KR100240188B1 - 고체촬상소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR100240188B1
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카쯔야 이시카와
타카오 쿠로다
유지 마쯔다
마사히코 니와야마
케이시 타치카와
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모리 가즈히로
마쯔시다덴시코교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 화소부를 미세화하더라도, 수직 CCD부에 있어서의 전송전하량의 저하를 초래하지 않는 소자구조를 구비한 고체촬상소자및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 이어서, N(100)실리콘기판(1)에 제1P형웰(2)과 제2P형웰(3)을 형성하고, 제2P형웰(3)내에 수직CCDn+층(4)을 형성한 후, 수직CCDn+층(4)의 상층부를 포함하는 N(100)실리콘기판(1)의 표면층에 불순물원자 (P, AS)이온주입해서 P-층(5)을 형성하고, 수직CCDn+층(4)의 인접부에, 포토다이오드부(8, 9)와 수직CCDn+층(4)의 분리를 행하는 분리부(5a)와, 수직CCDn+층(4)으로부터의 전하의 판독을 제어하는 판독제어부(5b)를 동시에 형성하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

고체촬상소자 및 그 제조방법
제1도는, 본 발명의 실시예 1에 의한 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도.
제2a도~제2d도는, 제1도에 표시한 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도.
제3도는, 본 발명의 실시예 2에 의한 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도.
제4a도~제4d도는, 제3도에 표시한 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도.
제5도는, 본 발명의 실시예 3에 의한 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도.
제6A도~제6D도는, 제5도에 표시한 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도.
제7도는, 제1도에 표시한 CCD고체촬상소자의 화소부에 있어서의 수직CCDn+영역과 그 주변영역에 있어서의 불순물의 확산상태를 표시한 개념도.
제8도는, 제5도에 표시한 CCD고체촬상소자의 화소부에 있어서의 수직CCDn+영역과 그 주변영역에 있어서의 불순물의 확산상태를 표시한 개념도.
제9도는, 본 발명의 실시예 1~3에 의한 CCD고체촬상소자, 및 종래의 CCD고체촬상소자에 있어서의 수직CCDn+영역과 그 주변영역에 있어서의 불순물농도의 분포를 표시한 도면.
제10도는, 종래의 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도.
제11도는, 제10도에 표시한 CCD고체촬상소자의 화소부에 있어서의 수직CCDn+영역과 그 주변영역에 있어서의 불순물의 확산상태를 표시한 개념도.
제12도는, 본 발명의 실시예 4의 CCD고체촬상소자의 1화소부의 단면구조모식도.
제13도는, 본 발명의 실시예 5의 CCD고체촬상소자의 1화소부의 공정순단면모식도.
제14도는, 본 발명의 실시예 4와 종래기술의 신호판독쪽영역의 작용을 비교하기 위한 확대단면도.
제15도는, 종래기술의 신호전하전송방법에 대해서 수직, 또한 CCD전송채널(4)의 한가운데를 지나, n형 반도체기판의 깊이방향을 따른 불순물분포도.
제16도는, 본 발명의 실시예 4와 종래기술의 비판독쪽영역을 비교하기 위한 확대단면도.
제17도는, 종래기술의 비판독쪽영역에 있어서의 종래예의 3차원광디바이스시뮬레이션으로부터 얻어진 전위분포도와 스메어확산전류의 모식도.
제18도는, 본 발명의 실시예 4의 비판독쪽영역에 있어서의 3차원광디바이스시뮬레이션으로부터 얻어진 전위분포도와 스메어확산전류의 모식도.
제19도는, 본 발명의 실시예 6에 의한 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도.
제20a도~제20d도는, 제19도에 표시한 실시예 6의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도.
제21도는, 본 발명의 실시예 7에 의한 CCD고체촬상소자의 구성을 표시한 단면도.
제22a도~제22d도는, 제21도에 표시한 실시예 7의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도.
제23도는, 다른 종래기술인 CCD고체촬상소자의 1화소부의 단면구조모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,101,201 : n형 실리콘기판 (N(100)실리콘기판)
2,102,202 : 제1P형웰 3,103 : 제2P형웰
4,104 : 수직CCDn+층 5,105 : P-층 (수직CCD영역함유주입)
5',105' : P-층 (화소부 전체면 주입 또는 웨이퍼전체면주입)
5a,5a',105a,105a' : 분리부 5b,5b',105b,105b' : 판독제어부
6,106,206 : 게이트절연막 7,107 : 폴리실리콘전극
8,108 : 매립포토다이오드n층 9,109 : 매립포토다이오드 P-층
10,11,13,110 : 레지스트패턴 12 : 수직 CCD부비소주입층
14 : 수직 CCD부인 주입층
15 : 수직 CCD부와 이에 인접하는 포토다이오드부의 전기직분리를 담당하는 P+영역(층)
16 : 포토다이오드부로 부터 수직 CCD부에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-영역(층)
203,206,207 : P형영역 204 : CCD전송채널(n형영역)
205 : 게이트절연막 208 : 게이트전극
209 : 포토다이오드 n형영역 210 : 고농도 P형영역
211 : 절연막 212 : 차광막
213 : 보호막
214 : 신호전하전송방향에 대해서 수직, 또한 CCD전송채널의 한가운데를 지나, n형 반도체기판의 깊이방향
115 : 신호전하판독쪽영역 116 : 신호전하비판독쪽영역
283 : P형영역 285 : 신호전하판독쪽영역
286 : 신호전하비판독쪽 영역
본발명은, 고체촬상소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 화소부의 미세화에 있어서 전송전하량의 저하를 초래하지 않는 고체촬상소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
제10도는 종래의 비디오카메라 등에 고체촬상소자로서 사용되고 있는 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부(광을 광전변환에 의해 전하로서 축적하는 부분)와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도이다. 도면에 있어서, N(100)실리콘기판(1)에 제1P형웰(2)이 형성되고, 제1P형웰(2)내에 제2P형웰(3)과 포토다이오드n층(8)이 형성되어 있다. 상기 제2P형웰(3)내에 수직CCDn+층(4)이 형성되고, 상기 포토다이오드n층(8)내에 매립포토다이오드P+층(9)이 형성되어있다. 상기 제1P형웰(2) (제2P형웰(3))내의 상기 수직CCDn+층(4)에 인접하는 한쪽의 영역에는 포토다이오드n층(8)으로 부터 수직CCDn+층(4)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-영역(16)이 형성되고, 다른쪽의 영역에는 상기 수직CCDn+층(4)과 이에 인접하는 포토다이오드n층(8)의 전기적 분리를 담당하는 P+영역(15)이 형성되어 있다. 그리고, n형 실리콘기판(1) 표면에 게이트절연막(6)이 형성되고, 게이트절연막(6)의 수직 CCD부 (제2P형웰(3), 수직CCDn+층(4)) 를 덮고 있는 부분의 표면에 폴리실리콘전극(7)이 형성되어 있다. 여기서, 매립포토다이오드P+층(9)은 암(暗)전류대책을 위하여 형성된 것이며, 폴리실리콘전극(7)은 수직 CCD부에 있어서의 포토다이오드부로부터의 전하의 판독과, 판독된 전하의 전송의 양쪽을 제어하는 전극, 즉, 판독겸 전송전극으로서 기능한다. 또, 수직CCDn+층(4)은 높은 전송효율이 얻어지도록, 통상, 비소와 인의 2중주입에 의해서 형성되어 있다. 또한, 이 제6도는 폴리실리콘전극(7)까지 형성한 상태를 표시하고 있는, 통상, 폴리실리콘전극을 형성한 후, 도시생략의 층간절연막과 차광막이 형성된다.
제11도는 상기 제10도에 표시한 종래의 고체촬상소자의 화소부에 있어서의 수직CCDn+층(4)(수직CCDn+영역이라고도 부른다.)(4)과 그 주변영역에 있어서의 불순물의 확산상태를 표시한 개념도이다. 이 제11도에 표시한 바와 같이, 상기 제10도에 표시한 종래의 고체촬상소자에 있어서, P-영역(16) 및 P+영역(15)을 수직CCDn+영역(4)에 인접하도록 형성하는 경우, P-영역(16) 및 P+영역(15)으로 부터 P-영역(16) 및 P+영역(15)에 n형 불순물이 확산한다. 따라서, 실제로는, 도면중의 A-B에 대응해서, A축으로부터 참된 P+영역(15), P+영역(15)과 수직CCDn+영역(4)이 포개진 불순물확산영역(4a), 참된 수직CCDn+영역(4), 수직CCDn+영역(4)과 P-영역(16)이 포개진 불순물확산영역(4b), 참된 P-영역(16)이 형성된 것으로 된다.
또 제23도에 다른 종래기술로서, CCD고체촬상소자의 1화소부의 단면구조모식도를 표시한다. P형영역(206)은, 포토다이오드의 n형영역(209)과 CCD전송채널인 n형영역(204)의 사이를 잇도록, n형 반도체기판(201)내의 p형웰(202)의 표면부에 선택적으로 형성되어있다. P형영역(207)은, P형영역(206)과 접하고 있지 않는 끝에서 n형영역(204)에 접하고, n형영역(209)과의 사이를 잇도록, p형웰(202)의 표면부에 선택적으로 형성되어있다. P형영역(283)은, p형웰(202)의 내부에서, n형영역(204)의 바로 하부에 위치하고, 분리하기 위한 P형영역(206)과 판독구동전압제어를 위한 P형영역(207)에 의해 n형영역(204)을 둘러싸도록 형성되어있다. 여기서, 신호전하비판독쪽영역을 파선영역(286)으로, 신호전하판독쪽영역을 파선영역(285)으로 표시한다.
상기한 종래의 CCD고체촬상소자에 있어서의 제조방법에서는, 판독구동전압, 감도, 스메어, 포화특성 등을 최적화하기 위하여, 포토레지스트를 마스크로해서 p형웰(202)의소정영역에 붕소를 이온주입하고, P형영역(283)을 형성한다. 그후, 재차, 포토레지스트를 도포, 노광, 현상하여 마스크를 형성해서, CCD전송채널인 n형영역(204)을 형성하고 있었다.
민생용이나 업무용의 비디오카메라에서 널리 사용되는 CCD고체촬상소자에서는, 비디오카메라의 소형화, HDTV용의 고정밀도화의 진전이나 멀티미디어용도의 완전화소 CCD의 등장에 따라 단위화소당의 면적이 점점더 축소하고 있다. 그때문에, D레인지, 전송효율, 감도, 스메어, 잔상등의 특성을 열악화시키지 않고, CCD나 포토다이오드를 미세화할 필요가 있다. 미세화를 위해서는, 예를 들면, 고가속이온주입, 저온열처리법을 사용해서 불순물영역을 형성하는 방법이 유력하다. 이에 의해서, 각각의 n형영역이나 P형영역으로부터 불순물종이, 비소망영역에서 불필요하게 확산하는 것을 억제할 수 있고, 미소한 영역의 소망깊이에, 소망하는 농도의 불순물영역을 형성할 수 있다. 그러나, 종래의 CCD전송채널(204)의 n형영역(204)의 바로 하부에 P형영역(283)을 형성하는 구조에서는, CCD전송채널(204)포토다이오드부이나 포토다이오드(209)의 극 근처에 국소적인 고농도 P형영역이 형성되기 때문에, 여러가지의 문제가 발생한다.
먼저, 판독구동전압의 열악화에 대해서 제14도, 제15도를 사용해서 설명한다. 제14도는 종래예에서의 신호판독쪽영역(285)의 확대단면도이다. P형영역(233)은, CCD전송채널(204)의 바로 하부의 P형영역을 표시하고 있다. 위치(237)을 끝으로하는 P형영역(233)은, 제23도의 종래예에서의 P형영역(283)과 동일하다. 1점쇄선(236)은, 포토다이오드(209)로부터 CCD전송채널을 향해서 형성되는 신호판독채널이다. 그외의 번호에 표시한 부위는, 제23도의 종래예의 CCD고체촬상소자의 1화소부의 단면구조모식도이다.
제15도에 종래예에서의 신호전하전송방향에 대해서 수직, 또한 CCD전송채널(204)의 한가운데를 지나, n형 반도체기판(201)의 깊이방향(284)을 따른 불순물분포를 표시한다. 실선 241 은, 불순물분포이다. P형영역(283)의 피크농도를 농도 242 에 표시한다. P형영역(283)의 영역의 두께를 폭243에 표시한다.
1차원불순물분포 241 에 표시한 바와 같이 P형영역(283)은, 고농도로 국소적인 분포로 된다. 예를 들면, 형성붕소도즈량 2.0 × 1012㎝-2으로 했을 경우, 피크농도 242는, 약 3.8 × 1016㎝-3, 그 영역의 두께 243은, 약 0.7㎛이다.
이때문에, 신호판독시에, 게이트전극(208)의 전압상승에 수반하는 CCD전송채널(204)로부터의 공핍층의 넓어짐이 저해되므로, 포토다이오드(209)로부터 CCD전송채널(204)을 향하는 신호판독채널(236)은 형성되기 어렵게 된다. 이에 의해서, 판독구동전압의 상승이 일어나고, 잔상이 발생한다.
또, 스메어특성의 열악화도 판독쪽(285)에서 크다는 문제가 있다. 또, 종래의 제조방법에서는, CCD전송채널(204)과 P형영역(283)을 따로 따로의 마스크에 의해서 형성하므로, 마스크맞춤의 불균일을 필연적으로 가진다. 이때문에, 마스크 맞춤불균일에 기인하는 판독구동전압, 스메어, 포화특성의 변동이 생긴다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 종래의 기술에서는, 화소부를 미세화하기 위하여 수직CCDn+영역(4)의 면적을 축소해가면, 상기의 P-영역(16) 및 P+영역(15)과 수직CCDn+영역(4) 사이의 불순물의 상호간의 확산, 즉, 불순물 확산영역(4a) 및 불순물 확산영역(4b)이, 수직 CCD부(수직CCDn+영역(4))의 중앙부의 전위 퍼텐셜에 영향을 주고, 공핍화전압의 저하와 유효채널체적의 감소를 발생하고, 그 결과, 수직 CCD부의 포화전하용량이 저하해서, 수직 CCD부에 있어서의 전송전하량이 감소해버린다고 하는 문제가 있었다. 또 판독구동전압, 스메어, 포화특성의 변동이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것이며, 화소부를 미세화해도, 수직 CCD부에 있어서의 전송전하량의 저하를 초래하는 일이 없는 소자구조를 구비한 고체촬상소자 및 그 제조방법을 제공하는 일을 제1의 목적으로 한다. 본 발명의 제2의 목적은, 판독구동전압의 저전압화, 스메어(랜덤광)의 저감화, 높은 포화특성을 가진 고체촬상소자 및 그 제조방법을 제공하는 일이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1번째의 고체촬상소자는, 반도체기판에, 포토다이오드부와, 상기 포토다이오드부에 축적된 전하를 판독하고, 전송하기 위한 수직전송부와, 상기 포토다이오드부와 수직전송부의 사이에서 상기 전하의 판독의 제어를 행하는 판독제어부를 가진 복수의 화소부가 배열형상으로 배치해서 형성되고, 또한 상기 복수의 화소부의 인접하는 2개의 화소부사이에 있어서의 상기 포토다이오드부와 상기 수직전송부의 분리를 행하는 분리부가 형성된 고체촬상소자로서, 상기 기판표면층에 있어서의 상기 수직전송부의 형성영역과, 이의 주변영역을 포함하는 기판영역에, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자와는 반대도전형의 불순물원자가 도프된 저농도불순물층이 형성되고, 상기저농도 불순물층의 상기 수직전송부의 한쪽편에 인접하는 부분이 상기 분리부를 형성하고, 다른 쪽 편에 인접하는 부분이 상기 판독제어부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 고체촬상소자에 있어서는, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자가, 인 및 비소로부터 선택되는 적어도 하나의 원자인 것이 바람직하다.
또 상기 고체촬상소자에 있어서는, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형영역과, 상기 반도체기판의 n형영역의 바로 하부에 위치하고, 적어도 한쪽끝이 상기 n형영역의 끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또 상기 고체촬상소자에 있어서는, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형영역과, 상기 반도체기판의 n형영역의 바로 하부에 위치하고, 양쪽의 끝이 상기 n형확산층의 양끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또 상기 고체촬상소자에 있어서는, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형확산층과, 상기 반도체기판의 n형확산층의 바로 하부에 위치하고, 양쪽의 끝이 상기 n형확산층의 양끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층과 상기 n형 반도체기판표면에서 상기 n형확산층의 양끝에 형성된 각각 제1의 P형확산층과, 제2의 P형확산층에 의해서 상기 n형확산층을 둘러싸도록 형성한 것이 바람직하다.
또 상기 고체촬상소자에 있어서는, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형확산층과, 상기 반도체기판의 n형확산층의 바로하부에 위치하고, 적어도 한쪽의 끝이 상기 n형확산층의 끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층과 반도체기판상에 형성된 p형웰내부의 상기 반도체기판심부에 선택적으로 형성된 광전변환부인 n형확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 제2번째의 고체촬상장치는, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형확산층과, 상기 반도체기판의 n형확산층의 바로 하부에 위치하고, 적어도 한쪽끝이 상기 n형확산층의 끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 가진 것이다.
상기 장치에 있어서는, P형확산층의 양끝이 n형확산층의 양끝의 위치에 실질적으로 동등하게 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또 상기 장치에 있어서는, n형 반도체기판표면에서 n형확산층의 양끝부분에 각각 형성된 제1의 P형확산층, 및 제2의 P형확산층에 의해서 상기 n형확산층을 둘러싸도록 형성된 상기 P형확산층을 가진 것이 바람직하다.
또 상기 장치에 있어서는, 반도체기판위에 형성된 p형웰내부의 반도체기판 심부에 선택적으로 형성된 광전변환부인 n형확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또 상기 장치에 있어서는, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자가, 인 및 비소로부터 선택되는 적어도 하나의 원자인 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 제1번째의 고체촬상소자의 제조방법은, 반도체기판에, 포토다이오드부와, 상기 포토다이오드부에 축적된 전하를 판독하고, 전송하기 위한 수직전송부와, 상기 포토다이오드부와 수직전송부의 사이에서 상기 전하의 판독의 제어를 행하는 판독제어부를 가진 복수의 화소부가 배열형상으로 배치해서 형성되고, 또한 상기 복수의 화소부의 인접하는 2개의 화소부사이에 있어서의 상기 포토다이오드부와 상기 수직전송부의 분리를 행하는 분리부가 형성된 고체촬상소자를 제조하는 방법으로서, 상기 수직전송부를 상기 반도체기판의 소정영역에 형성한후, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자와는 반대도전형의 불순물원자를, 상기 반도체기판의 표면층의 적어도 일부에 이온을 주입해서, 상기 수직전송부의 양쪽인접부에 상기 분리부와 상기 판독제어부를 동시에 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법에 있어서는, 반도체기판의 표면층에 이온주입하는 부분이, 수직전송부의 형성영역과 이의 주변영역을 포함하는 기판영역의 선택적부분인 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 상기 반도체기판의 제1기판영역에 비소를 주입하는 제1의 공정과, 상기 제1기판영역내의 상기 제1기판영역보다도 좁은 폭의 제2기판영역에 인을 주입하는 제2의 공정을 행하고, 이후, 상기 기판의 어닐을 행하므로서, 상기 수직전송부를 상기 반도체기판의 소정영역에 형성하는 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서, 상기 분리부 및 상기 판독제어부를, 이들 상기 반도체기판표면으로부터의 깊이가 상기 포토다이오드부의 pn접합의 상기 반도체기판표면으로부터의 깊이보다도 작게 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형확산층을 형성하는 공정을 가진 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정과, 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역상부에서 상기 게이트절연막위에 전송 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 제2의 n형영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 제1의 n형영역이, CCD전송채널이고, 제2의 n형영역이 광전변환을 행하는 포토다이오드인 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 이온종을 100kev이상, 600kev이하의 가속에너지에 의해서 이온주입하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 공정과, 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역 상부에서 상기 게이트절연막위에 전송게이트전극을 형성하는 공정과 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 제2의 n형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 공정과 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 공정과, 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역 상부에서 상기 게이트절연막위에 전송게이트전극을 형성하는 공정과 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 제2의 n형영역을 형성하는 이온종을 200KeV이상, 1.2MeV이하의 가속에너지에 의해서 이온주입하는 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 주입마스크가, 포토레지스트를 노광하므로서 형성되는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 제2번째의 고체촬상장치의 제조방법에 있어서는, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 n형영역을 형성하는 공정과 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 한다.
다음에 본 발명의 제3번째의 고체촬상장치의 제조방법에 있어서는, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정과 게이트절연막을 형성하는 공정과 상기 n형영역 상부에서 상기 게이트절연막위에 전송게이트전극을 형성하는 공정과 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 제2의 n형확산층을 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 한다.
상기 방법에 있어서는, 제1의 n형영역이, CCD전송채널이고, 제2의 n형영역이 광전변환을 행하는 포토다이오드인 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정이, 이온종을 100KeV이상, 500KeV이하의 가속에너지로 이온주입하는 방법이고, 또한 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 원자, 또는 이온종을 도입하는 공정과, 게이트절연막을 형성하는 공정과 상기 n형영역 상부에서 상기 게이트절연막위에 전송게이트전극을 형성하는 공정과 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 제2의 n형영역을 형성하는 원자, 또는 이온종을 도입하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정이 원자, 또는 이온종을 도입하는 방법이고, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정이, 원자 또는 이온종을 도입하는 방법이고 상기 반도체 기판내의 소정의 영역에 제2의 n형 영역을 형성하는 공정이 이온종을 200KeV이상, 1.2MeV이하의 가속에너지로 이온주입하는 방법인 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 제1의 n형영역이, CCD전송채널인 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 제2의 n형영역이, 광전변환을 행하는 포토다이오드인 것이 바람직하다.
또 상기 방법에 있어서는, 주입마스크가, 포토레지스트를 노광하므로서 형성되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제1번째 고체촬상소자에 의하면, 전하의 판독의 제어를 행하는 판독제어부 및 수직전송부와 포토다이오드부의 분리를 행하는 분리부로부터의 수직전송부에 있어서의 불순물(원자)의 확산상태에 주는 영향이 작아지고, 화소부(수직전송부)를 미세화해도, 수직전송부의 에지영역에 있어서의 불순물(원자) 농도의 급준한 변화가 유지되게 되고, 그 결과, 좁은 채널효과에 의해 공핍화전압이 저하하거나, 유효채널체적이 감소해버리는 것을 방지할 수 있고, 수직전송부에 있어서의 포화전하용량의 저하를 방지할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 장치의 바람직한 예로서, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자가 인 및 비소 또는 인 뿐이면, 전송효율을 향상시키는 위에서 유효하다.
또, 상기 본 발명의 제2번째의 고체촬상장치에 의하면, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형확산층과, 상기 반더체기판의 상기 n형 확산층의 바로 하부에 위치하고 각각의 끝이 상기 n형확산층의 양끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 가지므로서, 판독구동전압의 저전압화, 스메어의 저감화, 높은 포화특성을 유지할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 장치의 바람직한 예로서, 수직전송부의 상기 n형확산층과 제2P형확산층의 각각의 끝이 실질적으로 동일 위치에 형성되어 있으면, 마스크 맞춤오차에 의한 제조불균일이 적고, 균질한 것을 제조할 수 있다.
다음에, 상기한 본 발명의 고체촬상소자의 제1번째의 제조방법에 의하면, 수직전송부에 있어서의 포화전하용량의 저하를 발생하는 일없이, 화소부(수직전송부)의 미세화가 도모된 고체촬상소자를, 종래 보다도 적은 마스크 및 공정수로 제조 할 수 있다.
또, 상기한 본 발명의 고체촬상소자의 제2~3번째 제조방법에 의하면, 더욱 제조공정수를 삭감할 수 있어, 제조효율의 향상을 도모할 수 있다.
또, 상기 방법의 바람직한 예로서, 상기 반도체기판의 제1기판영역에 비소를 주입하는 제1의 공정과, 상기 제1기판영역내의 상기 제1기판영역보다도 좁은 폭의 제2기판영역에 인을 주입하는 제2의 공정을 행하고, 이후, 상기 기판의 어닐을 행하므로서, 상기 수직전송부를 상기 반도체기판의 소정영역에 형성하므로서, 상기 수직전송부의 에지영역에 있어서의 불순물(원자)농도의 변화가 보다 한층 급준한 변화가 되고, 화소부(수직전송부)의 미세화에 의한 수직전송부의 포화전하용량의 저하가 보다 확실하게 방지된다.
또, 상기 방법의 바람직한 예로서, 상기 분리부 및 상기 판독제어부를, 이들 상기 반도체기판표면으로부터의 깊이가 상기 포토다이오드부의 pn접합의 상기 반도체기판표면으로 부터의 깊이보다도 작게되도록 형성하므로서, 포토다이오드부가 상기 분리부 및 상기 판독제어부에 의해서 영향을 받는 일없이, 양호한 소자 특성의 고체촬상소자를 안정적으로 제조할 수 있다.
또, 상기 방법의 바람직한 예로서, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정을 가지므로서, 제조공정에서의 주입마스크의 합계불균일에 기인하는 특성변동을 없앨수 있고, 또 제조코스트의 삭감을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 사용해서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 실시예 1에 의한 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도이다. 제1도에 있어서, 제9도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고, (5)는 수직 CCDn+부(4)와 포토다이오드n층(8)사이의 전기적분리와, 포토다이오드n층(8)으로부터 수직 CCDn+부(4)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-층이고, 이것은 N(100)실리콘기판(1)의 상층부분에 제2P형웰(3) 및 수직 CCDn+부(4)의 일부를 포함하도록 형성되어 있다. (5a)는 상기 P-층(5)중의 수직 CCDn+부(4)와 포토다이오드n층(8)사이의 전기적분리를 행하는 부분(분리부), (5b)는 상기 P-층(5)중의 포토다이오드n층(8)으로 부터 수직 CCDn+부(4)에의 전하의 판독제어를 행하는 부분(판독제어부)이다. 또한, 여기서는, 상기와같이, P-층(5)이, 제2P형웰(3)의 일부를 포함하도록 형성되어 있으나, 이 P-층(5)은 상기 제2P형웰(3)의 일부를 포함하지 않도록 형성되고 있어도 된다. 제2a도~제2d도는 상기 제1도에 표시한 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별 단면도이다. 제2a도~제2d도에 있어서, 제1도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고 있다.
이하, 이 제2a도~제2d도에 의거해서 제조공정을 설명한다.
먼저, 제2a도에 표시한 바와 같이, N(100)실리콘기판(1)에 제1P형웰(2)(캐리어 농도 : 1014~1015㎝-3)과 제2P형웰(3)(캐리어 농도 : 1015~1016㎝-3)을 형성했다. 다음에 제2b도에 표시한 바와 (3)을 형성한 후, 상기 제2P형웰(3) 내에 수직 CCD n+영역 캐리어농도 : 1016~1017㎝-3)같이, 기판(1)의 표면에 레지스트패턴(10)을 형성한 후에, 이 레지스트패턴(10)을 마스크로해서 기판(1)의 포토다이오드를 형성해야할 영역이외의, 상기 수직 CCDn+부(4) 및 제2P형웰(3)의 상층부를 포함하는 영역에, 붕소를 도즈량 5×1011m-2정도로 주입하고, P-층(캐리어 농도 : 1016㎝-3정도)(5)을 형성했다. 다음에, 제2c도에 표시한 바와 같이, 예를 들면 sio2로 이루어진 게이트절연막(6)을 형성한 후, 이 게이트절연막(6)위에 폴리실리콘을 퇴적하고, 드라이에칭법을 사용해서 판독겸전송전극인 폴리실리콘전극(7)을 형성하였다. 다음에, 제2d도에 표시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘전극(7)을 마스크로해서 채워넣기 포토다이오드n층(8)(캐리어 농도 : 5×1015~5×1016㎝-3) 및 채워넣기 포토다이오드 P+층(9)(캐리어 농도 : 1017~1020㎝-3)을, 이온주입에 의해 자체중심맞춤으로 형성한 후, 도시생략의 층간절연막 및 차광막을 필요에 따라서 형성하고, CCD고체촬상소자를 완성하였다. 여기서, P-층(5)을 한번의 이온주입공정으로 형성하기 때문에, 종래소자의 분리용 P+층(15)과 동등한 캐리어농도의 분리영역을 형성할수는 없으나, 폴리실리콘전극(7)과 분리영역의 오버랩치수를 작게하거나, 또, 포토다이오드n층(8)과 수직CCDn+층(4) 사이의 거리를 크게하므로서, 수직CCDn+층(4) 과 포토다이오드n층(8) 사이의 전기적분리를 행할 수 있다. 또한, 상기 각층의 캐리어농도는 소자완성시, 즉, 불순물원자의 도핑후, 기판어닐에 의해 확산된 상태에서의 농도이다.
다음에, 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 소자구조에 의해, 화소부를 미세화했을때의 수직 CCD부에 있어서의 전송전하량의 저하를 억재할 수 있는 이유에 대해서 설명한다. 제7도는, 상기 제1도에 표시한 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 화소부에 있어서의 수직CCDn+영역(4) 과 그 주변영역에 있어서의 불순물의 확산상태를 표시한 개념도이다. 또, 제9도는 상기 제10도에 표시한 종래의 CCD고체촬상소자의 제11도중의 A-B선으로 특정한 영역의 불순물농도분포, 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 제7도중의 A'-B'선으로 특정한 영역의 불순물 농도분포, 및 후술의 제5도에 표시한 실시예 3의 CCD고체촬상소자의 제8도중의 A"-B선"으로 특정한 영역의 불순물농도분포를 표시한 도면이다.
제9도로부터 알수 있는 바와 같이, 종래의 소자(도면중 실선)에서는 수직 CCD부 수직CCDn+영역(4) 의 에지영역주변에 있어서의 불순물농도의 변화가 대단히 완만하고, 또, 분리영역(P+영역(15))과 판독영역(P+영역(16))의 불순물농도에 차가 있기 때문에, 제11도중의 A점 및 B점 부근의 불순물농도변화의 기울기에 차가 생기고 있다.
이에대해, 본 실시예의 소자(도면중 점선)에서는, 수직 CCD부 (수직CCDn+영역(4))의 에지영역주변에 있어서의 불순물농도변화가 급준하다. 통상적으로, 불순물농도의 변화와 전위퍼텐셜의 변화는 대응관계에 있다. 따라서, 종래의 소자에서는 수직 CCD부의 에지영역에 있어서의 전위퍼텐셜의 변화도 완만하고, 이것이 화소부의 미세화에 의해 수직 CCD부 (수직CCDn+영역(4))를 미세하게 형성하였을 경우에 수직 CCD부 중앙의 전위퍼텐셜에 영향을 주고, 좁은 채널효과에 의해, 수직 CCD부의 공핍화전압의 저하와 유효채널체적의 감소를 초래하고 있었다. 한편, 본 실시예의 소자에서는, 수직 CCD부의 에지영역주변에 있어서의 불순물농도변화가 급준하며, 수직 CCD부의 에지영역주변에 있어서의 전위퍼텐셜의 변화도 급준하게 되므로, 화소부의 미세화에 의해 수직 CCD부 (수직CCDn+영역(4))를 미세하게 형성하였을 경우에, 수직 CCD부 중앙의 전위퍼텐셜은 영향을 받기 어렵다. 즉, 좁은 채널효과의 영향이 종래 보다도 완만하게 되어, 수직 CCD부의 공핍화전압의 저하와 유효채널체적의 감소를 종래 구조보다도 경감할 수 있다. 이때문에, 본 실시예의 소자에서는, 화소부의 미세화에 의한 수직 CCD부 (수직CCDn+영역(4))의 전송전하량의 저하를 방지할 수 있었다.
[실시예 2]
제3도는 본 발명의 실시예 2에 의한 CCD고체촬상소자의 구성을 표시한 단면도이다. 제3도에 있어서, 제1도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고, (5')는 수직 CCDn+부(4)와, 포토다이오드n층(8) 사이의 전기적분리와 포토다이오드n층(8)으로부터 수직 CCDn+부(4)에의 전하의 판독제어를 담당하는 D-층이다. 본 실시예의 고체촬상소자는, P-층(5')을 웨이퍼 (N(100)실리콘기판(1))의 전체면에 대해서, 붕소를 이온주입하므로서 형성한 것이다.
제4a도~제4d도는 상기 제3도에 표시한 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도이고, 제4a도~제4d도에 있어서, 제3도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고 있다. 이하 이 제4도에 의거해서 제조공정을 설명한다.
먼저, 제4a도에 표시한 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로, N(100)실리콘기판(1)에 제1P형웰(2)과 제2P형웰(3)을 형성한후, 상기 제2P형웰(3)내부에 수직 CCDn+부(4)를 형성했다. 다음에, 제4b도에 표시한 바와 같이, N(100)실리콘기판(1)의 전체면에 붕소원자를 도즈량 5×1011m-2정도로 주입해서, P-층(5')을 형성했다. 다음에, 제4c도에 표시한 바와 같이, 예를 들면 sio2로 이루어진 게이트절연막(6)을 형성한 후, 이 게이트절연막(6)위에 폴리실리콘을 퇴적하고, 드라이에칭법을 사용해서 판독겸 전송전극인 폴리실리콘전극(7)을 형성하였다. 다음에, 제4d도에 표시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘전극(7)을 마스크로해서 매립포토다이오드n층(8) 및 매립포토다이오드 P+층(9)을, 이온주입에 의해 자체중심맞춤으로 형성했다. 그후, 도시생략의 층간절연막 및 차광막을 필요에 따라서 형성하고, CCD고체촬상소자를 완성하였다. 또한, 이상의 공정에 있어서, P-층(5')을 형성할 때의 이온주입공정에 있어서의 가속에너지는, 소자형성공정종료시 (제4d도)에, 이 P-층(5')이 매립포토다이오드 P+층(9)속으로 혼입되어 버리게 되는 가속에너지로 설정했다. 만약 P-층(5')을 형성할때의 이온주입공정에 있어서의 가속에너지가, 매립포토다이오드 P+층(9)보다 깊은 위치까지 상기 P-층(5')이 형성되어 버릴 경우는, 매립포토다이오드n층(8)을 형성할 때의 불순물원자의 도즈량을 크게해서, 포토다이오드부에 있어서의 P-층(5')의 영향을 없앴다.
이와 같은 본 실시예에서는, 수직 CCDn+부(4)와 포토다이오드n층(8) 사이의 전기적분리와, 포토다이오드n층(8)으로부터 수직 CCDn+부(4)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-층(5')을 선택적으로 형성하지 않고, N(100)실리콘기판(1)의 전체면에 대해서 형성하였으므로, 상기 실시예 1과 같은 레지스트마스크(레지스트패턴(10))를 형성할 필요가 없고, 상기 실시예 1에비해서, 제조공정을 간략화할 수 있었다.
[실시예 3]
제5도는 본 발명의 실시예 3에 의한 CCD고체촬상소자의 구성을 표시한 단면도이다. 제5도에 있어서, 제3도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고, (12)는 수직 CCD부비소주입층, (14)는 수직 CCD인 주입층 이다. 제6a도~제6d도는 상기 제5도에 표시한 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도이다. 제6a도~제6d도에 있어서, 제5도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고, (11), (13)은 레지스트패턴이다. 이하 제6a도~제6d도에 의거해서 제조공정을 설명한다.
먼저, 제6a도에 표시한 바와 같이, N(100)실리콘기판(1)에 제1P형웰(2)과 제2P형웰(3)을 형성한후, 기판(1)의 표면에 레지스트패턴(11)을 형성하고, 이 레지스트패턴(11)을 마스크로해서 상기 제2P형웰(3) 내부에 비소원자를 이온주입하고, 수직CCDn+층(4)의 한쪽의 구성요소인 수직 CCD비소주입층(12)을 형성했다. 다음에 레지스트패턴(11)을 제거한 후, 제6b도에 표시한 바와 같이, 기판(1)의 표면에 새로 레지스트패턴(13)을 형성하고, 이 레지스트패턴(13)을 마스크로해서 상기 비소주입층(12)의 내부쪽에 인원자를 이온주입하고, 수직CCDn+층(4)의 다른쪽의 구성요소인 수직 CCD인 주입층(14)을 형성했다. 다음에, 제6c도에 표시한 바와 같이, 기판(1)의 전체면에 대해서 붕소를 도즈량 5×1011m-2정도로 주입하고, P-영역(16)(5')을 형성했다. 다음에, 제6d도에 표시한 바와 같이, 예를 들면 SiO2로 이루어진 게이트절연막(6)을 형성한 후, 이 게이트절연막(6)위에 폴리실리콘을 퇴적하고, 드라이에칭법을 사용해서 판독겸 전송전극인 폴리실리콘전극(7)을 형성하고, 그후, 폴리실리콘전극(7)을 마스크로해서 매립포토다이오드n층(8) 및 매립포토다이오드 P+층(9)을 이온주입에 의해 자체중심맞춤으로 형성하고, 또, 도시생략의 층간절연막 및 차광막을 필요에 따라서 형성하고, CCD고체촬상소자를 완성했다. 또한, 이상의 공정에서, 수직 CCD인 주입층(14)은, 주입당초, 수직 CCD비소주입층(12)의 내부쪽에 형성되나, 소자형성공정종료시 (제6c도), 즉, 기판어닐 후에 그 에지가 수직 CCD비소주입층(12)의 에지에 포개지도록, 주입당초의 주입영역을 설정했다. 또, 상기 실시예 2와 마찬가지로, P-층(5')을 형성할때의 이온주입공정에 있어서의 가속에너지는, 소자형성공정종료시 (제6d도)에, 이 P-층(5')이 매립포토다이오드 P+층(9)속으로 도입되어 버리게 되는 가속에너지로 설정했다. 만약 P-층(5')을 형성할때의 이온주입공정에 있어서의 가속에너지가, 매립포토다이오드 P+층(9)보다 깊은 위치까지 P-층(5')이 형성되어버리는 경우는, 매립포토다이오드n층(8)을 형성할 때의 불순물원자의 도즈량을 크게해서, 포토다이오드부에 있어서의 P-층(5')의 영향을 없앴다.
다음에, 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 소자구조에 의해, 화소부를 미세화했을때의 수직 CCD부에 있어서의 전송전하량의 저하를 방지할 수 있는 이유에 대해서 설명한다. 제8도는, 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 화소부에 있어서의 수직CCDn+영역(4)(수직 CCD인 주입층(14)과 수직 CCD비소주입층(12))과 그 주변영역에 있어서의 불순물의 확산상태를 표시한 개념도이다. 본 실시예의 소자는, 상기 실시예 1, 2와 마찬가지의 작용에 의해, 수직 CCD부의 에지영역에 있어서의 전위퍼텐셜의 변화가 급준하게 되어, 수직 CCD부의 공핍화전압의 저하와 유효채널체적의 감소를 초래하는 일은 없이, 전송전하량의 저하를 방지할 수 있는 동시에 양호한 전송효율을 얻을 수 있다. 그리고, 본 실시예의 소자에서는, 그 열확산계수가 비소원자의 열확산계수보다 큰 인원자의 주입영역(수직 CCD인 주입층(14))을 비소원자의 주입영역(수직 CCD비소주입층(12))보다 좁게하고, 기판어닐후에 각각의 에지가 동일위치에 포개지도록 해서, 수직CCDn+영역(4)을 형성하고 있으므로, 수직CCDn+영역(4)의 에지의 불순물로서, 단순히 비소원자와 인원자를 사용해서 수직CCDn+영역(4)을 형성하고 있다. 즉, 비소원자와 인원자의 열확산계수의 차이를 고려할 것없이, 동일기판영역에 비소원자와 인원자를 주입해서 수직CCDn+영역(4)을 형성하고 있다. 상기 실시예 1, 2의 소자의 수직CCDn+영역(4)의 그것에 비해서, 높게 유지할 수 있다. 따라서, 수직 CCD부 에지영역주변의 불순물농도의 변화가 보다 급준하게 되고, 상기 실시예 1, 2의 소자에 비해서, 보다 높은 레벨에서 수직 CCD부의 공핍화전압의 저하와 유효채널체적의 감소를 방지할 수 있어, 화소부(수직전송부)의 미세화에 의한 수직전송부의 포화전하용량의 저하를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1~3에서는, P-층(5),(5')을 형성할때의 P형불순물원자로서 붕소를 사용하였으나, 본 발명에서는, 알루미늄이나 갈륨등의 붕소이외의 다른 P형불순물원자를 사용할 수 있는 것은 말할것도 없다.
또, 상기 실시예 1~3에서는, 수직 CCD부를 형성한 후, P-층(5),(5')을 형성하였으나, 본 발명에서는 이들을 반대의 순서로 형성해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 실시예 1~3에서는, 수직 CCD부 및 P-층(5),(5')은 게이트절연막 형성전에 이온주입법으로 형성하고 있으나, 게이트절연막 형성후에 형성해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 실시예 1~3에서는, n형 반도체기판을 사용하여, 수직CCDn+영역(4)으로 이루어진 고체촬상소자에 대해서 설명하였으나, 본 발명이 P형 반도체기판을 사용한 상기 실시예 1~3의 고체촬상소자는 역도전형의 고체촬상소자에 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
[실시예 4]
제12도에 본 발명의 일실시예의 형태인 CCD고체촬상소자의 1화소부의 단면구조 모식도를 표시한다. 제12도에 있어서, n형 반도체기판(201)위에 저농도인 p형웰(202)이 형성되어 있다. p형웰(202)은, 브루밍을 억제하기 위하여, 약 1×1016㎝-3이하의 농도에 설정했다. 이 농도에 설정하므로서, n형 sio2 기판(201)에 인가하는 전압을 15V이하로 할수 있고, 또 전자셔터때의 세로빼기 전압을 20V이하로 할수 있었다. 포토다이오드는, p형웰(202)의 심부에 선택적으로 형성된 n형영역(209)이다. 어둠전류를 없애기 위해서는, n형의 포토다이오드영역(209)의 상부의 n형 반도체기판(1)의 표면에 선택적으로 고농도 P형영역(210)이 형성되어 있다. CCD전송채널(204)은, p형웰의 n형 반도체기판(201)의 표면에 선택적으로 형성된 n형영역(204)이다. 분리를 위한 P형영역(206)은, 포토다이오드의 n형영역(209)과 n형영역(204)의 사이를 잇도록, p형웰(202)의 표면부에 선택적으로 형성되어 있다. n형영역(204)과 접하는 P형영역(206)의 형성되어 있는 영역은, 신호전하비판독쪽이다. 신호전하비판독쪽 영역을 실선영역(216)으로 표시한다. 분리, 및 판독구동전압제어를 위한 P형영역(207)은, P형영역(206)과 접하고 있지 않는 끝에서 n형영역(204)에 접하고, n형영역(209)과의 사이를 잇도록, p형웰(202)의 표면부에 선택적으로 형성되어 있다. n형영역(204)에 접하는 P형영역(207)이 형성되어 있는 영역은, 신호전하판독쪽이다. 신호전하판독쪽 영역을 실선영역(215)으로 표시한다. P형영역(203)은, p형웰(202)의 내부에서, CCD전송채널(204)의 n형영역(204)의 바로 하부에 위치하고, 그 양끝은, n형영역(204)의 양끝의 위치에 동등하고, P형영역(206)과 P형영역(207)에서 n형영역(204)을 둘러싸도록 형성되어 있다. P형영역(203)은, n형의 CCD전송채널(204)과 n형반도체기판(201)을 분리하는 영역이다. 부가해서 P형영역(203)은, 각각의 끝을 n형영역(204)의 양끝의 위치와 동등하게 하므로서, 신호판독채널의 두께를 확대해서, 판독구동전압의 저감을 도모하기 위한 영역이다. 또, 포토다이오드, 기판으로부터의 공핍층을 확대시켜서 CCD전송채널에 흡수되어있던 스메어전하를 포토다이오드, 기판에 흐르게 하므로서 스메어 특성의 향상을 도모하는 영역도 겸하고 있다. n형반도체기판(201)의 표면에, 표면피막을 위한 게이트절연막(205)이 형성되어 있다. 그 위의 소정영역에 게이트전극(208)이 형성되어 있다. 또 그위에서, 기판전체에 절연막(211)이 형성되어 있다.
또, 그위에, 포토다이오드 이외의 영역에 광이 입사하여 발생하는 스메어를 없애기 위하여 차광막(212)이 형성되어 있다. 차광막(212)은, 알루미늄(Al)막이나, 더욱 차광성이 양호한 고융점금속인 티탄(Ti), 텅스텐실리사이드(Wsi), 텅스텐(W) 막을 사용할 수 있다. 또 전체면에 보호막(213)이 형성되어 있다. (214)는, 신호전하전송방향에 대해서 수직이고, 또한 CCD전송채널의 한가운데를 지나, n형 반도체기판(201)의 깊이방향을 표시한다.
이상과 같이 구성된 CCD고체촬상장치에 대해서, 이하에 그 특성향상의 원리를 표시한다.
처음에, 제14도를 사용해서, 신호판독쪽영역에 기인하는 판독구동전압의 저감, 포화특성의 유지에 대해서 설명한다. 제14도에 본 실시예의 신호판독쪽(215)의 확대단면도를 표시한다. 영역(233)은, CCD전송채널(204)의 바로 하부에 P형영역을 표시하고 있다. 위치 (239), (238), (237)은, 각각 P형영역(233)의 끝의 위치를 표시한다. 예를 들면, 신호판독쪽 영역의 P형영역(233)의 끝의 위치가 위치 (238)에 있으면, 본 실시형태에서의 P형영역(203)과 동일하다. 또, 위치 (237)에 있으면, 종래예에서의 P형영역과 동일하다. 포토다이오드(209)로부터 CCD전송채널(204)을 향하는 1점쇄선(236)은, 신호판독채널이다. 종래예의 신호판독채널의 두께를 실선(234)에 표시하고, 본 실시예의 신호판독채널의 두께를 실선(235)에 표시한다. 고농도 P형영역(210), P형영역(233)은, OV가 인가되어 있고, 신호판독채널(236)형성시의 그 두께는, 성명의 편의상, 고농도 P형영역(210), P형영역(233)의 n형 반도체기판(201)의 깊이 방향의 중간점을 각각 잇는 사이에 형성되는 것으로 해서 모식적으로 표시한다. 제14도의 그외의 번호에 의해 표시되는 구조영역은, 제12도에 표시한 것과 동일하다.
신호판독시에는, 포토다이오드(209)로부터 CCD전송채널(204)을 향해서, 신호판독채널(236)이 형성된다. 판독구동전압에 관계되는 신호판독효율은, 이하의 식에 의해 나타내게 된다.
신호판독효율 α1/[(채널길이) × (채널폭) × (채널두께)]
P형영역(233)의 끝위치(237)의 경우에는, 신호전하판독채널(236), 실선(234) 사이에 형성되고, 이것이 채널의 두께로 된다. P형영역(233)의 끝위치(238) (본 실시예의 P형영역(203)과 동일함.)의 경우에는, 채널의 두께는, 실선(235)이 된다. 3평방의 정리(定理)에서 생각해서 채널의 두께는, P형영역(233)의 끝위치(237)로부터 위치(238)에 이동하므로서, 실선(234)으로부터 실선(235)으로 확대한다. 이에 의해서, 신호판독효율은 향상하고, 판독구동전압의 저감을 도모할 수 있다. P형영역(233)의 끝을 위치(239)에 이동하면, 상기와 마찬가지로 채널의 두께가 확대하고, 또 판독구동전압의 저감을 도모할 수 있다. 그러나, 그 한쪽에서, CCD전송채널(204)을 P형영역(207), P형영역(233)에서 둘서싸는 것을 말수 없게 되기 때문에, CCD전송채널(204)과 n형 반도체기판(201)의 분리를 할수 없게 되어, CCD로서의 동작불량을 일으킨다.
또, P형영역(233)의 끝위치(237)로부터, 위치(238) (본 실시예의 P형영역(203)과 동일함.)에 이동하면, 판독전의 CCD전송채널(204)과 포토다이오드(209)의 분리는 약하게 되고, 펀치스루우가 발생하기 쉽게되나, P형영역(207)의 폭, 신호판독쪽(215)에서의 CCD전송채널(204)과 포토다이오드(209) 사이의 거리를 조성하므로서, 펀치스루우를 막을 수 있어, 높은 소자포화를 유지할 수 있다. P형영역(207)의 농도는 변경하지 않으므로, 판독구동전압의 증대는 일어나지 않는다.
다음에, 제16도, 제17도는, 제18도, 표 1을 사용해서 신호비판독쪽영역에 기인하는 스메어의 저감, 포화특성의 유지에 대해서 설명한다.
제16도에 본 실시예의 구조의 비판독쪽영역(216)의 확대단면도를 표시한다. 영역(253)은, CCD전송채널(204) 바로하부의 P형영역을 표시하고 있다. 위치(254), (255), (256)은, P형영역(253)의 끝위치를 표시한다. 예를 들면, 비판독쪽영역에 있어서, P형영역(253)의 끝위치(255)에 있으면, 본 실시형태에서의 P형영역(203)과 동일하다. 또, 위치(254)에 있으면, 종래예에서의 P형영역과 동일하다. 제17도, 제18도에 비판독쪽영역에 있어서의 종래예, 본 실시예의 3차원광디바이스시뮬레이션으로부터 얻어진 전위분포와 스메어 확산전류의 모식도를 겹쳐서 표시한다. 3차원광디바이스시뮬레이터를 사용해서, 입사광에 의해서 축차적으로 발생하는 전자-정공짝(正孔)을 포함하면서, 전위, 전자, 정공을 과도해석에 의해 풀므로서 포토다이오드(209)에 축적되는 신호전하, CCD전송채널(204)에 축적되는 스메어전하를 구할 수 있다.
화살표 (271)는, 입사광을 표시한다. 화살표(272), (273), (274)는, 입사광(271)에 의해서 발생하여 방사형상으로 확산하는 전자전류를 각각 표시한다. 화살표 (275), (276)는, CCD전송채널(204)에 흡수되는 스메어전자전류를 각각 표시한다. 화살표(277)는, 포토다이오드(209), n형반도체기판(201)의 깊이 방향으로 흡수되는 전자전류를 표시한다. 파선(278)은, CCD전송채널(204)의 스메어전하포획영역을 표시하고 있고, CCD전송채널(204)의 주변전위의 산에 상당하고, 포토다이오드(209)와 CCD전송채널(204) 사이를 대략 2등분하는 영역에 형성된다. 표 1에 본 발명의 실시예, 및 종래예에서의 3차원광디바이스 시뮬레이션에 의해 얻게된 판독쪽, 비판독쪽에 기인하는 스메어치, 및 소자전체의 스메어치를 표시한다.
[표 1]
P형영역(253)의 끝위치(254)(종래예에서의 P형영역과 동일함)로부터 위치(255) (본 실시예의 P형영역(203)과 동일함.)에 이동하면, P형영역(253)으로부터의 불순물확산이 약해지고, P형영역(206)하부의 p형 불순물농도가 저하된다.
이때문에, 제18도에 표시한 바와 같이, 비판독쪽(216)(제12도)에서, 포토다이오드(209)가, CCD전송채널(204)에 접근하므로서, 실효적인 CCD전송채널(204)과 포토다이오드(209) 사이의 거리가 감소한다. 이에 수반해서, 제17도의 종래예와 비해서 제18도의 본 실시예의 결과에서는, CCD전송채널(204)의 주변의 전위의 산도, CCD전송채널(204)에 접근한다. 이에 의해, 본 실시예에서는, 스메어전하포획영역(278)은, 동래예와 비해서 작게할 수 있다. 또, 실효적인 CCD전송채널(204)과 포토다이오드(209) 사이의 거리가 작아지기 때문에, 제17도의 종래예의 결과와 비해서, P형영역(206) 하부의 P형영역(203)은 공핍화하기 시작하고, 위치(270)를 경계로 전위구비가 포토다이오드(209), n형 반도체기판(201)의 깊이방향을 향해서 형성할 수 있다.
이상의 내용으로부터, 입사광(271)에 의해서 발생하여 방사현상으로 확산하는 전자전류중의 전자전류(274)는, 거의 포토다이오드(209)나 n형 반도체기판(201)의 심부방향으로 흐르는 전자전류(277)로 된다. CCD전송채널(204)에 흡수되는 스메어전자전류(276)는, 제17도의 종래예의 경우와 비해서 약1/6로 저감할 수 있고, 소자로서의 전체의 스메어는, 표 1의 결과보다 약 23%를 저감할 수 있다. P형영역(253)의 끝을 위치(256)에 이동하면, 상기와 마찬가지로 CCD전송채널(204)의 스메어포획영역을 작게할 수 있어, 스메어저감을 도모할 수 있다. 그러나, CCD전송채널(204)을 P형영역(206), P형영역(253)에서 둘러싸는 것을 할수 없기 때문에, CCD전송채널(204)과 n형 반도체기판(201)의 분리를 할 수 없게 되어, CCD로서 동작불량을 일으킨다.
또, 제18의 시뮬레이션 결과에서는, 위치(270)에서의 전위는 -0.2V이므로, 펀치스루우는 일어나지 않고 포화특성의 열악화는 없다. 펀치루우가 일어나기 쉬울 경우에는, P형영역(206)의 농도, 신호비판독쪽(216)에서의 CCD전송채널(204)와 포토다이오드(209)의 사이의 거리를 조정하므로서, 펀치스루우를 막을수 있고, 높은 소자포화를 유지할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형확산층과, 상기 반도체기판의 상기 n형확산층의 바로하부에 위치하고, 각각의 끝이 상기 n형확산층의 양끝위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 가지므로서 판독구동전압의 저전압화, 스메어의 저감화, 높은 포화특성을 유지할 수 있다.
[실시예 5]
제13a도~제13e도에 본 발명의 다른 실시예인 CCD고체촬상소자의 제조공정의 단면모식도를 표시한다.
제13a도에서, n형 반도체기판(201)에 P형웰(202)을 형성했다. 이때, P형웰(202)은, 브루밍을 억제하기 위하여, 1×1016㎝-3이하의 농도로 설정했다.
제13b도에서, 포토레지스트를 도포, 노광, 현상해서 포토레지스트마스크(221)를 형성했다. 그후, 포토레지스트마스크(221)를 사용해서, P형웰(202)의 소정영역에 붕소를 100KeV이상의 가속에너지로 이온주입하고, P형영역(203)을 형성했다. 다음에, 제13c도에서, 그대로 포토레지스트마스크(221)를 사용하여, 인 또는 비소 또는 양쪽의 불순물종을 이온주입하고, n형 CCD전송채널(204)을 P형웰(202)영역내의 P형영역(203)의 n형반도체기판(201)의 표면에 형성했다. 제13d도에서, 포토레지스트마스크(221)를 제거한 후, 게이트절연막(205)을 형성했다. 다음에, 포토레지스트를 마스크로하고, 붕소를 이온주입해서, 분리를 위한 P형영역(206), 판독게이트전압제어를 위한 P형영역(207)을, n형CCD전송채널(204), P형영역(203)에 접하도록 형성했다. 그후, 전송게이트전극(208)을 형성하고, 게이트전극(208)의 패턴을 형성하는 레지스트마스크, 및 게이트전극(208)과 셀프 얼라인먼트에서, 인을 200KeV이상의 가속에너지에 의해서 이온주입하므로서, n형포토다이오드(209)를 형성했다. 이어서 포토다이오드표면의 고농도P형영역(210)을 형성했다. 마지막으로, 제13e도에서, 절연막(211)과 차광막(212)과 보호막(213)을 이 순서에 의해서 형성해서, CCD고체촬상소자를 제조하였다.
이상과 같은 공정에서 제조되는 CCD고체촬상장치의 방법에 대해서, 이하에 그 이점을 표시한다.
제13a도~제13e도에서 표시한 본 실시형태에서의 제조공정에서는, CCD전송채널(204), P형영역(203)은, 동일포토레지스트마스크(221)로 형성하므로, CCD전송채널(204)과 P형영역(203)의 양끝의 위치를 항상 맞출 수 있다. 그때문에, 이들 영역을 형성하기 위한 마스크맞춤불균일에 기인하는 판독구동전압, 포화특성, 스메어특성의 변동을 없앨 수 있다. 부가해서, 제13a도~제13e도에서 표시한 본 실시예의 제조공정에서는, CCD전송채널(204)과 P형영역(203)은, 동일포토레지스트마스크(221)로 형성되므로, CCD전송채널(204)과 P형영역(203)을 따로 따로의 마스크로 제작하고 있었던 종래예의 제조방법과 비교해서 제조코스트의 삭감을 할 수 있었다.
또, P형영역(203)은, 반도체기판(201)의 표면에 접근하면 상기한 판독채널의 두께가 작아지므로, 판독구동전압이 상승한다. 이것을 막기 위해서는, P형영역(203)을 형성하기 위한 붕소는, 100KeV이상의 가속에너지로 이온주입할 필요가 있다. 부가해서, P형영역(203)은, P형웰(202)내부에 깊게 형성하면, P형영역(206)과 P형영역(207)에서 CCD전송채널인 n형영역(204)을 둘러싸도록 형성할 수 없게 되어, 포화특성이 열악화된다. 이를 막기위해서는, P형영역(203)을 형성하기 위한 붕소는, 600KeV이하의 가속에너지에 의해서 이온주입할 필요가 있다.
또, 포토다이오드인 n형영역(209)은, P웰(202)내부의 깊은 곳에 형성하면, 상기의 실효채널길이가 길게되기 때문에, 판독구동전압이 상승한다. 이를 막기 위하여, 포토다이오드인 n형영역(209)을 형성하기 위한 인은, 1.2MeV이하의 가속에너지에 의해서 이온주입할 필요가 있다. 부가해서, 어둠전류를 없애기 위해서는, 포토다이오드인 n형영역(209)의 반도체기판(201)의 표면에는, 고농도의 P형영역(210)을 형성할 필요가 있으므로, 포토다이오드인 n형영역(209)을 형성하기 위한 인은 200KeV이상의 가속에너지에 의해서 이온주입할 필요가 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 반도체기판내의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하므로서, 제조공정에서의 주입마스크의 맞춤불균일에 기인하는 특성변동을 없애는 것과, 제조코스트의 삭감을 할 수 있다.
또한, 이상의 발명에 있어서, n형포토다이오드영역(209)을 게이트전극(208)을 형성한 후, 셀프얼라이먼트방법으로 주입하여 형성했으나, CCD의 구조에는 영향을 주지 않으므로, 게이트절연막(205)을 형성하기 직전에는 포토레지스트를 마스크로 해서 실시해도 된다.
또, 이상의 실시예에서는, P형영역(203)을 형성한 다음에, CCD전송채널(204)을 형성하고 있으나, 순서를 변경해서 CCD전송채널(204)을 먼저 형성해도 된다.
[실시예 6]
제19도는 본 발명의 실시예에 의한 CCD고체촬상소자의 1화소부에 있어서의 포토다이오드부와 수직 CCD부의 구성을 표시한 단면도이다. 제19도에 있어서, (105)는 수직 CCDn+부(104)와 포토다이오드n층(108)사이의 전기적분리와, 포토다이오드n층(108)으로부터 수직 CCDn+부(104)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-층이고 이것은 N(100)실리콘기판(101)의 상층부분에 제2P형웰(103)및 수직CCDn+층(104)의 일부를 포함하도록 형성되어 있다. 상기 제2P형웰(103)은, 상기 수직CCDn+층(104)을 형성하는데 있어서, 동시에 형성을 행하고 있기때문에, 상기 제2P형웰(103)과 상기 수직CCDn+층(104)의 끝은 동일 위치로 되어 있다.
(105a)는 상기 P-층(105)중의 수직 CCDn+부(104)와 포토다이오드n층(108)사이의 전자적분리를 행하는 부분(분리부), (105b)는 상기 P-층(105)중의 포토다이오드n층(108)으로부터 수직 CCDn+부(104)에의 전하의 판독제어를 행하는 부분(판독제어부)이다. 또한, 여기서는 상기와 같이, P-층(105)이, 제2P형웰(103)의 일부를 포함하도록 형성되고 있으나, 이 P-층(105)은 상기 제2P형웰(103)의 일부를 포함하지 않도록 형성되고 있어도 된다. 또 (102)는 실리콘기판(1)에 형성된 제1P형웰이다. 제20a도~제20d도는 상기 제19도에 표시한 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도이며, 도면에 있어서, 제19도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고 있다. 이하 이 도면(B)에 의거해서 제조공정을 설명한다.
먼저, 제20a도에 표시한 바와 같이, N(100)실리콘기판(101)에 제1P형웰(캐리어농도 :1014~1015cm-3)(102)을 형성한 후, 기판(101)표면에 레지스트패턴(110)을 형성했다. 그후, 제2P형웰(102)(캐리어농도 :1015~1016cm-3)(103) 및 수직CCDn+영역(캐리어농도 :1016~1017cm-3)(104)을 동시에 형성했다.
다음에 제20b도에 표시한 바와 같이, 레지스트패턴(110)을 형성한 후, 이 레지스트패턴(110)을 마스크로해서 기판(101)의 포토다이오드를 형성해야할 영역이외의 상기 수직 CCDn+부(104)를 포함하는 영역에, 붕소를 도즈량5×1011m-2정도로 주입하고, P-층(캐리어농도 :1016cm-3)(105)을 형성했다. 다음에, 제20c도에 표시한 바와 같이, 예를 들면 SiO2로 이루어진 게이트절연막(106)을 형성한 후, 게이트절연막(106)위에 폴리실리콘을 퇴적하고, 드라이에 침범을 사용해서 판독겸전송전극인 폴리실리콘전극(107)을 형성했다. 다음에, 제20d도에 표시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘전극(107)을 마스크로해서 매립 포토다이오드n층(108)(캐리어농도 :1015~1016cm-3)(108), 및 매립포토다이오드P+층(캐리어농도 :1017~1020cm-3)(109)을 이온주입에 의해 자체중심맞춤에 의해 형성한 후, 도시생략의 층간절연막 및 차광막을 필요에 따라서 형성하고, CCD고체촬상소자를 완성했다. 여기서, P-층(105)을 한번의 이온주입공정으로 형성하기 때문에, 종래 소자의 분리용P+층(115)과 동등한 캐리어농도의 분리영역을 형성할 수는 없으나, 폴리실리콘전극(107)과 분리영역의 오버랩치수를 작게하거나, 또, 포토 다이오드 n층(108)과 수직CCDn+층(4)사이의 거리를 크게하므로서, 수직CCDn+층(4)과 포토다이오드n층(108)사이의 전기적분리를 행할 수 있었다. 또한, 상기 각층의 캐리어농도는 소자완성시, 즉, 불순물 원자의 도핑후, 기판어닐에 의해 확산된 상태에서의 농도이다.
[실시예 7]
제21도는 본 실시예에 의한 CCD고체촬상소자의 구성을 표시한 단면도이다.
제21도에 있어서, 제20도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고, (105`)는 수직 CCDn+부(104)와 포토다이오드n층(108)사이의 전기적분리와, 포토다이오드n층(108)으로부터 수직 CCDn+부(104)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-층이다. 본 실시예의 고체촬상소자는, 제2P형웰(103)형성과 수직CCDn+층(104)을 동일레지스트마스크(110)에 의해서 동시에 형성을 행하고, 또한 P-층(105`)을 웨이퍼 N(100)실리콘기판(101)의 전체면에 대해서 붕소를 이온주입하므로서 형성해서 구성된 것이다.
제22a도~제22d도는 상기 제21도에서 표시한 본 실시예의 CCD고체촬상소자의 제조공정을 표시한 공정별단면도이다. 제22a도~제22d도에 있어서, 제21도와 동일부호는 동일 또는 상당하는 부분을 표시하고 있다. 이하 이 도면(C)에 의거해서 제조공정을 설명한다.
먼저, 제22a도에 표시한 바와 같이, 실시예 6과 마찬가지로, N(100)실리콘기판(101)의 표면에 레지스트패턴(110)을 형성한 후, 제2P형웰(103)(캐리어농도 :1015~1016cm-3)및 수직CCDn+영역(4)(캐리어농도 :1016~1017cm-3)(104)을 동시에 형성했다. 다음에, 제22b도에 표시한 바와 같이, N(100)실리콘기판(101)의 전체면에 붕소원자를 도즈량5×1011m-2정도로 주입해서, P-층(105`)을 형성했다.
다음에, 제22c도에 표시한 바와 같이, 예를 들면 SiO2로 이루어진 게이트절연막(106)을 형성한 후, 이 게이트절연막(106)위에 폴리실리콘을 퇴적하고, 드라이에칭법을 사용해서 판독겸전송전극인 폴리실리콘전극(107)을 형성했다. 다음에, 제22d도에 표시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘전극(107)을 마스크로해서 매립포토다이오드층(108) 및 매립포토다이오드P+층(109)을 이온주입에 의해 자체중심맞춤에 의해서 형성한 후에, 도시생략의 층간절연막 및 차광막을 필요에 따라서 형성해서 CCD고체촬상소자를 완성했다. 또한, 이상의 공정에 있어서, P-층(105`)을 형성할 때의 이온주입공정에 있어서의 가속에너지는, 소자형성공정종료시 제22d도에 이 P-층(105')이 매립포토다이오드 P+층(109)속으로 혼입되어 버리게 되는 가속에너지로 설정했다. 만약 P-층(105`)을 형성할 때의 이온주입공정에 있어서의 가속에너지가 매립포토다이오드P+층(109)보다 깊은 위치까지 당해 P-층(105`)이 형성되어 버리게 될 경우는, 매립 포토다이오드n층(108)을 형성할 때의 불순물원자의 도즈량을 크게해서, 포토다이오드부에 있어서의 P-층(105`)의 영향을 없앤다.
또, 본 실시예에 있어서는, 게이트절연막형성전에 제2P형웰(103), 수직CCDn+층(4) 및 포토다이오드n층(108)사이의 전기적분리와, 포토다이오드n층(108)으로부터 수직 CCDn+부(104)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-층(105) 또는 (105`)를 형성했으나, 토틀열처리삭감의 관점에서 게이트절연막(106)형성 후에 상기 제2P형웰(103), 수직CCDn+층(4) 및 P-층(105)을 형성해도 상관없다.
이와 같이 본 실시예에서는, 수직 CCDn+부(104)와 포토다이오드n층(108)사이의 전기적분리와, 포토다이오드n층(108)으로부터 수직 CCDn+부(104)에의 전하의 판독제어를 담당하는 P-층(105)을 선택적으로 형성하지 않고, N(100)실리콘기판(101)의 전체면에 대해서 형성했으므로, 상기 실시예 6과 같은 레지스트마스크(레지스트패턴(110))를 형성할 필요가 없고, 상기 실시예 6에 비해서, 제조공정을 간략화 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 고체촬상소자에 의하면, 전하의 판독제어를 행하는 판독제어부 및 수직전송부와 포토다이오드부의 분리를 행하는 분리부로부터의 수직전송부에 있어서의 불순물(원자)의 확산상태에 주는 영향이 작아지고, 화소부(수직 전송부)를 미세화해도, 수직전송부의 에지영역에 있어서의 불순물(원자)농도의 급준한 변화가 유지되고, 좁은 채널효과에 의해 공핍화전압이 저하하거나, 유효채널체적이 감소해버리는 일이 없고, 수직전송부에 이어서의 포화전하용량의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 화소부를 미세화해도, 수직 CCD부에 있어서의 전송전하량의 저하를 초래하는 일이 없는 고체촬상소자를 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 의해, 판독구동전압의 저전압화, 스메어의 저감을 할수 있고, 높은 포화특성을 유지하고, 제조공정에서의 주입마스크의 맞춤불균일에 기인하는 이들 특성의 변동이 없고, 제조코스트의 삭감을 용이하게 실현하는 CCD를 가진 고체촬상장치를 제작할 수 있다.
다음에 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 의하면, 수직전송부에 있어서의 포화전하용량의 저하를 발생시키는 일이 없고, 화소부(수직전송부)의 미세화가 도모된 고체촬상소자를 종래보다도 적은 마스크 및 공정수로 제조할 수 있다.

Claims (28)

  1. 반도체기판에 어레이형상으로 형성된 포토다이오드부와, 상기 포토다이오드부에 축적된 전하를 전송하는 수직전송부와, 상기 포토다이오드부에 축적된 전하를 상기 수직전송부에 판독하는 판독제어부와, 상기 수직전송부에 대하여 상기 판독제어부와는 반대쪽에 형성되고, 상기 수직전송부와 인접하는 상기 포토다이오드부와의 분리를 행하는 분리부를 구비한 고체촬상소자로서, 상기 수직전송부를 포함하는 영역에, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자와는 반대도전형의 불순물원자를 도입해서 상기 판독제어부와 상기 분리부를 동시에 형성한 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자가, 인 및 비소로부터 선택되는 적어도 1개의 원자인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 상기 수직전송부를 구성하는 n형확산층과, 상기 반도체기판의 n형확산층의 바로 하부에 위치하고, 적어도 한쪽끝이 상기 n형 확산층의 끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 상기 수직전송부를 구성하는 n형확산층과, 상기 반도체기판의 n형확산층의 바로 하부에 위치하고, 양쪽 끝이 상기 n형확산층의 양끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 상기 수직전송부를 구성하는 n형확산층과, 상기 n형 확산층의 바로 하부에 위치하고, 적어도 한쪽의 끝이 상기 n형확산층의 끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층과 상기 반도체기판상에 형성된 P형 웰내부의 상기 반도체기판내의 소정의 깊이의 위치에 선택적으로 형성된 광전변환부인 n형확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  6. 반도체기판표면에 선택적으로 형성된 n형확산층과, 상기 n형확산층의 바로 하부에 위치하고, 적어도 한쪽 끝이 상기 n형확산층의 끝의 위치와 동등하게 되도록 형성된 P형확산층을 가진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 P형확산층의 양끝이 상기 n형확산층의 양끝의 위치에 실질적으로 동등하게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 n형반도체기판표면에서 n형영역의 양끝부분에 각각 형성된 제1의 P형확산층, 및 제2의 P형확산층을 또 형성하고, 상기 제1, 제2의 P형확산층과 상기 n형확산층의 바로 하부에 위치하는 P형확산층에 의해서 상기 n형확산층을 둘러싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 반도체기판위에 형성된 P형웰내부의 반도체기판내의 소정의 깊이의 위치에 선택적으로 형성된 광전변환부인 n형확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자가, 인 및 비소로부터 선택되는 적어도 하나의 원자인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  11. 반도체기판에, 포토다이오드부와 상기 포토다이오드부에 축적된 전하를 판독하고, 전송하기 위한 수직전송부와, 상기 포토다이오드부와 수직전송부의 사이에서 상기 전하의 판독의 제어를 행하는 판독제어부를 가진 복수의 화소부가 배열형상으로 배치되어 형성되고, 또한 상기 복수의 화소부의 인접하는 2개의 화소부사이에 있어서의 상기 포토다이오드부와 상기 수직전송부의 분리를 행하는 분리부가 형성된 고체촬상소자를 제조하는 방법으로서, 상기 수직전송부를 상기 반도체 기판의 소정영역에 형성한 후, 상기 수직전송부를 구성하는 불순물원자와는 반대도 전형의 불순물원자를, 상기 반도체기판의 표면층의 적어도 일부에 이온을 주입해서, 상기 수직전송부의 양쪽인접부에 상기 분리부와 상기 판독제어부를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반도체기판의 표면층에 이온주입하는 부분이, 수직전송부의 형성영역과 이의주변영역을 포함하는 기판영역의 선택적부분인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반도체기판의 표면층에 이온주입하는 부분이, 반도체기판의 표면층 전체영역인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 반도체기판의 제1기판영역에 비소를 주입하는 제1의 공정과, 상기 제1기판영역내의 상기 제1기판영역보다도 좁은 폭의 제2기판영역에 인을 주입하는 제2의 공정을 행하고, 이후, 상기 기판의 어닐을 행하므로서, 상기 수직전송부를 상기 반도체기판의 소정영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 분리부 및 상기 판독제어부를, 이들 상기 반도체기판표면으로부터의 깊이가 상기 포토다이오드부의 Pn접합의 상기 반도체기판표면으로부터의 깊이보다도 작게되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 수직전송부를 형성함에 있어서, 상기 반도체기판상의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 수직전송부를 형성함에 있어서, 상기 반도체기판상의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 제1의 n형영역을 형성하는 공정과, 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역상부에서 상기 게이트절연막위에 전송게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 상기 포토다이오드부를 구성하는 제2의 n형확산층을 형성하는 것을 특징으로하는 고체촬상장치의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수직전송부를 형성함에 있어서, 상기 반도체기판상의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 상기 P형영역을 형성하는 이온종을 100KeV이상, 600KeV이하의 가속에너지에 의해서 이온을 주입하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 상기 제1의 n형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 공정과, 상기 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역상부에서 상기 게이트절연막위에 상기 전송게이트전극을 형성하는 공정과 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 상기 포토다이오드부를 구성하는 상기 제2의 n형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 수직전송부를 형성함에 이어서, 상기 반도체기판의 소정의 영역에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 상기 P형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 상기 제1의 n형영역을 형성하는 원자, 혹은 이온종을 도입하는 공정과, 상기 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역상부에서 상기 게이트절연막 위에 상기 전송게이트전극을 형성하는 공정과 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 상기 포토다이오드를 구성하는 상기 제2의 n형영역을 형성하는 이온종을 200KeV이상, 1.2MeV이하의 가속에너지에 의해서 이온주입하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 주입마스크가, 포토레지스트를 노광하므로서 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  21. 상기 반도체기판상에 주입용 마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입용마스크를 사용해서, 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 P형영역보다도 상기 반도체기판내의 표면쪽에 n형의 수직전송부를 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  22. 반도체기판상에 주입마스크를 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정과, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 P형영역보다도 상기 반도체기판의 표면쪽에 n형의 수직전송부를 형성하는 공정과, 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 수직전송부상에 상기 게이트절연막을 개재해서 전송 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판내에 포토다이오드부를 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1의 n형영역이 CCD전송채널이고, 상기 제2의 n형영역이 광전변환을 행하는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정이, 이온종을 100KeV이상 600KeV이하의 가속에너지로 이온주입하는 방법이고, 또한 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판면쪽에 상기 제1의 n형영역을 형성하는 원자 또는 이온종을 도입하는 공정과, 상기 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 n형영역상부에서 상기 게이트절연막위에 상기 전송게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 상기 제2의 n형영역을 형성하는 원자 또는 이온종을 도입하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 주입마스크를 사용해서, 소정의 영역에 P형영역을 형성하는 공정이 원자 또는 이온종을 도입하는 방법이고, 상기 주입마스크를 사용해서, 상기 반도체기판표면쪽에 상기 제1의 n형영역을 형성하는 공정이, 원자 또는 이온종을 도입하는 방법이고, 상기 반도체기판내의 소정의 영역에 상기 제2의 n형영역을 형성하는 공정이, 이온종을 폴리실리콘전극(107) 게이트절연막 200KeV이상 1.2MeV이하의 가속에너지로 이온주입하는 방법인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제1의 n형영역이 CCD전송채널인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제2의 n형영역이 광전변환을 행하는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  28. 제22항에 있어서, 상기 주입마스크가 포토레지스트를 노광함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
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