JPH04207077A

JPH04207077A - 固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JPH04207077A
Application number: JP2340342A
Authority: JP
Inventors: Naoko Noumi; 能見　菜穂子; Masayuki Matsunaga; 誠之松長
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-29

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、固体撮像素子の製造方法に係わり、特に素子
分離領域の形成方法を改良した固体撮像素子の製造方法
に関する。

（従来の技術）ＣＣＤ型の固体撮像素子は、光電変換、信号電荷の蓄積
及び信号電荷の転送などの機能を有しており、インター
ライン転送型の場合は、第７図に示すように構成されて
いる。即ち、蓄積ダイオード１が２次元状にマトリック
ス配置され、これらに隣接して複数本の垂直ＣＣＤチャ
ネル２が設けられ、さらに隣接する素子間に素子分離領
域３が設けられている。そして、これらの上に転送電極
４．５が設けられている。水平方向に見ると、蓄積ダイ
オード部（ＳＤ）。

信号読出しゲート部（ＦＳＧ）、信号電荷転送部（ＶＣ
ＣＤ）、素子分離部（ＣＳ）が繰り返し連続することに
なる。

第８図に第７図の矢視Ｂ−Ｂ’断面とそのポテンシャル
プロファイルを示す。ｐ型の半導体基板６０表面層にｎ
゛型の蓄積ダイオード１゜ｎ＋型のＣＯＤチャネル２及
びｐ“型の素子分層領域３が形成され、基板６上にはゲ
ート酸化膜７を介してポリＳｉからなる転送電極４が形
成されている。ここで、転送電極４の一部か信号続出し
ゲート４ａを兼ねるものとなっている。

この種の固体撮像装置において、素子分離領域３を形成
する方法としては、次のようにしている。まず、転送電
極４から離れたところに、フォトマスクで規定してＰな
どをイオン注入してｎ領域を形成する。その後、ポリＳ
ｉに自己整合でＢをイオン注入して、ｐ領域とｎ領域と
をずらす方法を用いていた。

しかしながら、この方法ではフォトマスクを用いて素子
分離領域を形成するため、変換差と相対的な合わせの誤
差をマージン分に加えてマスク設計を行う必要がある。

このため、第８図の素子分離領域の幅ａを短くすること
は難しく、素子分離の幅の縮小化や出来上りの均一化に
は限界があった。感度やスミアなど素子の特性を劣化さ
せることなく、多画素化、微細化を行うためには、不活
性領域である素子分離領域を狭小に形成することは必須
条件であるか、従来方法ではこれが達成できなかった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、フォトマスクを用いてイオン注入を行
う従来の素子分離領域形成方法では、変換差と相対的な
合わせ誤差によるマージン分がマスクを設計する上で生
しるため、幅の狭い素子分離を安定して形成することは
困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、合わせ誤差によるマージンをとる必
要がなく、素子分離領域の幅をより短くすることが可能
な固体撮像素子の製造方法を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、フォトマスクなどを用いることなく、
素子分離領域をセルファラインたけで形成することにあ
る。

即ち本発明は、半導体基板の表面に蓄積ダイオード、Ｃ
ＣＤチャネル及び素子分離領域を形成すると共に、基板
上に転送電極を形成してなる固体撮像素子の製造方法に
おいて、半導体基板上に信号電荷を転送するための転送
電極を形成する工程と、転送電極をマスクとして半導体
基板にｎ型不純物をドーピングする工程と、転送電極の
少なくとも一方の側部にセルファラインで絶縁膜を形成
し、該絶縁膜及び転送電極をマスクとして半導体基板に
ｎ型不純物をドーピングする工程とを含み、ｐｍ不純物
及びｎ型不純物の双方のドーピング領域にｎ型の蓄積ダ
イオードを形成し、ｎ型不純物のみのドーピング領域に
ｐ型の素子分離領域を形成することを特徴としている。

（作用）本発明によれば、転送電極のみをマスクとしたｎ型不純
物のドーピング及び転送電極と側壁絶縁膜をマスクとし
たｎ型不純物のドーピングにより、基板表面にはｎ型不
純物のみドーピングされた領域とｎ型不純物及びｎ型不
純物の双方がドーピングされた領域が形成される。ここ
で、ｎ型不純物のドーピング量をｎ型不純物のドーピン
グ量よりも十分大きくしておけば、ｎ型不純物及びｎ型
不純物の双方がドーピングされた領域はｎ型（蓄積ダイ
オード）となる。従って、側壁絶縁膜の下のみにｐ型の
素子分離領域をセルファラインで形成することかでき、
素子分離領域の幅を狭くすることが可能となる。

即ち、ポリＳｉなどで形成された転送電極に対してＢを
、その転送電極の側壁に形成された側壁絶縁膜（スペー
サ）に対してＰを自己整合的にイオン注入することによ
り、スペーサ幅に応じてｎ型領域、ｎ型領域をずらして
形成し、スペーサ幅の素子分離領域を得ることができる
。

この方法は、フォトリソグラフィなどによるパターニン
グの必要なマスクを用いることなく素子分離領域を形成
できることから、従来よりも狭小で且つ均一な素子分離
領域を得ることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる固体撮像装置の
概略構成を示す平面図、第２図は第１図の矢視Ａ−Ａ’
断面及びポテンシャルプロファイルを示す図である。基
本的な構成は従来素子と同様であり、第１図に示すよう
に水平方向に見ると、蓄積ダイオード部（ＳＤ）、信号
読出しゲート部（ＦＳＧ）、信号電荷転送部（ＶＣＣＤ
）、素子分離部（ＣＳ）が繰り返し連続している。

また、第２図に示すように、ｐ型の半導体基板６の表面
層にｎ′″型の蓄積ダイオード１゜ｎ＋型のＣＣＤチャ
ネル２及びｐ＋型の素子分離領域３が形成され、基板６
上にはゲート酸化膜７を介してポリＳｉからなる転送電
極４が形成されている。ここで、転送電極４の一部か信
号読出しゲート４ａを兼ねるものとなっている。

また、転送電極４の信号読出しゲート側の端部には側壁
絶縁膜８が形成され、素子分離領域３はこの絶縁膜８の
下にセルファラインで形成されるものとなっている。

この構造におけるポテンシャルのプロファイルは、前述
した従来素子と同様であり、固体撮像素子として機能す
るのは明らかである。なお、図には示さないか、垂直方
向の信号電荷転送部（Ｖ　ＣＣＤ）の端部には、水平方
向の信号電荷転送部（ＨＣＣＤ）が配置される。また、
蓄積ダイオード部（ＳＤ）は光電変換機能を兼ねていて
もよいが、より望ましくは第２図の構造の上に光電変換
膜を積層した積層型の固体撮像素子とすればよい。

次に、上記実施例素子の製造方法について、第３図を参
照して説明する。まず、第３図（ａ）に示すように、Ｓ
ｉ基板６の表面にｎ＋型のＣＣＤチャネル２が形成され
、ＣＣＤチャネル２の上に転送電極４が形成されている
ものとする。この状態から、転送電極４をマスクとして
用い、基板６にボロン（Ｂ）をイオン注入してｐ”領域
を形成する。

次いで、第３図（ｂ）に示すように、全面にＣＶＤ法な
どにより５ｉｎ２膜８ａを堆積する。

次いで、この５ＩＯ２膜８ａをエッチハックし、第３図
（Ｃ）に示すように、転送電極４の側壁に８１０２膜８
を残す。その後、素子分離側と反対側の側壁絶縁膜８を
除去する。そして、この側壁に残存した５ｉＯ２Ｈ８を
マスクとして用い、リン（Ｐ）をイオン注入することに
よりｎ′″領域を形成する。

ここで、Ｐをイオン注入した領域がｎ＋型の蓄積ダイオ
ード１となり、Ｐは注入せずＢのみを注入した側壁絶縁
膜８の下の領域のみがｐ＋型の素子分離領域３となる。

そして、素子分離領域３の幅は側壁絶縁膜８の幅と同じ
となり極めて狭くなる。

このように本実施例方法では、素子分離領域３をセルフ
ァラインで形成できるので、素子分離領域３の形成に際
し合わせずれを見込む必要がなくなり、素子分離領域３
の幅を狭くすることができる。このため、感度やスミア
など素子の特性を劣化させることなく、多画素化、微細
化を行うことができ、その有用性は絶大である。

第４図は本発明の第２の実施例の概略構成及びポテンシ
ャルプロファイルを示す図である。

なお、第２図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
垂直ＣＣＤ側よりも信号読出しゲート側の転送電極部の
ゲート酸化膜厚を薄く形成したものである。この場合、
転送電極４（信号読出しゲート４ａ）に読出し電圧を印
加した時に、読出し領域のポテンシャルがゲートによる
強く影響されるので、信号読出し側のポテンシャルバリ
アをなくして信号読出しをより高速に行うことが可能と
なる。

第５図は本発明の第３の実施例の概略構成及びポテンシ
ャルプロファイルを示す図である。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
側壁絶縁膜８を転送電極４の両端部に残したことにある
。このとき、ポテンシャル図に示すように、信号読ａし
ゲート側のポテンシャルバリアの高さが、反対側の垂直
ＣＣＤと蓄積ダイオードとの間にある素子分離部のポテ
ンシャルバリアより低くなるように形成し、信号読出し
時にも垂直ＣＣＤ側のバリアがなくならないようにする
。

第６図は本発明の第４の実施例の概略構成及びポテンシ
ャルプロファイルを示す図である。

なお、第５図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した第３の実施例と異なる点は、
信号読出しゲート側に生じるポテンシャルバリアをなく
すように、例えばｎ型のＰやＡｓをバリアの発生する位
置にイオン注入するようにした方法である。これにより
、転送電極４の両端部に側壁絶縁膜８が形成されていて
も、信号読出し側のポテンシャルバリアを確実に低くす
ることができ、信号読出しを確実に行うことができる。

また、この代わりに第２の実施例で説明したように、信
号読出し側のゲート酸化膜７を薄く形成してもよい。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では、転送電極をマスクとしてｐ型頭域を
先に形成したか、転送電極及び側壁絶縁膜をマスクとし
てｎ型領域を先に形成し、この後に側壁絶縁膜を除去し
てｐ型頭域を形成するようにしてもよい。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、フォトマスクなど
を用いることなく、素子分離領域をセルファラインだけ
で形成することかでき、合わせ誤差によるマージンをと
る必要かなく、素子分離領域の幅をより短くすることが
でき、感度やスミアなど素子の特性を劣化させることな
く、多画素化、微細化をはかり得る固体撮像装置を製造
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる固体撮像素子の
概略構成を示す平面図、第２図は第１図の矢視Ａ−Ａ断
面及びポテンシャルプロファイルを示す図、第３図は同
実施例の製造工程を示す断面図、第４図は本発明の第２
の実施例の概略構成及びポテンシャルプロファイルを示
す図、＊５図は本発明の第３の実施例の概略構成及びポ
テンシャルプロファイルを示す図、第６図は本発明の第
４の実施例の概略構成及びポテンシャルプロファイルを
示す図、第７図は従来の固体撮像素子の概略構成を示す
断面図、第８図は第７図の矢視Ｂ−Ｂ断面及びポテンシ
ャルプロファイルを示す図である。１・・・蓄積ダイオード、２・・・垂直ＣＣＤチャネル、３・・・素子分離領域、４．５・・・転送電極、６・・・半導体基板、７・・・ゲート酸化膜、８・・・側壁絶縁膜。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 ■ 腎第２図第３図第５図第７図

Claims

【特許請求の範囲】半導体基板上に信号電荷を転送するための転送電極を形
成する工程と、転送電極をマスクとして半導体基板にｐ
型不純物をドーピングする工程と、転送電極の少なくと
も一方の側部にセルフアラインで絶縁膜を形成し、該絶
縁膜及び転送電極をマスクとして半導体基板にｎ型不純
物をドーピングする工程とを含み、ｐ型不純物及びｎ型不純物の双方のドーピング領域にｎ
型の蓄積ダイオードを形成し、ｐ型不純物のみのドーピ
ング領域にｐ型の素子分離領域を形成することを特徴と
する固体撮像素子の製造方法。