JPS6057780A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法

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JPS6057780A
JPS6057780A JP58164855A JP16485583A JPS6057780A JP S6057780 A JPS6057780 A JP S6057780A JP 58164855 A JP58164855 A JP 58164855A JP 16485583 A JP16485583 A JP 16485583A JP S6057780 A JPS6057780 A JP S6057780A
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solid
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哲生 山田
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、テレビジョンカメラなどに用いられる固体撮
像装置およびその製造方法に関する。
〔発明の技術的背景〕
第1図は固体撮像装置における各部の平面配置を概略的
に示しており、1は二次元状の配列で形成された光電変
換素子、2I/i上記光電変換素子1群の配列面内で垂
直方向の配列で形成された電荷搬出手段である。第2図
ta)乃至(d)は、第1図の装置の従来の製造工程に
おける第1図中■−■線に沿う断面構造を示しており、
これを参照して従来の製造方法を以下詳述する。先ず、
第2図fa)に示すように、半導体基板3上に絶縁膜4
を形成し、この上に素子間分離領域を除いて窒化シリコ
ン膜5を形成する。次に、上記窒化シリコニ・膜5をマ
スクとして素子間分離領域に前記基板3と同一導電形の
不純物イオンを注入して不純物層6を形成する。次に、
1oo。
℃以上の酸素雰囲気中で選択酸化を行ない、第2図(b
)に示ずJ;うに素子間分離用酸化膜7を形成する。こ
のとき、酸化膜7は窒化シリコン膜5上を除いて成長し
、基板3方向に成長すると共に窒化シリコン膜5の端部
がら窒化シリコン膜5下へも成長する。次に、窒化シリ
コン膜5を除去し、第2図fe)に示すように素子間分
離用酸化膜7をマスクとして前記基板3と逆導電形の不
純物イオンを注入し、逆導電形の不純物層8を形成して
pn接合形光電変換素子を形成し、さらに熱拡散により
適尚な深さの接合を得る。
さらに、第2図(d)に示すように基板3と同一導電形
の不純物イオンを注入し、基板表面に同一導電形の不純
物層9を形成して表面に存在する界面リーク電流(暗電
流)の発生源の空乏化を防いでいる。
〔背景技術の問題点〕
ところで、上述したような製造方法においては、前述し
た選択酸化時の酸化膜7の成長が横方向にも及ぶので、
素子間分離領域が拡が1ハ光電変換素子1や電荷搬出手
段2の実質的面積が小さくなる。そこで、このように実
際の素子寸法がパターン寸法よりも減少する分を予め見
込んで、素子領域の窒化シリコン膜5の寸法を大きく形
成する必要が生じる。一方、固体撮像装置の素子の微細
化(多画素化)への要求は著しく、素子間分離はリソグ
ラフィー技術で可能な最小寸法に抑えることがめられて
いる。然るに、前述したように窒化シリコン膜5を予め
大きく形成することは、第2図ta+に示す素子間分離
領域上の窒化シリコン膜間の間隙寸法6を小さくするこ
とに相当するが、この寸法はリソグラフィー技術の限界
で制約される。即ち、従来の製造方法によれば、上記間
隙寸法lをリソグラフィー技術の限界に設計していても
実際にはそれより1〜2μm程度広い素子間分離領域が
形成されてしまい、素子の微細化上不都合であった。
また、前述したように基板表面における素子間分離領域
部の不純物M6と素子領域部の不純物層9とは、互いに
別々の工程で形成されて段差を有しており、このような
段差構造も素子の微細化上制約を与える欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、素子間分
離の微細化がリソグラフィー技術により制約される限界
まで可能となり、同時に暗電流雑音が飛躍的に減少する
固体撮像装置およびその製造方法を提供するものである
〔発明の概要〕 即ち、本発明の固体撮像装置は、半導体層の表向で光電
変換素子用不純物層の表面の少なくとも一部および上記
変換素子相互間の素子間分離領域に同一面状に、前記半
導体層と同−導電形で相対的に高濃度の不純物が形成さ
れてなることを特徴とするものである。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体層の
表面に二次元状の配列で上記半導体層とは逆導電形の光
電変換素子用不純物層を形成すると共にこの不純物層の
近傍に同じく逆導電形の電荷搬出素子用不純物層を形成
し、上記半導体層と同−導電形で相対的に高濃度の不純
物層を、前記光電変換素子用不純物層の表面の少なくと
も一部および光電変換素子相互間の素子間分離領域を覆
うようにイオン注入により形成することを特徴とするも
のである。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第3図は固体撮像装置における素子の平面配置を概略的
に示しており、31は半導体基板表面に二次元状の配列
で形成された光電変換捩子、32は上記光電変換素子3
1群の配列面内に垂直方向の配列で形成された電荷搬出
手段であって、たとえば電荷結合装置(CCD)で形成
されている。上記固体撮像装置は、本実施例では電子を
信号として用いるNチャンネル形であり、第3図中のA
−A線に沿う断面構造の要部を第4図fdlに示してい
る。
先ず、上記装置の製造方法の第1実施例について、その
主要な製造工程における第3図のA−A線に沿う断面構
造を示す第4図fa)乃至td)を参照して説明する。
第4図fa)に示すようにP形半導体基板4ノ上に緩衝
用の酸化膜42を形成し、その上に所定ト 形状にフオトレジスfBR43を形成し、リン等のN形
不純物をイオン注入を行なって光電変換素子用のpnフ
ォトダイオードのn層44を形成する。なお、このとき
同時に電荷搬出手段用のCCDの埋め込みチャネルp4
45を形成する。
上記イオン注入後に所定の深さの接合となるように熱拡
散(ドライブイン)を行なう。次に、ト 上記フォトレジスト膜43および緩衝用酸化膜42を除
去し、第4図fblに示すように基板41上にゲート酸
化膜46を形成する。次に、第4図1c)に示すように
ボロン等のP形不純物をイオン注入することにより、p
nフォトダイオードのn層44の表面の少なくとも一部
および素子間分離領域にp+不純物層47.48を形成
する。
この場合、n層44表面の不純物層47と分離領域の不
純物層48とは同一面状に連続的に形成される。また、
上記ボロン等のイオン注入に際して、CCDの埋め込み
チャネル層45には不純物が注入されないようにその上
方部にフォトレジスト膜49で覆っておく。次に、この
フォトレジスト膜49を除去し、第4図td)に示すよ
うに第1層ポリシリコン電極50を形成し、さらに層間
絶縁v51として少なくとも1000℃を越えることの
ない低温処理により酸化膜を形成したのち第2層ポリシ
リコン電極52を形成し、電荷転送制御電極が重ね合わ
せ電極構造のCCDを形成する。さらに、保護絶縁膜5
3を形成し、アルミニウム遮光膜54を形成して受光部
を開口する。
上述した製造方法によれば、素子間分離領域のp+不純
物層48とpn接合形光電変換素子用のn層44の表面
のp+不純物層47とを同時に形成することによって、
素子量分!’1lffFi域の最小寸法をリソグラフィ
ー技術により制約される限界まで小さくすることができ
る。また、上れたパターン寸法12に比べて若干大きく
なる。
したがって、素子間分離領域の寸法β、が若千小さくな
り、光電変換素子310面積は大きくなるので受光効率
が向上することになる。また、ゲート酸化膜46の形成
後にp″−不純物者47゜48を形成し、このゲート酸
化膜46を除去することなくさらに後工程を継続するの
で、素子間分離領域のp+不純物顔48の横方向拡散を
防ぎ、かつp+不純物層47.48のイオン注大量を小
さく抑えることができ、寸法精度の向上および不純物濃
度の安定性をもたらすことができる。
一方、上述したように製造された固体撮像装置によれば
、n層44表面のp+不純物層47と素子間分離領域の
p 不純物層48とは同一面状に連続的に形成されてお
り、両者間に段差はないので、素子の微細化に対する制
約が少なく、リソグラフィー技術で制約される限界まで
素子間分離領域の寸法j3を小さくすることができる。
また、第4図(dlのB−B線に沿う断面構造は第5図
ta)に示すようになり、その電位分布は第5図fb)
に示すようになる。即ち、基板41と1層44とのpn
n接合層空乏層51よりも基板表面側に、p+不純物M
47と1層44とのp + n接合層の空乏層52が存
在するので、上記pn接合窒空乏層半導体表面に露出し
なくなる。周知の如く、半導体表面は結晶性が崩れてい
ることから暗電流の発生源となる表面準位が多数存在す
るが、本実施例によればp+不純物層47を形成するこ
とによって前述したように半導体表面領域を空乏化させ
ないので、暗電流の発生を飛躍的に減少させることがで
きる。
なお、光電変換素子用nM44とその電荷を読み出すた
めに近傍に形成されている電荷搬送用n層45との間に
はp+不純物層を形成していないので、この部分の電荷
転送制御電極の制御電圧が低くて済む。
また、上記光電変換素子間の分離領域にはp+不純物R
4Bをイオン注入により設けているが、光電変換素子を
含まない周辺部においては素子間を従来と同様に選択酸
化技術により分離するようにしてもよい。
第6図は本発明の製造方法の第2実施例による製造工程
における固体撮像装置の断面構造を示しており、この第
2実施例ではn形半導体基板6ノ上にp′″層62を形
成し、このp一層62上に前述した第1実施例と同様の
製造方法を実施する。これにより得られる固体撮像装置
によれば、入射光が強い場合に光電変換により過剰な電
荷が発生すると、n形基板61が上記過剰電荷を吸収す
るドレインとして作用する。このようなn形基板61の
ドレイン作用を有効に行なわせるためには、p一層62
の不純物濃度を低くするかあるいは接合深さを浅くする
必要がある。この場合、光電変換用pnフォトダイオー
ドのnm44の信号電荷蓄積容量は、p一層62との接
合容量が減少するので小さくなってしまう。しかし、本
発明によれば、n844表面のp+不純物層47は1層
44との間に相対的に充分大きな接合容量を新たに形成
するので、1層44の信号電荷蓄積容量を増加させるこ
とができる。なお、第6図中第4図telと同一部分に
は同一符号を付している。
また、上記各実施例において、p″−不純物層47.4
8の濃度および接合深さは、−例として1〜3×105
伽2,03〜04μm程度として実現することができる
さらに、上記各実施例に示した半導体不純物層の導電形
を全て逆に形成して実現することも可能である。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、素子間分離の微細化が
リングラフィ技術により制約される限界まで可能となり
、同時妬暗電流雑音が飛躍的に減少する固体撮像装置お
よびその製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は固体撮像装置の素子の平面配置を示す平面図、
第2図fa)乃至第2図fd)は第1図の装置の従来の
製造方法における主要な製造工程を説明するために示す
第1図の■−■線に沿う断面図、第3図は本発明に係る
固体撮像装置の一実施例における素子の平面配置を示す
平面図、第4因(al乃至第4図idlは第3図の装置
の製造方法の第1実施例における主要な製造工程を説明
するために示す第3図のA−A線に沿う断面図、第5図
ta)は第4図(d)のB−B線に沿う断面図、第5図
fb)は同図(h)の各部の電位分布を説明するために
示す図、第6図は本発明方法の第2実施例により製造さ
れた固体撮像装置を示す断面図である。 41.61・・・半導体基板、44・・・光電変換集子
用n層、45・・・電荷搬出用n層、47.48・・・
p+不純物層、62・・・p一層。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 半導体層の表面に一次元あるいは二次元状に配
    列されて形成され上記半導体層とは逆導電形の光電変換
    素子と、同じく前記半導体層の表面で上記光電変換素子
    の近傍に形成された電荷搬出用素子と、同じく前記半導
    体層の表面のうち前記光電変換素子の表面の少なくとも
    一部および前記光電変換素子相互間の素子間分離領域に
    同一面状に形成され前記半導体層と同−導電形で相対的
    に高濃度の不純物層とを具備することを特徴とする固体
    撮像装置。
  2. (2) 前記半導体層は、半導体基板上に形成され上記
    基板とは逆導電形の不純物層であることを特徴とする特
    許 の固体撮像装置。
  3. (3)半導体層の表面に二次元状の配列で上記半導体層
    とは逆導電形の光電問換素子用不純物届を形成すると共
    にこの不純物層の近傍に電荷搬出素子を形成する工程と
    、上記半導体層と同一導電形で相対的に高濃度の不純物
    層を、前記光電変換集子用不純物層の表面の少なくとも
    一部および光電変換素子相互間の素子間分離領域を覆う
    ようにイオン注入により形成する工程とを具備すること
    を特徴とする固体撮像装置の製造方法。 4)前記イオン注入の前に半導体層上にゲート絶縁膜を
    形成する工程と、前記イオン注入の後で上記ゲート絶縁
    膜上に前記電荷搬出用素子の電荷転送制御用導電性電極
    を形成する工程とを具備することを特徴とする前記特許
    請求の範囲第3項記載の固体撮像装置の製造方法。 +51 前記導電性電極を形成する工程は、前記ゲート
    絶縁膜上に第1層導電性電極を形成し前記ゲート絶縁膜
    を除去することなく、この上に層間絶縁膜を形成し、こ
    の上に第2M導電性電極を形成して重ね合わせ電極構造
    を形成することを特徴とする特許 4項記載の固体撮像装置の製造方法。 {6} 前記光電変換素子を形成する領域を除く、前記
    半導体層上に形成される回路素子の素子間分離層は、従
    来の選択膜化方法等により光電変換素子間分離層を形成
    する以前に形成することを特徴とする前記特許請求の範
    囲第3項ないし第5項のいずれかに記載の固体撮像装置
    の製造方法。
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