JPS60142561A - 撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、雑音の小さな画面を得るための撮像装置の製
造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 電荷転送にＣＯＤを用いた撮像装置の断面構造は第１図
および第２図のようになる。第１図は、ＣＣＤ撮像装置
の一例であり、ホトダイオードと垂直ＣＯＤが交互に配
列されている。具体的に図によって説明すると、ｐ型約
１ｏΩ−ｃｍ、シリコン基板１の一方主面の一部に厚め
のフィールド酸化膜２を形成する。その際フィールド酸
化膜２の下側には基板１と同導電型の不純物濃度の高い
ｐ”Ｉｔ散３が形成されており、通常チャンネルストッ
パー拡散と呼ばれている。

フィールド酸化膜３の両側はＣＣＤ側４とホトダイオー
ド５を経てＣＯＤに到る領域６に形成されている。ホト
ダイオード６の部分以外は薄いゲート酸化膜７が形成さ
れゲート酸化膜７上には、ゲート材料である多結晶シリ
コン膜８が載置されている。ホトダイオード部およびＣ
ＣＤ部は基板１とは反対導電型のｎ型ＣＣＤ１０が形成
され、ホトダイオード側は濃度ｎ＋１広散されてホトダ
イオード９を形成している０ＣＣＤ側はｎ型として拡散
されＣ０Ｄ１０を形成している。

またホトダイオード９とＣＣＤ１０の中間部は、ｎ型の
薄い拡散がなされｎ″″型となりリードゲート部１１と
よばれている。

上記のような構造をした撮像装置に、各々ホトダイオー
ド電位あるいはＣＯＤのゲート電位などを開力１１シた
場合の基板１の内部の、Ｐ”接合部での空乏層１２が形
成される。１３０線はこの時の状態を示したものであり
、上部の電位により上下したり形状が変化するものであ
る。第１図では、空乏層が下側に拡がりチャンネルスト
ッパー拡散３下でも空乏層が結ばれた状態となっている
。この時のホトダイオード電位あるいはＣＯＤ駆動電位
が不適当な場合は、フィールド酸化膜２下のチャンネル
ストッパー拡散３付近でホトダイオードと隣りのＣＣＤ
部の間で横方向のリーク電流がながれ、ホトダイオード
部に信号として検知され撮像画面に雑音として現われる
。

上記した問題点の対応として基板１の比抵抗を変化させ
、ｐ型約１０Ω−温から比抵抗を下げ、５Ω−Ｃｍ、　
、　１Ω−ｃｎｂとした方が空乏層の広が９を抑制でき
リーク電流は減少させることが出来る。

しかし、基板比抵抗を下げて撮像装置を構成した場合、
ＣＣＤ部及びリードゲート部などのＶｐの制御が難しい
など異なった問題を生じてくる。

第２図は、第１図で示した撮像装置のホトダイオード部
を並列方向（ダイオード直角方向）の断面を見たもので
ある。第１図と同じように、基板１表面には厚いフィー
ルド酸化膜２が一定間隔を開けて設けられており、その
間にはホトダイオード９が形成されている。

厚いフィールド酸化膜２の下側には、基板１とは同一の
導電型不純物が拡散されており、しかも濃くチャンネル
ストッパー３が形成されている。

さらにこの撮像装置に電位をかけた時のある状態であり
、空乏層１２の拡がりの状態を１３に示す。

ホトダイオードの並列で見ると、第１図で示したＣＯＤ
とホトダイオードの間隔より、第２図で示すホトダイオ
ード間の方が間隔が狭く、電位に対する影響を受けやす
い。また、撮像装置の微細化にともない、これらの間隔
はより狭くなる方向にあり現状の構造であれば、さらに
大きな影響を受け、印加可能な電位の制限を受けること
になる。

従って、低雑音でしかも微、ＩＩＩ化をはかｐ高精度な
撮像装置を得るためには何かの方法により、素子の分離
を行なう必要が生じる０ 発明の目的 本発明の目的は、撮像装置の雑音レベルを低下さぜ、低
照度であっても鮮明な撮像を得られる撮像板の製造方法
を提供することである０発り］の構成 本発明は、−導電型半導体基板表向にエピタキシャル成
長層をｌｉｔ成し、半ｉ４’ｆｉ体基板表面からエピタ
キシャル成長層へ一導電型不純物を拡散させエピタキシ
ャル成長層の一部を基板と同導電型とし、さらにエピタ
キシャル成長層のノツ［定の領域表面に、反対導電型不
純物を拡散させ、ｎｐダイオード。

ＣＣＤ形成川ｎ用領域及びｎ領域を形成するとともに、
素子間分離のフィールド酸化膜下の一導電型不純物拡散
領域である。チャンネルストッパー拡散と基板の一導電
型不純物を、エピタキシャル成長層内で接続させる。こ
の時の基板の不純物濃度及びチャンネルストッパー拡散
一度及び熱処理の温度と時間により、ｐ−ｎ接合の制圧
を決定することができる。

実施例の説明 本発明の一実施例を第３図に示す。

まずｐ型約１ｏΩ−Ｃ轟のシリコン基板３０の底面全面
ニ１．０〜１０×１０１２ｉ０ｎｓ／Ｃ４ノホロンヲイ
オン注入し１０００″Ｃ程度で熱処理して、基板表面に
ｐ”Ｗ領域（埋込み領域）３１を形成する（Ａ）。

次に上記基板３０の上にエピタキシャル成長により、ノ
ンドープのシリコン単結晶層３２を１．２μ〜２．６Ω
程度成長させる（Ｂ）。この時、ｐ＋型領領域３１エピ
タキシャル時の高温処理によりエピタキシャル層ｌ１ｌ
Ｉにも伸びていく。

次に、ホトダイオード及びＣＯＤ素子の形成される以外
の分離領域を形成するため、エピタキシャル成長した表
面に薄い酸化膜を形成しシリコン窒化膜（図示せず）を
形成しフォトエッチ工程を経て、前記のホトダイオード
及びＣＯＤ素子形成部以外の部分のシリコン窒化膜を除
去し、さらに基板を酸化性雰囲気中に入れシリコン窒化
膜の除去された部分を酸化する。この酸化された部分が
分離の厚い酸化膜３３となり、窓の部分のシリコン窒化
膜及び薄い酸化膜を除去したものである。

この酸化工程の前にあらかじめシリコン窒化膜が除去さ
れ７６部分に、ボロンｆ　約２．５Ｘ　１０’　”〜４
、○×１０３ｔｈ０ｎｓ／ｃｄ　の量をイオン注入して
チャンネルストッパーとし、基板濃度より高＜　シｐ”
＆態にしておく。第３図（Ｃ）に示すように、基板３゜
上にエピタキシャル成長層３２があり、その境界（ｌ近
には基板３０にあらかじめイオン注入されたｐＨ込み領
域３１がある。表面は、厚い酸化膜（フィールド酸化膜
）３３が部分的に存在し、その中間はホトダイオード及
びＣＯＤ素子等の素子が形成される活性領域３４となる
。

また、フィールド酸化膜３３下にはチャ／ネルストッパ
ー拡散層３５がある。この拡散はフィールド酸化膜３３
の形成時など熱処理にエピタキシャル成長層３２内に拡
散していく。一方同じように熱処理中に基板３ｏに埋込
み拡散したｐ領域３１も、エピタキシャル成長層３２中
と基板３０中に拡散してい←。

その結果、チャンネルストッパー拡散層３６と、埋込み
拡散層３１ば、エピタキシャル成長層３２中３６の部分
で結合する。

次に第３図りで示すように厚いフィールド酸化膜３３に
はさまれる活性領域３４に基板３１とは反対電導型とな
るｎ型不純物を濃度薄く拡散された層３８を形成する。

イオン種はリンで注入量は２〜４Ｘ１゜１２　ｉ　ｏｎ
　ｓ／ｃｄ　とする。さらに続いてフォト工程を経てホ
トダイオードとＣＯＤ素子の中間のゲート部分３７にｐ
型不純物を導入し、前記ｎ型領域の濃度をうすめより濃
度のりすいｎ一層を形成する。その時のイオン種はボロ
ンであり、１２　ｉ　ｏｎｇ／ｃ、Ｊの注入ヲ行ナウ。

１〜３　×　１０ 次に活性領域全体に薄いシリコン酸化膜（ゲート酸化膜
）３９を形成し、さらにその上面のホトダイオード形成
領域４ｏ以外にフォトエッチ工程を経てゲート材料であ
る多結晶シリコン膜４１を形成する。

続いてホトダイオード形成領域４０の薄いシリコン酸化
膜３９をフォトエッチ工程を経て、除去し窓を形成する
。その窓に、ｎ型不純物であるヒ素ヲ２．６×１０１５
〜４０×１０１５ｉ０ｎｓ／ｃｄ程度イオン注入する。

その後熱処理すると、第３図りで示すようなｎ型拡散領
域４２ができる。

さらに詳細に、第４図により本発明のホトダイオード部
の基板中の濃度を示す。なお第４図は、第３図りのホト
ダイオード部４０を矢印へ、Ｂで切断した断面濃度分布
である。

図の横軸には／リコン基板の深さ方向の不純物プロファ
イルか示めされる。縦軸は不純物の濃度；１；か示めさ
れ、高い位置が濃度濃く低い位置が低くなっている。

ａ−ｂの線はホトダイオード領域の表面を示し、ａＩ−
ｂ／の線−一エビタキシャル成長前のシリコン基板表面
を示し、／　Ｂｌの線より右方向はシリコン基板３Ｑで
ある。ａ’　−ｂ’の線上のＣかｄの線は、シリコン基
板中の基板濃度を示す。次にａ　−ｂの線の８から、／
　Ｂｌの線上のｆの線は、エピタキシャル成長層内の濃
度を示しａ　−ａ’の線にかこ捷れた部分は第３図りの
エピタキシャル層３２である。

次にシリコン基板中にピークをもつｇ　−ｈ　−ｉの線
は、エピタキシャル成長する前にシリコン基板表面に基
板と同導電型で基板濃度より濃度の高１い拡散を行ない
エピタキシャル成長及び熱処理により拡散が基板側とエ
ピタキシャル成長層に伸びてきた第３図りで示す３１で
ある。

次にエピタキシャル成長層表面ｊからｑの線はホトダイ
オード部分の拡散の濃度でありａ７ｑの線の領域が第３
図りに示すホトダイオード部４２である。横軸の９点で
基板表面からのホトダイオード形成のだめの拡散とエピ
タキシャル成長前の基板に拡散した埋込み拡散とが接し
ている。この点の濃度差によりホトダイオードの面４圧
か決定するため、各々の拡散濃度をかえることにより高
い耐圧のホトダイオードを形成することもできる。

第５図は、フィールド酸化膜の下側の濃度を示す。第６
図は、第３図−Ｄのフィールド酸化膜部３３を矢印Ｃ，
Ｄで切断した断面６度分布である。

横軸は、シリコン基板の深さ方向を示し、縦軸は不純物
の濃度を示す。

ａ−ｂはエピタキシャル成長層の表面であり、ａ／　Ｂ
ｌ　はエピタキシャル前の第３図りで示すシリコン基板
表面３ｏである。Ｃ〒ｄはシリコン基板の基板濃度であ
り、ｌ−■はエピタキシＪ１．／し層の濃度であるｏ’
Ｊ　−ｈ　’の線は、埋込み拡散が熱処理を受け基板側
及びエピタキシャル層に拡がったものである。またｅ−
ｆの線は、エピタキシャル層の濃度であり、ａ−ａ’に
囲まれた領域が第３図りで示すエピタキシャル層３２で
ある。

また、この表面は第３図りで示す厚いフィールド酸化膜
３３が形成されておりＢ　−ｍの部分で示される。さら
にフィールド酸化膜下にに一１線で示す基板と同導電型
のチャンネルストッパー拡散Ｊｉ　３６が形成され、エ
ピタキシャル成長層の中央付近部分ｎでつながり、同一
導電型となっている。

従ってこの拡散層によりフィールド酸化膜下で、各々分
離されるものである。

第６図には、本発明での構成による撮像装置のホトダイ
オード部の断面図を示すものである。

シリコン基板３０の上にエピタキシャル成長層３２を形
成し、表面には、フィールド酸化膜３３がホトダイオー
ド領域４０を分離している。基板の内部では、エピタキ
シャル成長前にシリコン基板中に拡散した埋込み拡散と
フィールド酸化膜形成前に拡散したチャンネルストッパ
ー拡散がつながりホトダイオードを囲む形でｐ＋領域５
１が形成されている。このためホトダイオードに電位が
加えられても空乏層５２の拡がりが押えられ、従来のよ
うにフィールド酸化膜３３下まで拡がることがない０ 従って、フィルド酸化膜３３下でのリーク電流が防止で
き、また、ホトダイオード間だけでなく、ＣＯＤ素子と
ホトダイオード間のリークも防止できる。

発明の効果 本発明の効果は、ホトダイオードあるいはＣＯＤ素子を
ｐ型領域で完全に分離することが出来、そや の結果、ｐ型領域を同一電位にできるので宛定した画質
の画像を得ることができる。また、この結果リーク電流
の少ない撮像が得られるため、低照度でも、低雑音の明
瞭な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置のホトダイオードとＣＯＤ
素子の部分の空乏層の拡がりを示す断面図、第２図は従
来の固体撮像装置のホトダイオード間の空乏層の拡カリ
を示す断面図、第３図Ａ〜Ｄは本発明の一実施例の固体
撮像装置のプロセス工程断面図、第４図は第３図りの本
発明のホトダイオード都直下の不純物濃度プロファイル
を示す図、第５図は第３図りの本発明のフィールド酸化
膜直下の不純物濃度プロファイルを示す図、第６図は本
発明の構造によるホトダイオード部の断面構造図である
。 ３０・・・・・・ｐ型シリコン基板、３１・・・・・・
ｐ１領域、３２・・パ・・・エピタキシャル成長層、３
３・・・・・・厚い酸ト、ツバー拡散層、３８・・・・
・・ｎ型低濃度拡散層、３７・・・・・・ｎ″−）曽、
４０・・・・・・ホトダイオード形成領域、４２・・・
・・・ｎ型拡散領域。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名飢１
図 第３図 Ｉ 第３図 第４図 Ｉ ３３　σＯＪｊ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一導電型半導体基板表面にエピタキシアル成長層を形成
   する工程、前記半導体基板の所定領域を酸化膜と前記酸
   化膜直下の一導電型不純物領域により分離する工程、前
   記半導体基板の所定の領域に反対導電型形成用不純物を
   導入してホトダイオード、ＣＯＤ領域を形成する工程、
   前記半導体基板中の一導電型不純物を前記エピタキシア
   ル層中に拡散して前記酸化膜直下の一導電型不純物領域
   と接続する熱処理工程を含むことを特徴とする撮像装置
   の製造方法。