JP2007036083A - 半導体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シリコン基板上にフォトダイオードと転送ゲートトランジスタとを集積化したCMOS撮像素子の一部を構成する半導体装置において、フォトダイオードを構成する拡散領域を、その先端部が前期転送ゲートトランジスタのゲート電極直下のチャネル領域の下に侵入するように形成し、更に前記チャネル領域を、かかるチャネル領域のうち、前記フォトダイオードが形成される受光領域に近い部分が、前記転送ゲートトランジスタのドレイン領域となる浮遊拡散領域に近い部分よりも不純物濃度が高く、或いはキャリア濃度が高くなるように形成することにより、かかるチャネル領域に、前記浮遊領域に向かって傾斜するポテンシャル勾配を形成することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
図8は、本発明の第1の実施形態による半導体撮像装置40の断面構造を示す。ただし前記半導体撮像装置40は、前記図2のCMOS撮像素子におけるトランジスタ10Cとフォトダイオード10Dに対応している。
[第2の実施形態]
図14(A),(B)は、前記図10(B)のイオン注入工程を変形した、本発明の第2の実施形態による半導体撮像装置の製造工程を、また図15は、図14(A),(B)の工程により製造された半導体撮像装置40Aの構成を示す。
[第3の実施形態]
図16(A),(B)は、本発明の第3の実施形態による半導体撮像装置40Bの製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[第4の実施形態]
図17(A)〜図18(D)は、本発明の第4の実施形態による半導体撮像装置40Cの製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[第5の実施形態]
図19(A)は、本発明の第5の実施形態を示す。
活性領域を画成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に、前記活性領域中のチャネル領域に対応して、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第1の側に、上端部が前記シリコン基板表面から離間して、かつ内側端部が前記ゲート電極直下のチャネル領域の下部に侵入するように形成され、受光領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の前記第1の側において、前記シリコン基板表面に、内側端部が前記ゲート電極の前記第1の側の側壁面に整合するように形成され、少なくとも前記受光領域のうち、前記ゲート電極の前記第1の側に位置する部分を覆うように形成された、シールド層を形成する第2導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第2の側に形成され、浮遊拡散領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極直下においてチャネル領域を形成する第2導電型拡散領域とよりなる半導体撮像装置であって、
前記チャネル領域は、
前記第2の導電型を有し一端が前記シールド層に接して形成され、他端が前記ゲート電極直下の領域に侵入し、前記受光領域のうち、前記チャネル領域の下部に侵入する部分を覆う第1のチャネル領域部分と、
前記第2の導電型を有し前記浮遊拡散領域に接して形成される第2のチャネル領域部分とよりなり、
前記第1のチャネル領域部分は、前記第2の導電型の不純物元素を、前記シールド層よりも低い不純物濃度で含み、前記第2のチャネル領域部分は、前記不純物元素を、前記第1のチャネル領域部分よりも低い不純物濃度で含むことを特徴とする半導体撮像装置。
前記シールド層は、前記不純物元素を、前記ゲート電極の前記第1の側で少なくとも前記受光領域を覆う部分において、実質的に一様な不純物濃度で含むことを特徴とする付記1記載の半導体撮像装置。
前記第1のチャネル領域部分の下には、前記受光領域との間に、前記第2のチャネル領域部分の不純物濃度に実質的に等しい不純物濃度の中間領域が形成されることを特徴とする付記1記載の半導体撮像装置。
前記第1のチャネル領域部分と前記第2のチャネル領域部分の間には、前記第1および第2の領域の不純物濃度の中間の不純物濃度を有する第3のチャネル領域部分が形成されることを特徴とする付記1記載の半導体撮像装置。
前記第1および第2のチャネル領域部分は、前記チャネル領域中に、全体として前記浮遊拡散領域に向かって傾斜するポテンシャル勾配を形成することを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体撮像装置。
活性領域を画成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に、前記活性領域中のチャネル領域に対応して、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第1の側に、上端部が前記シリコン基板表面から離間して、かつ内側端部が前記ゲート電極直下のチャネル領域の下部に侵入するように形成され、受光領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の前記第1の側において、前記シリコン基板表面に、内側端部が前記ゲート電極の前記第1の側の側壁面に整合するように形成され、少なくとも前記受光領域のうち、前記ゲート電極の前記第1の側に位置する部分を覆うように形成された、シールド層を形成する第2導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第2の側に形成され、浮遊拡散領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極直下においてチャネル領域を形成する第2導電型拡散領域とよりなる半導体撮像装置であって、
前記チャネル領域は、
前記第2の導電型を有し一端が前記シールド層に接して形成され、他端が前記ゲート電極直下の領域に侵入し、前記受光領域のうち、前記チャネル領域の下部に侵入する部分を覆う第1のチャネル領域部分と、
前記第2の導電型を有し前記浮遊拡散領域に接して形成される第2のチャネル領域部分とよりなり、
前記第1のチャネル領域部分と前記第2のチャネル領域部分とは、前記第1導電型の不純物元素と前記第2の導電型の不純物元素を、前記第1のチャネル領域において、前記第2のチャネル領域におけるよりも、前記第2導電型のキャリア濃度が高くなるような不純物濃度で含むことを特徴とする半導体撮像装置。
前記受光領域の下端は、前記活性領域を画成する素子分離構造の下端を超えた深さに形成されていることを特徴とする付記6記載の半導体撮像装置。
前記受光領域に周囲には、前記受光領域を画成するように前記第2導電型のウェルが、前記素子分離構造の下端を超え、前記受光領域の下端を超えない深さに形成されていることを特徴とする付記7記載の半導体撮像装置。
活性領域を画成されたシリコン基板と、前記シリコン基板上に、前記活性領域中のチャネル領域に対応して、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記活性領域中、前記ゲート電極の第1の側に、上端部が前記シリコン基板表面から離間して、かつ内側端部が前記ゲート電極直下のチャネル領域の下部に侵入するように形成され、受光領域を形成するn型拡散領域と、前記活性領域中、前記ゲート電極の前記第1の側において、前記シリコン基板表面に、内側端部が前記ゲート電極の前記第1の側の側壁面に整合するように形成され、少なくとも前記受光領域のうち、前記ゲート電極の前記第1の側に位置する部分を覆うように形成された、シールド層を形成するp型拡散領域と、前記活性領域中、前記ゲート電極の第2の側に形成され、浮遊拡散領域を形成するn型拡散領域と、前記活性領域中、前記ゲート電極直下においてチャネル領域を形成するp型拡散領域とよりなり、前記チャネル領域は、p型の導電型を有し一端が前記シールド層に接して形成され、他端が前記ゲート電極直下の領域に侵入し、前記受光領域のうち、前記チャネル領域の下部に侵入する部分を覆う第1のチャネル領域部分と、p型の導電型を有し前記浮遊拡散領域に接して形成される第2のチャネル領域部分とよりなり、前記第1のチャネル領域部分は、p型の不純物元素を、前記シールド層よりも低い濃度で含み、前記第2のチャネル領域部分は、前記p型不純物元素を、前記第1のチャネル領域部分よりも低い濃度で含む半導体撮像装置を使った受光方法であって、
受光時に前記ゲート電極に+0.3〜0.7Vの電圧を印加することを特徴とする受光方法。
素子分離構造により活性領域を画成されたシリコン基板と、前記活性領域中のチャネル領域に対応して、前記シリコン基板上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記活性領域中、前記ゲート電極の第1の側に、上端部が前記シリコン基板表面から離間して、かつ内側端部が前記ゲート電極直下のチャネル領域の下部に侵入するように形成された、受光領域を形成するn型拡散領域と、前記活性領域中、前記ゲート電極の前記第1の側において、前記シリコン基板表面に、内側端部が前記ゲート電極の前記第1の側の側壁面に整合するように形成され、少なくとも前記受光領域のうち、前記ゲート電極の第1の側に位置する部分を覆うように形成された、シールド層を形成するp型拡散領域と、前記活性領域中、前記ゲート電極の第2の側に形成された、浮遊拡散領域を形成するn型拡散領域と、前記活性領域中、前記ゲート電極直下においてチャネル領域を形成するp型拡散領域とよりなる半導体撮像装置を使った受光方法であって、
受光時に前記ゲート電極に−0.5〜−2Vの電圧を印加することを特徴とする受光方法。
半導体撮像装置の製造方法であって、
シリコン基板上に画成された活性領域中に第1の導電型の不純物元素を導入し、前記シリコン基板の表面に第1の導電型の第1の拡散領域を、前記活性領域の全面にわたり、第1の深さでおよび第1の不純物濃度で形成する工程と、
前記活性領域中、前記第1の拡散領域の第1の部分を第1のマスクパターンにより覆い、前記第1の部分に隣接する第2の部分に、前記第1の拡散領域に重畳して、第2の導電型の不純物元素を、前記第1のマスクパターンをマスクに使って、前記第1の深さよりも深い第2の深さに導入し、第2の導電型の受光領域を、前記第1の拡散領域の下に形成する工程と、
前記活性層中、前記受光領域に重畳して、第1の導電型の不純物元素を、前記第1のマスクパターンを使って、前記第1の深さあるいはそれよりも浅い深さに導入し、前記受光領域上に、前記第1の導電型の第2の拡散領域を、前記第2の拡散領域が、前記第1の導電型の不純物元素を、前記第1の拡散領域よりも高い第2の不純物濃度で含むように形成する工程と、
前記シリコン基板上に、前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域の境界の一部を覆うように、ゲート電極を、ゲート絶縁膜を介して形成する工程と、
前記活性領域中に、前記ゲート電極、および前記活性領域のうち前記ゲート電極に対して前記受光領域と反対側の部分を覆う第2のマスクパターンをマスクに、第1の導電型の不純物元素を導入し、前記第2の拡散領域の表面に、前記第1の導電型の拡散領域よりなるシールド層を、前記シールド層が、前記第1の導電型の不純物元素を、前記第2の不純物濃度よりも高い第3の不純物濃度で含むように形成する工程と、
前記活性領域中に、前記ゲート電極、および前記活性領域のうち前記ゲート電極に対して前記受光領域の側の部分を覆う第3のマスクパターンをマスクに、第2の導電型の不純物元素を導入し、第2の導電型の浮遊拡散領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体撮像装置の製造方法。
前記第2の拡散領域を形成する工程は、前記第1の導電型の不純物元素を、イオン注入により、前記シリコン基板の表面に対し、斜めに、方向を変えて複数回注入する工程を含むことを特徴とする付記11記載の半導体撮像装置の製造方法。
半導体撮像装置の製造方法であって、
シリコン基板上に素子分離領域で画成された活性領域中に、第1の導電型の不純物元素を、前記素子分離領域の下端よりも深い第1の深さに導入し、第1の導電型の第1の拡散領域を形成する工程と、
前記活性領域中に第2の導電型の不純物元素を、第2の、より浅い深さに形成し、前記第1の拡散領域の表面に、第2の導電型の第2の拡散領域を形成する工程と、
前記活性領域上に、前記撮像素子の受光領域に対応して、前記受光領域の形成部分に対応する第1の領域を覆う第1のマスクパターンを形成し、前記第1のマスクパターンをマスクに使い、前記活性領域中、前記素子分離領域の下端よりも深い、しかし前記第1の拡散領域に下端を超えない深さに、第2の導電型の不純物元素を導入し、前記第1の拡散領域中に、前記第2の導電型を有し前記受光領域を画成するウェルを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンをマスクに使い、前記活性領域中、前記第2の深さに第1の導電型の不純物元素を導入し、前記第1の拡散領域のうち、前記第1のマスクパターンで覆われていない部分に、前記第2の導電型を有するが前記第1の領域よりもキャリア濃度の低い第2の領域を形成する工程と、
前記シリコン基板上に、前記第1および第2の部分の境界の一部を覆うように、ゲート電極を、ゲート絶縁膜を介して形成する工程と、
前記活性領域中、前記ゲート電極に対し前記受光領域と反対側の部分を第3のマスクパターンで覆い、前記ゲート電極をおよび前記第3のマスクパターンをマスクに使い、第2の不純物元素を、前記第2の拡散領域に重畳して前記第1の深さに導入し、前記第2の導電型を有し、前記第1の部分よりもキャリア濃度が高いシールド層を形成する工程と、
前記活性領域中、前記受光領域と反対側の領域に、前記第1の導電型の不純物元素を導入し、前記第1の導電型の浮遊拡散領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体撮像装置の製造方法。
10C 転送ゲートトランジスタ
10D フォトダイオード
10F 読み出しトランジスタ
10S 選択トランジスタ
21,41 シリコン基板
41A 素子領域
21D,41D n型拡散領域(フォトダイオード)
21N,41N n型浮遊拡散領域
21P,41P1,41P2 p型チャネル領域
21P+,41P+ p+型シールド層
21I,41I 素子分離構造
22,42 ゲート酸化膜
23,43 ゲート電極
24,44 CVD酸化膜
FD 浮遊拡散領域
Claims (10)
- 活性領域を画成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に、前記活性領域中のチャネル領域に対応して、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第1の側に、上端部が前記シリコン基板表面から離間して、かつ内側端部が前記ゲート電極直下のチャネル領域の下部に侵入するように形成され、受光領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の前記第1の側において、前記シリコン基板表面に、内側端部が前記ゲート電極の前記第1の側の側壁面に整合するように形成され、少なくとも前記受光領域のうち、前記ゲート電極の前記第1の側に位置する部分を覆うように形成された、シールド層を形成する第2導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第2の側に形成され、浮遊拡散領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極直下においてチャネル領域を形成する第2導電型拡散領域とよりなる半導体撮像装置であって、
前記チャネル領域は、
前記第2の導電型を有し一端が前記シールド層に接して形成され、他端が前記ゲート電極直下の領域に侵入し、前記受光領域のうち、前記チャネル領域の下部に侵入する部分を覆う第1のチャネル領域部分と、
前記第2の導電型を有し前記浮遊拡散領域に接して形成される第2のチャネル領域部分とよりなり、
前記第1のチャネル領域部分は、前記第2の導電型の不純物元素を、前記シールド層よりも低い不純物濃度で含み、前記第2のチャネル領域部分は、前記不純物元素を、前記第1のチャネル領域部分よりも低い不純物濃度で含むことを特徴とする半導体撮像装置。 - 前記シールド層は、前記不純物元素を、前記ゲート電極の前記第1の側で少なくとも前記受光領域を覆う部分において、実質的に一様な不純物濃度で含むことを特徴とする請求項1記載の半導体撮像装置。
- 前記第1のチャネル領域部分の下には、前記受光領域との間に、前記第2のチャネル領域部分の不純物濃度に実質的に等しい不純物濃度の中間領域が形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体撮像装置。
- 前記第1のチャネル領域部分と前記第2のチャネル領域部分の間には、前記第1および第2の領域の不純物濃度の中間の不純物濃度を有する第3のチャネル領域部分が形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体撮像装置。
- 前記第1および第2のチャネル領域部分は、前記チャネル領域中に、全体として前記浮遊拡散領域に向かって傾斜するポテンシャル勾配を形成することを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体撮像装置。
請求項1記載の半導体撮像装置。 - 活性領域を画成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に、前記活性領域中のチャネル領域に対応して、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第1の側に、上端部が前記シリコン基板表面から離間して、かつ内側端部が前記ゲート電極直下のチャネル領域の下部に侵入するように形成され、受光領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の前記第1の側において、前記シリコン基板表面に、内側端部が前記ゲート電極の前記第1の側の側壁面に整合するように形成され、少なくとも前記受光領域のうち、前記ゲート電極の前記第1の側に位置する部分を覆うように形成された、シールド層を形成する第2導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極の第2の側に形成され、浮遊拡散領域を形成する第1導電型拡散領域と、
前記活性領域中、前記ゲート電極直下においてチャネル領域を形成する第2導電型拡散領域とよりなる半導体撮像装置であって、
前記チャネル領域は、
前記第2の導電型を有し一端が前記シールド層に接して形成され、他端が前記ゲート電極直下の領域に侵入し、前記受光領域のうち、前記チャネル領域の下部に侵入する部分を覆う第1のチャネル領域部分と、
前記第2の導電型を有し前記浮遊拡散領域に接して形成される第2のチャネル領域部分とよりなり、
前記第1のチャネル領域部分と前記第2のチャネル領域部分とは、前記第1導電型の不純物元素と前記第2の導電型の不純物元素を、前記第1のチャネル領域において、前記第2のチャネル領域におけるよりも、前記第2導電型のキャリア濃度が高くなるような不純物濃度で含むことを特徴とする半導体撮像装置。 - 前記受光領域の下端は、前記活性領域を画成する素子分離構造の下端を超えた深さに形成されていることを特徴とする請求項5記載の半導体撮像装置。
- 半導体撮像装置の製造方法であって、
シリコン基板上に画成された活性領域中に第1の導電型の不純物元素を導入し、前記シリコン基板の表面に第1の導電型の第1の拡散領域を、前記活性領域の全面にわたり、第1の深さでおよび第1の不純物濃度で形成する工程と、
前記活性領域中、前記第1の拡散領域の第1の部分を第1のマスクパターンにより覆い、前記第1の部分に隣接する第2の部分に、前記第1の拡散領域に重畳して、第2の導電型の不純物元素を、前記第1のマスクパターンをマスクに使って、前記第1の深さよりも深い第2の深さに導入し、第2の導電型の受光領域を、前記第1の拡散領域の下に形成する工程と、
前記活性層中、前記受光領域に重畳して、第1の導電型の不純物元素を、前記第1のマスクパターンを使って、前記第1の深さあるいはそれよりも浅い深さに導入し、前記受光領域上に、前記第1の導電型の第2の拡散領域を、前記第2の拡散領域が、前記第1の導電型の不純物元素を、前記第1の拡散領域よりも高い第2の不純物濃度で含むように形成する工程と、
前記シリコン基板上に、前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域の境界を覆うように、ゲート電極を、ゲート絶縁膜を介して形成する工程と、
前記活性領域中に、前記ゲート電極、および前記活性領域のうち前記ゲート電極に対して前記受光領域と反対側の部分を覆う第2のマスクパターンをマスクに、第1の導電型の不純物元素を導入し、前記第2の拡散領域の表面に、前記第1の導電型の拡散領域よりなるシールド層を、前記シールド層が、前記第1の導電型の不純物元素を、前記第2の不純物濃度よりも高い第3の不純物濃度で含むように形成する工程と、
前記活性領域中に、前記ゲート電極、および前記活性領域のうち前記ゲート電極に対して前記受光領域の側の部分を覆う第3のマスクパターンをマスクに、第2の導電型の不純物元素を導入し、第2の導電型の浮遊拡散領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体撮像装置の製造方法。 - 前記第2の拡散領域を形成する工程は、前記第1の導電型の不純物元素を、イオン注入により、前記シリコン基板の表面に対し、斜めに、方向を変えて複数回注入する工程を含むことを特徴とする請求項8記載の半導体撮像装置の製造方法。
- 半導体撮像装置の製造方法であって、
シリコン基板上に素子分離領域で画成された活性領域中に、第1の導電型の不純物元素を、前記素子分離領域の下端よりも深い第1の深さに導入し、第1の導電型の第1の拡散領域を形成する工程と、
前記活性領域中に第2の導電型の不純物元素を、第2の、より浅い深さに形成し、前記第1の拡散領域の表面に、第2の導電型の第2の拡散領域を形成する工程と、
前記活性領域上に、前記撮像素子の受光領域に対応して、前記受光領域の形成部分に対応する第1の領域を覆う第1のマスクパターンを形成し、前記第1のマスクパターンをマスクに使い、前記活性領域中、前記素子分離領域の下端よりも深い、しかし前記第1の拡散領域に下端を超えない深さに、第2の導電型の不純物元素を導入し、前記第1の拡散領域中に、前記第2の導電型を有し前記受光領域を画成するウェルを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンをマスクに使い、前記活性領域中、前記第2の深さに第1の導電型の不純物元素を導入し、前記第1の拡散領域のうち、前記第1のマスクパターンで覆われていない部分に、前記第2の導電型を有するが前記第1の領域よりもキャリア濃度の低い第2の領域を形成する工程と、
前記シリコン基板上に、前記第1および第2の部分の境界の一部を覆うように、ゲート電極を、ゲート絶縁膜を介して形成する工程と、
前記活性領域中、前記ゲート電極に対し前記受光領域と反対側の部分を第3のマスクパターンで覆い、前記ゲート電極をおよび前記第3のマスクパターンをマスクに使い、第2の不純物元素を、前記第2の拡散領域に重畳して前記第1の深さに導入し、前記第2の導電型を有し前記第1の部分よりもキャリア濃度が高いシールド層を形成する工程と、
前記活性領域中、前記受光領域と反対側の領域に、前記第1の導電型の不純物元素を導入し、前記第1の導電型の浮遊拡散領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体撮像装置の製造方法。
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