JPH04266063A - 固体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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＣＣＤ（電荷結合素子）
等の固体撮像装置の製造方法に関し、特に光電変換によ
り信号電荷が発生するフォトダイオードの表面に正電荷
蓄積層が形成される構造の固体撮像装置の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置の受光部の構造として、感
度の向上と暗電流の低減を図るための正電荷蓄積層（正
孔蓄積層）を設けた構造が知られている。この正電荷蓄
積層は、例えばｎ型のシリコン基板を用いた場合では、
ｐ型のウェルの表面側に設けられたｎ＋　型の不純物拡
散領域のさらに表面に形成されるｐ＋　型の不純物拡散
領域であり、この正電荷蓄積層に正孔を蓄積して、セン
サー表面の発生電流や暗電流を抑えることができる。

【０００３】図６は従来のＣＣＤ固体撮像装置の受光部
の構造を示す断面図である。この構造について簡単に説
明すると、ｎ型のシリコン基板６１上にｐ型のウェル領
域６２が形成され、そのウェル領域６２上の一部に、図
示しない絶縁膜を介して読み出しゲート電極６３が形成
される。フォトダイオードからなる受光部は、その読み
出しゲート電極６３にレイアウト上隣接して形成される
ため、該読み出しゲート電極６３とセルフアラインでイ
オン注入が行われ、フォトダイオードの一部となるｎ＋
　型の不純物拡散領域６４と正電荷蓄積層となるｐ＋　
型の不純物拡散領域６５が形成される。ｎ＋　型の不純
物拡散領域６４は、ｐ＋　型の不純物拡散領域６５より
も深い位置に形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図６の構造
の従来の固体撮像装置では、熱処理等によって、図中破
線で示すように基板の表面に形成されるｐ＋　型の不純
物拡散領域６５の不純物が読み出しゲート電極６３の下
部まで拡散してしまうことがある。その結果、読み出し
の際には、読み出しゲート電極６３に供給するゲート電
圧を必要以上に高くしなければ、信号電荷の読み出しが
十分に行われないと言う問題を生じていた。

【０００５】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、正電荷蓄積層を構成する不純物の読み出しゲート電
極側の拡散を防止することで、所定のゲート電圧による
信号電荷の読み出しが可能な固体撮像装置を製造する方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基体上に形成
された読み出しゲート電極とセルフアラインで第１導電
型の不純物がイオン注入され、その不純物によりフォト
ダイオードの一部が上記基体中に形成される工程と、複
数回の第２導電型の不純物のイオン注入のうち、少なく
とも１回の第２の導電型の不純物のイオン注入は上記読
み出しゲート電極の端部と一定間隔を有したものとされ
、上記複数回のイオン注入で導入された第２導電型の不
純物の拡散により上記フォトダイオードの一部の表面に
正電荷蓄積層が形成される工程とを有することを特徴と
する。

【０００７】

【作用】本発明の固体撮像装置の製造方法では、従来の
製法のように、単数回のイオン注入によって正電荷蓄積
層が形成されるわけではなく、複数回のイオン注入によ
る不純物が合成されてフォトダイオードの表面側に正電
荷蓄積層が形成される。その複数回のイオン注入のうち
の少なくとも１回を読み出しゲート電極の端部より離間
したものとすることで、仮に読み出しゲート電極の下部
に不純物が拡散したとしても、ゲート電極の端部から間
隔を空けたイオン注入の分だけその濃度は薄いものとな
り、ゲート電極に供給する電圧を必要以上に高くせずに
信号電荷の読み出しが可能となる。

【０００８】

【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。初めに、本発明の固体撮像装置の製造方法に
より形成されるＣＣＤイメージセンサーの構造について
図１及び図２を参照して説明する。

【０００９】図２はＣＣＤイメージセンサーの全体のレ
イアウトを示す図である。シリコン基板上には撮像領域
２１が形成され、その撮像領域２１内に、行列状に複数
の受光部２２が形成されている。受光部２２では入射光
に応じて信号電荷が発生する。受光部２２の各垂直列毎
に、それぞれ垂直レジスタ２３が形成される。垂直レジ
スタ２３と各受光部２２の間には、読み出し部２４が形
成され、この読み出し部２４に読み出しゲート電極が形
成される。この読み出し部２４の読み出しゲート電極は
例えば垂直レジスタ２３の転送電極と共通にされる。垂
直レジスタ２３の図示しない転送電極には、所要の駆動
信号ΦＩＭ１〜ΦＩＭ４が供給される。この駆動信号Φ
ＩＭ１〜ΦＩＭ４によって、垂直レジスタ２３の信号電
荷が転送される。垂直レジスタ２３はそれぞれその端部
で水平レジスタ２５に電気的に接続される。この水平レ
ジスタ２５では、駆動信号ΦＨ１，ΦＨ２により一水平
ライン毎の電荷の転送が行われる。水平レジスタ２５の
終端部には出力部２６が設けられ、この出力部２６から
、入射光に対応した映像信号が出力される。

【００１０】図１は、このようなＣＣＤイメージセンサ
ーの読み出し部付近の断面構造を示す図である。ＣＣＤ
イメージセンサーは、ｎ型のシリコン基板１１を用いて
形成され、このｎ型のシリコン基板１１上にはｐ型のウ
ェル領域１２が形成される。シリコン基板１１の表面１
１ａには、図示しない絶縁膜を介して読み出しゲート電
極１３が所要のパターンで形成される。この読み出しゲ
ート電極１３は、例えばポリシリコン層やポリシリコン
層及びシリサイド層の組合せ等からなる。

【００１１】ｐ型のウェル領域１２には、読み出しゲー
ト電極１３とセルフアラインでｎ型の不純物がイオン注
入され、そのイオン注入によって、ｎ＋　型の不純物領
域１４が形成される。このｎ＋　型の不純物領域１４は
フォトダイオードの一部として機能し、入射光に応じて
発生した信号電荷（電子）が蓄積される。

【００１２】このｎ＋　型の不純物領域１４の表面側に
は、２回のイオン注入によって不純物が打ち込まれ、合
わせて正電荷蓄積層１７が形成されている。詳しくは、
先ず、読み出しゲート電極１３の端部１３ｓに対してセ
ルフアラインで第１回目のイオン注入が行われ、第１の
ｐ＋　型の不純物領域１５が形成される。次に、読み出
しゲート電極１３の端部１３ｓから距離Ａ０　だけ間隔
を空けた位置にマスク等が形成され、この位置に第２回
目のイオン注入によって第２のｐ＋　型の不純物領域１
６が形成される。これら第１のｐ＋　型の不純物領域１
５と第２のｐ＋　型の不純物領域１６の不純物は、それ
ぞれ熱処理等により拡散する。距離Ａ０だけ端部１３ａ
に離間した第２のｐ＋　型の不純物領域１６の不純物は
最終的に境界１８まで拡散する。また、端部１３ａと整
合的に形成された第１のｐ＋　型の不純物領域１５の不
純物は最終的に境界１９まで拡散する。その結果、図１
中、斜線で示す領域が第１及び第２のｐ＋　型の不純物
領域１５，１６の重なり合った領域であり、この重複し
た領域が正電荷蓄積層１７となる。読み出しゲート電極
１３の下部には、第１のｐ＋　型の不純物領域１５の境
界１９が位置することになるが、第２のｐ＋　型の不純
物領域１６の境界１８は読み出しゲート電極１３の下部
までには至らない。従って、読み出しゲート電極１３の
下部の領域は、第１のｐ＋型の不純物領域１５の不純物
のみが拡散しているが、実質的な正電荷蓄積層１７とし
ては機能せず、読み出しゲート電極１３の電圧を必要以
上に高くする必要がなくなることになる。

【００１３】次に、このような複数回のイオン注入によ
り正電荷蓄積層１７が形成される構造の固体撮像装置の
製造方法の２つの具体例を説明する。

【００１４】その第１の例は、図３及び図４により説明
され、ゲート電極の端部に設けられるサイドウォールを
利用するものである。

【００１５】まず、図３に示すように、ｐ型のウェル領
域３１上に形成された読み出しゲート電極３２とセルフ
アラインでｎ型の不純物を打ち込むイオン注入が行われ
、次いでｐ型の不純物を打ち込むイオン注入が行われる
。その結果、ｎ型の不純物が導入された不純物領域３３
とｐ型の不純物が導入された不純物領域３４が共に読み
出しゲート電極３２とセルフアラインで形成され、ｎ型
の不純物領域３３がウェル領域３１のやや深い位置に形
成され、ｐ型の不純物領域３４がウェル領域３１の表面
付近に形成される。

【００１６】次に、全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が
形成され、そのシリコン酸化膜をエッチング等により読
み出しゲート電極３２の端部３２ａに残す。この端部３
２ａに残存した絶縁膜からなるサイドウォール３５は、
該端部３２ａから一定間隔空けるためのマスクの一部と
して機能する。このようなサイドウォール３５の形成後
、サイドウォール３５及び読み出しゲート電極３２をマ
スクとして、セルフアラインで第２回目のｐ型の不純物
のイオン注入を行う。このイオン注入によって、不純物
領域３４よりもやや深く且つ不純物領域３３の表面側に
、ｐ型の不純物が導入された不純物領域３６が形成され
る。この不純物領域３６は不純物領域３４よりもサイド
ウォール３５の分だけ読み出しゲート電極３２に対して
離れた位置に形成される。

【００１７】その後、所要のアニールが行われ、そのア
ニールによって不純物領域３３，３６から共に不純物が
拡散し、その不純物領域３３，３６の重なり合ったウェ
ル表面の領域が実質的な正電荷蓄積層として機能する。 そして、この時、図１に示したように境界が拡がること
になるが、サイドウォール３５によって第２回目のイオ
ン注入の位置が読み出しゲート電極３２から遠い位置と
されるため、その拡散後に形成された正電荷蓄積層の位
置は、サイドウォール３５の下部までに止まり読み出し
ゲート電極３２の下部まで至らない。従って、読み出し
ゲート電極３２に供給する電圧を高くする必要はなくな
り、所要のゲート電圧で信号電荷の十分な読み出しが実
現される。

【００１８】図５は他の製造方法の具体例を示す図であ
る。ｐ型のウェル領域４１上に読み出しゲート電極４２
が形成され、この読み出しゲート電極４２に垂直な方向
からのイオン注入によってｎ型の不純物領域４３とｐ型
の不純物領域４４が形成される。ｎ型の不純物領域４３
は、フォトダイオードの一部として機能し、ｐ型の不純
物領域４４はｎ型の不純物領域４３の表面側に形成され
る。次に、そのｐ型の不純物領域４４は第１回目の垂直
な方向のイオン注入により形成されるが、第２回目のイ
オン注入は斜め方向から行われ、読み出しゲート電極４
２とセルフアラインであっても一定間隔だけ読み出しゲ
ート電極４２から離れた位置にｐ型の不純物領域４５が
形成される。このような斜め方向からの第２回目のイオ
ン注入によって形成されるｐ型の不純物領域４５は拡散
しても、読み出しゲート電極４２の下部までは至らない
。従って、不純物領域４５と不純物領域４４の合成した
領域から構成される実質的な正電荷蓄積層の位置は、読
み出しゲート電極４２の下部にはかからず、その結果、
所要のゲート電圧で確実な信号電荷の読み出しが可能で
ある。

【００１９】上記実施例において２回目のイオン注入が
読み出しゲート電極の端部より離間される位置Ａ０　は
、熱処理等により２回目のイオン注入の際に導入した不
純物が読み出しゲート電極の下部に至らないような位置
とされ、且つ、第１回目のイオン注入で導入した不純物
との合成によって該読み出しゲート電極の端部と整合的
に正電荷蓄積層が形成される位置である。また、上記実
施例では、複数回のイオン注入の回数を２回としたが、
これに限定されず、さらに多数回のイオン注入により正
電荷蓄積層を形成するようにしても良い。さらに、読み
出しゲート電極の端部から一定間隔空けてイオン注入す
るために、具体例としてサイドウォール３５や斜めイオ
ン注入を用いる例を説明したが、勿論、レジストマスク
等のマスク材料を用いることも可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置の製造方法は、上
述のように、複数回のイオン注入による不純物が重なり
合ってフォトダイオードの表面側に正電荷蓄積層が形成
される。そして、その複数回のイオン注入のうちの少な
くとも１回を読み出しゲート電極の端部より離間したも
のとすることで、仮に読み出しゲート電極の下部へ不純
物が拡散した場合でも、離間したイオン注入の分だけそ
の不純物濃度は薄いものとなる。従って、読み出しゲー
ト電極に供給する電圧を必要以上に高くする必要はなく
なり、所要のゲート電圧で確実な信号電荷の読み出しが
実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の製造方法の一例により
製造される固体撮像装置の断面図

【図２】本発明の固体撮像装置の製造方法の一例が適用
される固体撮像装置の模式的な平面図

【図３】本発明の固体撮像装置の製造方法の一例におけ
るセルフアラインによる第１回目のイオン注入を示す工
程断面図

【図４】本発明の固体撮像装置の製造方法の一例におけ
るサイドウォール形成後の第２回目のイオン注入を示す
工程断面図

【図５】本発明の固体撮像装置の製造方法の他の一例に
おける角度の異なるイオン注入を模式的に示す工程断面
図

【図６】従来の固体撮像装置の一例を示す断面図

【符号
の説明】 １１…シリコン基板 １２…ウェル領域 １３，３２，４２…読み出しゲート電極１４，３３，４
３…ｎ型の不純物領域 １５，３４，４４…ｐ型の不純物領域（第１回目のイオ
ン注入） １６，３６，４５…ｐ型の不純物領域（第２回目のイオ
ン注入） １７…正電荷蓄積層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基体上に形成された読み出しゲート電
   極とセルフアラインで第１導電型の不純物がイオン注入
   され、その不純物によりフォトダイオードの一部が上記
   基体中に形成される工程と、複数回の第２導電型の不純
   物のイオン注入のうち、少なくとも１回の第２の導電型
   の不純物のイオン注入は上記読み出しゲート電極の端部
   と一定間隔を有したものとされ、上記複数回のイオン注
   入で導入された第２導電型の不純物の拡散により上記フ
   ォトダイオードの一部の表面に正電荷蓄積層が形成され
   る工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造
   方法。