のゲート酸化膜５を形成し、それを介
してＣＣＤ転送電極６がｎ型ＣＣＤチャネル領域上に設
けてある。ＣＣＤ転送電極６は、高濃度（１０¹⁸〜１０
²¹ｃｍ^-3）にリンや砒素を添加した厚さ５０〜３００ｎ
ｍ程度のポリＳｉ膜、あるいは厚さ０．１〜２μｍ程度
のＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂）や錫酸化物（Ｓｎ０₂）
などの透過性導電膜で形成する。

【００２９】なお、実際の完成デバイスでは、さらに金
属配線等との間の層間膜やカバー膜といった絶縁膜が形
成されているが、本発明の説明上、主要構成要素ではな
いので、図面中では省略してある。

【００３０】本実施の形態は、撮像部を構成する電荷結
合素子のｎ型ＣＣＤチャネル領域３ａ、３ｂが、ｎ型Ｓ
ｉ基板１に形成されたｐ型ウェル領域２内に設けられ、
ｎ型ＣＣＤチャネル領域３ａ、３ｂ／ｐ型ウェル領域２
／ｎ型Ｓｉ基板１の積層構造が形成され、該積層構造が
深さ方向のブルーミング防止機構を有しているが、ｎ型
ＣＣＤチャネル領域３ａ、３ｂの信号電荷転送中心付近
にｎ型ＣＣＤチャネル領域（Ｂ未含有）３ａを有してい
るので、転送終了間際に少量になったキャリアを、散乱
中心としてしか働かないｐ型不純物の硼素Ｂ及びそれと
相殺されるｎ型不純物のリンあるいは砒素がないｎ型Ｃ
ＣＤチャネル領域（Ｂ未含有）３ａで転送することがで
き、その結果、同等の駆動電圧に対して従来のものより
高い転送能力を発揮することができる。

【００３１】また、深さ方向のブルーミング防止機構と
して動作するのは、ｐ型ウェル領域２の接合深さの浅い
部分の極限られた部分であり、他の領域が深い接合を有
しているので、光電変換の際に有効に働く領域が大き
く、そのため本発明の固体撮像素子は高感度である。

【００３２】一方、ｐ型ウェル領域２の接合深さの浅い
部分が無いものの場合は、前述のｐ型ウェル領域２の深
い部分の２〜５μｍの深さまで硼素濃度が薄まって拡が
ったものとなり、ｎ型ＣＣＤチャネル領域中央付近直下
のｐ型ウェル領域２の深さが２〜５μｍで１０¹⁴〜１０
¹⁶ｃｍ^-3程度の硼素濃度となる。

【００３３】図１（ｂ）に示す蓄積部では、ｐ型ウェル
領域７は濃度が切断面内で均一であり接合深さも深く一
定であり、電荷結合素子の駆動電圧を上げて転送能力を
高められるので、ｎ型ＣＣＤチャネル領域３ｂ内に、ｐ
型ウェル領域２を構成する不純物の硼素Ｂを含まない領
域を必ずしも設ける必要はないが、設けてもよい。

【００３４】次に、この固体撮像素子を製造する本発明
の製造方法を、図２を用いて説明する。図２は、本発明
の固体撮像素子の製造方法の主要工程を示す、電荷結合
素子の電荷転送方向に対して垂直方向に切った撮像部断
面図である。

【００３５】まず、ｐ型ウェル領域形成工程において、
撮像部ではｎ型ＣＣＤチャネル領域中央付近となる領域
を覆うストライプ状であって、蓄積部では覆う部分の無
いＰＲマスク８を基板１上に形成する。次いで、電荷結
合素子の電荷転送方向に対して垂直方向にｎ型Ｓｉ基板
１を傾け、例えばｎ型Ｓｉ基板１に対してほぼ９０度、
４５度、３０度からＢイオン９を注入する（図２
（ａ））。

【００３６】イオン注入の角度や分割数はこの限りでは
ないが、斜めからのイオン注入は図に示すように左右対
称になるように行なうことが望ましい。また、図示して
いないが、チャネリングや汚染等を防止するため、通常
は、ｎ型Ｓｉ基板１表面に薄い酸化膜（厚さ２０〜１０
０ｎｍ程度）を形成して注入することが望ましい。

【００３７】イオン注入エネルギーは０．５〜３ＭｅＶ
程度が望ましい。各イオン注入が同じエネルギーでもよ
いし、異なるエネルギーであってもよい。イオン注入エ
ネルギーを高くする場合は、ＰＲマスク８だけではその
厚さを厚くしなければならないが、そのような場合には
Ｓｉ窒化膜等のイオン阻止能力が高い物質からなるイオ
ン注入マスクを併用することが望ましい。

【００３８】ｎ型Ｓｉ基板１へのイオン注入工程によっ
て、ストライプ状のＰＲマスク８の下にＢ未含有の領域
が残されるとともに、その中央直下の領域で深さが浅く
なる分布を持つＢ注入領域（ｐ型ウェル領域）１０が形
成される（図２（ｂ））。

【００３９】深さが一定でストライプ状のＰＲマスク８
の中央直下の領域で硼素濃度が低い分布を持たせる場合
には、例えば４５度及び３０度からの注入について注入
量を２〜３分割して注入エネルギーを変えて注入工程を
行なえばよい。

【００４０】蓄積部ではストライプ状のパターンがな
く、どの角度からの注入においてもＢイオン９が全面に
注入されるので、図１（ｂ）に示すように面内全体が均
一の深さの厚いｐ型ウェル領域７が形成される。

【００４１】イオン注入工程後は、すぐに結晶性回復と
硼素Ｂの活性化を図るための熱処理を行なってもよい
し、他の不純物領域の形成の際の熱処理とかねて行って
もよい。ただし、Ｍ．Ｊ．Ｈ．ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅｅ
ｇらの報告の固体撮像素子のような大幅な拡散はさせな
い。８００〜１０００℃、０．５〜２時間程度で行うこ
とが望ましい。

【００４２】本発明の製造方法では、高エネルギーのイ
オン注入でｎ型Ｓｉ基板１の深部に硼素Ｂを添加し、さ
ほど拡散が起こらない熱処理を施すので、撮像部および
蓄積部のｎ型ＣＣＤチャネル領域（Ｂ含有）３ｂについ
ても従来のものより硼素含有量は極めて少なくすること
ができる。

【００４３】ｐ型ウェル領域２の浅い接合部分（あるい
は硼素濃度が低い部分）に中央付近が位置するようにｎ
型ＣＣＤチャネル領域３ａ、３ｂを形成し、さらに撮像
素子構成物を形成する（図２（ｃ））。

【００４４】以上のようにして作製した本発明の固体撮
像素子の基本的な構成は図３と同様になるが、ｐ型ウェ
ル領域の形成が単一工程なので、図３のＰ１ウェル１２
とＰ２ウェル１３の区別が無くなったような構成とな
る。

【００４５】本発明の製造方法では、撮像部の電荷結合
素子のｎ型ＣＣＤチャネル領域中央付近に硼素未含有領
域を形成すると同時に、その直下のみ浅い接合で他の領
域が深い接合を有するｐ型ウェル領域を形成したり、ｎ
型ＣＣＤチャネル領域中央付近直下のみ硼素濃度が低い
ｐ型ウェル領域を形成したりできるので、Ｍ．Ｊ．Ｈ．
ｖａｎ ｄｅ Ｓｔｅｅｇらの報告の固体撮像素子と同
様に高感度にできる。しかも、撮像部と蓄積部のｐ型ウ
ェル領域の形成が、単一のイオン注入マスクを用いた不
純物添加で済み、イオン注入直後にｐ型ウェル領域の最
終的な形状や不純物分布を持たせ且つ拡散を抑えて硼素
注入後の分布とほとんど同等の分布を有するｐ型ウェル
領域を形成するので、製造期間が増加することなく、高
温かつ長時間の熱処理も不要となり、硼素分布のバラツ
キやポテンシャル障壁高さのバラツキが極僅かで、歩留
りを高くでき、また、ブルーミング防止の基板設定電圧
や最大蓄積電荷量等のバラツキも極めて小さくすること
ができる。

【００４６】なお、以上はフレームトランスファー型固
体撮像素子について述べてきたが、本発明は蓄積部を持
たないフルフレーム型固体撮像素子にも適用できる。ま
た、各領域の導電型を全て入れ換えることも可能であ
る。

【００４７】

【実施例】４相駆動垂直ＣＣＤ方式の有効６４０（Ｈ）
×４８０（Ｖ）画素で画素寸法が１０μｍ□のフレーム
トランスファー型ＣＣＤ撮像素子を製作した。

【００４８】リン濃度２×１０¹⁴ｃｍ^-3程度のｎ型（１
００）Ｓｉ基板上に、同じリン濃度で厚さ２０μｍ程度
のエピタキシャルＳｉ層を形成したエピタキシャルＳｉ
基板を用いた。

【００４９】ｐ型ウェル領域形成工程において、基板１
上の、撮像素子を形成する活性領域（撮像部、電荷蓄積
部、水平電荷結合素子、及び出力部を形成する領域）に
約５０ｎｍ厚の酸化膜を形成し、さらに約０．４μｍ厚
のＳｉ窒化膜（約１μｍ厚のＰＲマスクに相当）を形成
した後、撮像部はｎ型ＣＣＤチャネル領域中央付近とな
る領域を３μｍ幅で覆うストライプ形状を有し、蓄積部
は覆う部分の無い約２．５μｍ厚のＰＲマスクを設け
た。

【００５０】Ｓｉ窒化膜をＰＲマスク形状にパターニン
グした後、電荷結合素子の電荷転送方向に対して垂直方
向にｎ型Ｓｉ基板を傾け、ｎ型Ｓｉ基板に対してほぼ９
０度、４５度、３０度からＢイオンを注入した。各々の
イオン注入は全てエネルギー１．５ＭｅＶで注入量３×
１０¹¹ｃｍ^-2の条件で行なった。

【００５１】その後、ｎ型ＣＣＤチャネル領域形成のた
め、ｎ型ＣＣＤチャネル領域用ＰＲマスクを設け、エネ
ルギー７０ｋｅＶ、イオン注入量２×１０¹²ｃｍ^-2の条
件でＰイオンを注入し、１０００℃、１時間の熱処理で
両者を活性化させた。

【００５２】これらの工程とその後の撮像素子形成工程
によって、完了時に、ｎ型ＣＣＤチャネル領域は不純物
濃度約５×１０¹⁶ｃｍ^-3でｐ型ウェル領域との接合深さ
が約０．８μｍとなった。ｐ型ウェル領域は、深い部分
では不純物濃度約４×１０¹⁵ｃｍ^-3でｎ型Ｓｉ基板との
接合深さが約３μｍとなり、ｎ型ＣＣＤチャネル領域中
央付近の浅い部分では同程度の不純物濃度でｎ型Ｓｉ基
板との接合深さが約１．４μｍとなった。

【００５３】ｎ型ＣＣＤチャネル領域は、１０μｍピッ
チで設けた２μｍ幅のｐ⁺型チャネルストップ領域で垂
直方向に分割されている。このｐ⁺型チャネルストップ
領域は約８×１０¹⁷ｃｍ^-3の不純物濃度で深さ約２μｍ
とした。

【００５４】ｎ型ＣＣＤチャネル領域の表面には、前述
のイオン注入時の酸化膜とは別の熱酸化による厚さ５０
ｎｍのゲート酸化膜を設け、その上に約１００ｎｍ厚の
ポリＳｉでＣＣＤ転送電極を形成した。２層のポリＳｉ
を用い、１画素に４電極を設けた。

【００５５】絶縁膜を形成した後、金属内部配線や撮像
部を限定する金属光シールドを形成し、デバイス最外部
を保護膜でカバーした。

【００５６】このフレームトランスファー型ＣＣＤ撮像
素子に３０フレーム／秒の動作をさせ、撮像部から電荷
蓄積部への高速転送を２０ＭＨｚで行なわせたが、転送
損失は測定限界以下であった。また、基板電圧約５Ｖで
良好なブルーミング防止機能を示した。ブルーミング防
止機能が働いているとき、光電変換に寄与する基板内の
深さは、ｐ型ウェル領域が浅い部分では約１μｍしかな
いが、ｐ型ウェル領域が深い部分では約２．６μｍもあ
り、深い部分は浅い部分のおよそ２倍の吸収率を有して
いる。

【００５７】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の固体撮像
素子は、一導電型埋込みチャネル領域の信号電荷転送中
心付近に反対導電型不純物を含まない領域を有している
ので転送能力が高く、しかもブルーミング防止機構とし
て働く部分が極僅かで他部分が基板内の深くまで光電変
換に寄与するので高感度である。

【００５８】また本発明の製造方法によれば、撮像部と
蓄積部のｐ型ウェル領域の形成が、単一のイオン注入マ
スクを用いた不純物添加で済み、また、イオン注入直後
にｐ型ウェル領域の最終的な形状や不純物分布を持たせ
且つ拡散を抑えて硼素注入後の分布とほとんど同等の分
布を有するｐ型ウェル領域を形成できるので、製造期間
が増加することなく、高温かつ長時間の熱処理も不要と
なり、硼素の分布のバラツキやポテンシャル障壁高さの
バラツキが極僅かで、歩留りが高くでき、また、ブルー
ミング防止の基板設定電圧や最大蓄積電荷量等のバラツ
キも極めて小さくすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子おける、電荷結合素子の
電荷転送方向に対して垂直方向の断面構造図である。図
１（ａ）は撮像部、図１（ｂ）蓄積部を示す。

【図２】本発明の固体撮像素子の製造方法の主要工程を
示す、電荷結合素子の電荷転送方向に対して垂直方向の
撮像部断面図である。

【図３】従来のフレームトランスファー型固体撮像装置
の基本構成図である。

【図４】他の従来の固体撮像素子おける、電荷結合素子
の電荷転送方向に対して垂直方向の断面構造図である。
図４（ａ）は撮像部、図４（ｂ）は蓄積部を示す。

【図５】図４に示す従来の固体撮像素子の製造方法の主
要工程を示す、電荷結合素子の電荷転送方向に対して垂
直方向の撮像部断面図である。

【符号の説明】

１ ｎ型Ｓｉ基板 ２ ｐ型ウェル領域 ３ａ ｎ型ＣＣＤチャネル領域（Ｂ未含有） ３ｂ ｎ型ＣＣＤチャネル領域（Ｂ含有） ４ Ｐ⁺型チャネルストップ領域 ５ ゲート酸化膜 ６ ＣＣＤ転送電極 ７ ｐ型ウェル領域 ８ ＰＲマスク ９ Ｂイオン １０ Ｂ注入領域（ｐ型ウェル領域） １１ 基板 １２ Ｐ１ウェル １３ Ｐ２ウェル １４ 光電変換部（撮像部） １５ 電荷蓄積部 １６ 水平転送部 １７ 増幅器部 １８ ｐ型ウェル領域 １９ ｎ型ＣＣＤチャネル領域 ２０ ｐ型ウェル領域 ２１ ＰＲマスク ２２ Ｂイオン ２３ Ｂ注入領域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を光電変換し、発生した信号電荷
   を蓄積および転送する電荷結合素子が２次元に配列され
   た撮像部と、信号電荷を時系列信号として転送および出
   力する水平電荷結合素子および出力部とを少なくとも具
   備する固体撮像素子において、 撮像部を構成する電荷結合素子の一導電型埋込みチャネ
   ル領域が、一導電型半導体基板に形成された反対導電型
   ウェル領域内に設けられ、一導電型埋込みチャネル領域
   ／反対導電型ウェル領域／一導電型半導体基板の積層構
   造が形成され、該積層構造が深さ方向のブルーミング防
   止機構を有し、 該一導電型埋込みチャネル領域の信号電荷転送中心付近
   に反対導電型不純物を含まない領域を有することを特徴
   とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記反対導電型ウェル領域の接合深さ
   が、前記一導電型埋込みチャネル領域の中央下部付近で
   浅くなっている請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記反対導電型ウェル領域の不純物濃度
   が、前記一導電型埋込みチャネル領域の中央下部付近で
   低くなっている請求項１記載の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 入射光を光電変換し、発生した信号電荷
   を蓄積および転送する電荷結合素子が２次元に配列され
   た撮像部と、信号電荷を時系列信号として転送および出
   力する水平電荷結合素子および出力部とを少なくとも具
   備する固体撮像素子の製造方法において、 撮像部の電荷結合素子の一導電型埋込みチャネル領域の
   中央付近となる領域を覆うようにイオン注入マスクを一
   導電型半導体基板上に設ける工程と、該一導電型半導体
   基板に対して垂直方向近傍からのイオン注入と、電荷結
   合素子の電荷転送方向に対して垂直方向に傾けた斜め方
   向からのイオン注入によって、反対導電型不純物を添加
   して反対導電型ウェル領域を形成する工程を少なくとも
   有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
5. 【請求項５】 さらに、信号電荷を蓄積および転送する
   蓄積部を有する固体撮像素子の製造方法であって、 該蓄積部および撮像部の反対導電型ウェル領域の形成
   を、単一のイオン注入マスクを用いたイオン注入により
   行う請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
6. 【請求項６】 イオン注入直後に反対導電型ウェル領域
   の最終的不純物分布にほぼなるようにイオン注入を行
   い、且つ拡散を抑えて不純物注入直後の不純物分布とほ
   ぼ同等の分布を有する反対導電型ウェル領域を形成する
   請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。