JPS60249362A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は固体撮像装置の製造方法、特に半導体基板上に
形成されたウェル構造を有する固体撮像装置の製造方法
に関する。

〔発明の技術的背景〕

００Ｄに代表される固体撮像装置は、近年イメージセン
サ等に盛んに用いられてきている。第２図に従来の一般
的なインターライン転送方式ＣＣＤ撮像装置の画素部断
面構造図を示す。この撮像装置は単一のｐウェル構造を
有する型のもので、ｎ型半導体基板１０表面層にｐウェ
ル層２が設けられている。とのｐウェル層の表面層には
、光入射により生成される信号電荷を蓄積するためのｎ
型の感光部３、この蓄積された信号電荷を読出すために
転送を行い埋込チャネル領域を形成する垂直ＣＣＤ部４
、感光部３に発生した過剰な信号電荷を排出するための
ｎ＋型オーバーフロードレイン部５（以下ＯＦＤ部とい
う）、信号電荷に対して電位障壁となるわ一部オーバー
フローコントロールゲート領域６（以下ｏＦｃＧ＠［と
いう）、がそれぞれ形成され単位セルを構成する。また
、この単位セルどうしを分離するためにｐ＋型チャネル
ストップ領域７が所定位置に設けられる。これら各領域
を含んだｐウェル層２の表面には５１０２絶縁膜８が形
成され、この絶縁膜８内に互いに所定間隔をおいて第１
の多結晶シリコン電極９および第２の多結晶シリコン電
極１０が設けられている。なお、絶縁膜８のうち第２の
多結晶シリコン電極１０付近より上層部ばＣＶＤ酸化膜
となっている。絶縁膜８の上にはＡ／／極１１が形成さ
れる。　このＡ／電電極工注感光部３に対応する部分に
開口窓１２を有する。このＡＩ！電極１１は、Ｏ′ＦＣ
Ｇ領域６の電位井戸を所定の値に制御するとともに光シ
ールドとしての機能も果たす。更にこの上にＰＥ３Ｇ膜
あるいは低温ＳｉＮ膜から成ルバッシベーション膜工３
が形成される。

以上のように一般に単位セルの各領域は半導体基板に直
接設けられるのではなく、この半導体基板上に形成され
たウェル層に設けられる。これは次のような理由による
。即ち、感光部３をはじめとする各領域を半導体基板１
上に直接設けたとすると、開口窓１２から入射した光は
半導体基板１内で光電変換される。その結果発生した電
荷の大部分は感光部３に蓄積されるが、半導体基板１の
深部で発生した電荷は等方的に拡散し、その一部分が別
な単位セルの感光部あるいは垂直００Ｄ部にまで侵入し
、いわゆるスミア現象が起こり弊害が生ずるのである。

感光部３をはじめとする各領域をｐウェル層２に形成す
ると、ｐウェル層２とｎ型半導体基板１との間に電１位
障壁を設けることができ、半導体基板深部で発生した余
分な電荷が別な単位セルの感光部あるいは垂直ＣＣＤ部
に侵入するのをブロックすることができ、スミア現象の
低減が図れるのである。

第３図に従来の二層ｐウェル構造を有するＯＯＤ撮像装
置の画素部断面構造図を示す。ここで、第２図に示す装
置と同一要素については同一符号を付し説明を省略する
。この装置では、ＯＦＤ部５および０ＦＣＧ領域６を設
げるかわりにｐウェル層２を、深いｐウェル層２−１と
浅いｐウェル層２−２とで構成することにより第２図に
示す装置と同様の機能をもたせている。この装置では感
光部３の下のｐウェル層が浅いためスミア現象の低減を
更に図ることができる。また、一般に強力な光が入射し
た場合に感光部３に蓄積される電荷が急激に増加し、過
剰電荷が垂直ＣＣＤ部４等に入り込むブルーミング現象
が生じることがあるが、この装置では感光部３と半導体
基板１との間にバンチスルーが生じ、過剰電荷を半導体
基板１に排出しブルーミング現象を防げる利点がある。

次に、第３図に示した装置の従来の方法によるｐウェル
層形成工程を第４図を用いて説明する。

まずｎ型半導体基板１上に厚み１００〜２０００　Ｘ程
度の酸化膜１４を形成し、その上にレジスト層１５を形
成する。そして深いｐウェル層形成傾城およびマーカ部
１６の各領域のレジストを取除き、この領域に所定の加
速エネルギおよびドーズ量をもったＢ＋イオン注入を行
う（第４（ａ）図）。次に残ったレジスト層１５をマス
クとして酸化膜１４をエツチングにより除去し、その後
レジスト層１５も除去する（第４（ｂ）図）。続いて１
１００〜１２５０℃程度の高温において、０２を一部含
んだＮ２雰囲気中で所定時間Ｂ＋拡散を行い深いｐウェ
ル層２−１を形成させる。

このとき、酸化膜１４とｎ型半導体基板１との界面およ
びｎ型半導体基板１の露出面は共に酸化され、新たな酸
化膜１４１が形成される。酸化膜１４とｎ型半導体基板
１との界面と、半導体基板１の露出面と、では酸化速度
が異なる（後者が大）ため、結果的にｎ型半導体基板１
０表面には段差ができ、マニカ部１６にもこの段差がつ
きパターンが形成される。次に酸化膜１４’を全面除去
し、再び厚み１００〜２ｏｏｏＸ程度の酸化膜１７を形
成する（第４（ｄ）図）。

前記マーカ部１６のパターンは残ったままである。

次にこの上にレジスト層１８を形成し、マーカ部１６を
利用して位置合わせしてＰＥＰを行い、浅いｐウェル層
形成領域およびマーカ部１６の各領域のレジストを取除
き、この領域に所定の加速エネルギおよびドーズ量をも
ったｔイオン注入を行う（第４（ｅ）図）。次に残った
レジスト層１８を除去し、１１００〜１２５０℃程度の
高温において、０２を一部含んだＮ２雰囲気中で所定時
間Ｂ＋拡散を行い浅いｐウェル層２−２を形成させる（
第４（ｆ）図）。

〔背景技術の問題点〕

前述の従来技術によるｐウェル層形成工程では、ｐウェ
ル拡散と同時にマスク合せ用のマーカ部１６を形成でき
るという利点はあるものの、第４（ｂ）図に示すように
マーカ部１６を形成させるために１〜２度ｎ型基板表面
を露出させることになる。このようにシリコンの表面が
露出すると、各種薬品処理、ガス雰囲気、熱処理炉等に
汚染があった場合に悪影響を受ける。例えば、酸化膜の
エツチング工程あるいは前処理工程でシリコン表面に付
着した汚染物質が洗浄により十分除去されずに残った場
合、または、前処理後から高温拡散までの間に部屋の雰
囲気からの汚染物質がシリコン表面に付着した場合、拡
散工程ではこれらの不純物が混入した拡散が行われるこ
とになる。特に第４（ｂ）図に示すように、酸化膜１４
とシリコンの露出面とが交＃に細いパターンとして配列
されているので、汚染物質の付着は洗浄によっては除去
しきれないことが多い。

これらの汚染物質がバクテリヤあるいは雰囲気中のリン
ミスト等のｎ型不純物であると、ｐウェル拡散工程でｐ
ウェル内にｎ型不純物が混入することになる。中にはｐ
ウェル層を突き抜けてｎ型半導体基板１にまで到達する
不純物もある。また、これらの汚染物質が積層欠陥（Ｓ
ｔａｃｋｉｎｇ　Ｆａｕｌｔ）等の結晶欠陥を誘発する
物質であると、ｐウェル拡散工程で０８Ｆ　（０ｘ１ｄ
ａｔｉｏｎ−１ｎｄｕｃｅｄ　Ｓｔａｃｋｉｎｇｐａｕ
ｌ、　）等の結晶欠陥が生じ、特にシリコン表面を露出
した状態で、高温０２雰囲気中の酸化拡散を行うと、Ｏ
８Ｆの発生が著しい。

以上のように、ｎ型基板表面を露出させる工程をともな
う従来の方法によると、不純物の拡散、Ｏ８Ｆ等の結晶
欠陥が生じ、固体撮像素子の撮像特性に悪影響を及ぼす
ことになる。具体的には不純物の拡散は黒点、黒線等を
、Ｏ８Ｆ等の結晶欠陥は白点、白線等を、それぞれ主体
とした画像欠陥となり、歩留の低下を招くことになる。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、半導体基板上にウェル構造を形成する
際に、不純物の混入および結晶欠陥の発生を防止するこ
とができる固体撮像装置の製造方法を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、ウェル構造を有する固体撮像装置の製
造過程において、ウェル構造を形成する工程の前に、位
置合わせのためのマーカを形成する工程を独立して行い
、ウェル構造形成工程において半導体基板の少なくとも
素子形成領域は表面を露出させずにウェル構造を形成し
、不純物の混入、結晶欠陥の発生を低減させ、画像欠陥
の低減化を図った点にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図に示す実施例に基づいて説明する。

まずｎ型半導体基板１上に厚み１００〜２０００　Ａ程
度の酸化膜１４を形成し、その上にレジスト層１５を形
成する。続いてＰＥＰ工程によりマーカ部１６およびダ
イシング部（図示されていない）等必要な部分のみのレ
ジスト層１５を除去する。この時固体撮像装置の素子形
成領域はレジスト層１５でマスクされている（第１（ａ
）図）。次にＮＨ４Ｆ等によるウェットエツチングによ
り、マーカ部１６等レジスト層１５が除去された部分の
酸化膜１４を除去する。続いてドライエツチング等によ
り露出したｎ型基板のシリコン表面を１００〜２０００
　Ａ程度エツチングし、マーカ部１６にマスク合わせ用
の段差を形成した後（第１（ｂ）図）、前記レジス）１
５を除去する。このエツチングの方法は、％に限定され
ず、マーク付けができる方法であればどのような方法で
行ってもよい。次に再度レジスト】８を塗布し、このマ
ーカ部１６を利用して位置合わせしてａｐを行い、深い
ｐウェル層形成領域のレジストを取除き、この領域に所
定の加速エネルギおよびドーズ量をもったｔイオン注入
を行う（第１　（Ｃ１図）。その後レジスト層１８を除
去し、１１００〜１２５０℃程度の高温において、０２
を一部含んだＮ２雰囲気中で所定時間を拡散を行い深い
ｐウェル層２−１を形成させる。このとき、マーカ部１
６には新たな酸化膜が形成される。続いてこの上に再び
レジスト層１９を形成し、マーカ部１６を利用して位置
合わせしてＰＥＰを行い、浅いｐウェル層形成領域のレ
ジストを取除き、この領域に所定の加速エネルギおよび
ドーズ量をもったｔイオン注入を行う（第１（ｅ）図）
。次に残ったレジスト層１９を除去し、１１００〜１２
５０℃程度の高温において、０□を一部含んだＮ２雰囲
気中で所定時間肋拡散を行い浅いｐウェル層２−２を形
成させる（第１（ｆ）図）。

以上の実施例ではＢ＋拡散を、０２を一部含んだＮ２雰
囲気中で行ったが、ｎ型基板上の素子形成領域はすべて
酸化膜１４で覆われているため、０□は必ずしも含ませ
る必要はなく、非酸化性雰囲気中で行うこともできる。

　Ｂ＋拡散を非酸化性雰囲気中で行うと、深いｐウェル
層形成時に、酸化膜１４の厚みの増加がないため、１回
目のＢ＋イオン注入工程（第１（Ｃ）図）と、２回目の
ｔイオン注入工程（第１（ｅ）図）とで、加速エネルギ
を同じ値に設定することができる。また、拡散時にＯ８
Ｆが発生しないという利点もある。

本実施例では、第３図に示す装置のｐウェル層形成工程
について説明したが、第２図に示す単一のｐウェル構造
を有する装置についても同様に本発明による方法を適用
できる。

また、本実施例では、半導体基板上の絶縁膜が酸化膜で
ある場合について説明したが、絶縁膜が酸化膜層とその
上に形成された窒化膜層との二層から成る装置について
も同様に本発明の実施が可能である。この場合、Ｂ＋拡
散を０２を含んだ雰囲気中で行っても、絶縁膜の厚みは
ほとんど増加せず、また、０８Ｆもほとんど発生しない
。

更に、本実施例ではｐウェル層を形成する場合について
説明したが、ｎウェル層を有する固体撮像装置の場合に
も、ｎウェル層形成工程において本発明を実施すること
ができる。

また、本発明はウェル層を有する固体撮像装置であれば
、どのような装置についても実施可能であり、実施例の
ようなＣＣＤ装置の他、ＭＯＳセンサ、電荷注入装置（
Ｃｈａｒｇｅ工ｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ）等に
も広く応用できる。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、固体撮像装置の製造過程
において、半導体基板の少なくとも素子形成領域は表面
を露出させずにウェル構造を形成するようにしたため、
ウェル形成時の不純物の混入、結晶欠陥の発生が低減し
、画像欠陥の低減化を図ることができ、また、歩留を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程説明図、第２図は従来
の一般的なインターライン転送方式の単一ウェル型ＣＣ
Ｄ撮像装置の画素部断面構造図、第３図は二層ウェル型
００Ｄ撮像装置の画素部断面構造図、第４図は従来の固
体撮像装置のｐウェル形成工程説明図である。 １・・・ｎ型半導体基板、２・・・ｐウェル層、３用感
光部、４・・・垂直００Ｄ部、５・・・ｎ＋型オーバー
フロードレイン部（ＯＦＤ部）、６・・・ｎ−型オーバ
ーフローコントロールゲート領域（０ＦＣＧ領域）、７
・・・ｐ＋型チャネルストップ領域、訃−・５ｉｎ２絶
縁膜、９・・・第１の多結晶シリコン電極、１０・・・
第２の多結晶シリコン電極、１１・・・Ａ／電極、１２
・・・開口窓、１３・・・パッシヘ−シｗ　ン１１Ｌ　
ｔ４川酸化１１１．１５・・・レジスト層、１６・・・
マーカ部、１７・・・酸化膜、１８　、１９・・・レジ
スト層。 出願人代理人　猪　股　清 色　１　図 、（Ｃ）　（ｆ） ５２　図 ら４ （０） 日中 （ｂ） （Ｃ） ＋４’ （ｄ） ７ Ｌ□□□□□□ （ｆ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁
   膜の一部分を位置合わせ用のマーカとじて除去する工程
   と、前記半導体基板の少なくとも素子形成領域が前記絶
   縁膜に覆われた状態で、前記マーカを利用して前記半導
   体基板にウェル構造を形成する工程と、を有することを
   特徴とする固体撮像装置の製造方法。 ２、絶縁膜が酸化膜であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法。 ３、絶縁膜が酸化膜と窒化膜との二層からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製
   造方法。 ４、ウェル構造を形成する工程が、酸素を一部含んだ窒
   素雰囲気中で行う拡散工程を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の固体撮
   像装置の製造方法。 ５、ウェル構造を形成する工程が、非酸化性の雰囲気中
   で行う拡散工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれかに記載の固体撮像装置の製
   造方法。