JP2012204674A

JP2012204674A - Epitaxial substrate and manufacturing method therefor, solid state image sensor and manufacturing method therefor, electronic information apparatus

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Publication number: JP2012204674A
Application number: JP2011068802A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iwata; 裕史岩田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the overflow drain function and the gettering capacity required for the substrate performance by suppressing impurity diffusion due to high-temperature heat treatment, without complicating the manufacturing process.SOLUTION: A high concentration N type layer 3 is formed on the surface side of a silicon substrate 1 by implanting arsenic (or antimony) ions, and an epitaxial layer 4 is formed on the high concentration N type layer 3 by epitaxial growth. Since the diffusion factor of arsenic (As) is small when compared with that of phosphorus (P), impurity diffusion (profile diffusion) by heat treatment in the manufacturing process is suppressed significantly when compared with a phosphorus-doped substrate by prior art.

Description

本発明は、エピタキシャル基板およびその製造方法、このエピタキシャル基板上に形成され、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to an epitaxial substrate and a manufacturing method thereof, a solid-state imaging device formed on the epitaxial substrate and configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images thereof, a manufacturing method thereof, and the solid-state imaging device. Electronic cameras such as digital video cameras and digital still cameras used as image input devices, such as digital video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, camera-equipped mobile phone devices, etc. It relates to information equipment.

従来、画像光を画像信号として電気信号に変換する固体撮像素子としては、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどが知られている。このうち、ＣＣＤ型イメージセンサは、光照射により信号電荷を発生する複数の受光部（フォトダイオード）がマトリクス状に設けられた受光領域と、この受光領域の各受光部で発生した電荷を信号電荷として読み出して垂直電荷転送動作を行った後に水平電荷転送動作を行う転送領域とが共通基板上に設けられている。 Conventionally, CCD image sensors, CMOS image sensors, and the like are known as solid-state imaging devices that convert image light into electrical signals as image signals. Among these, the CCD image sensor has a light receiving region in which a plurality of light receiving portions (photodiodes) that generate signal charges by light irradiation are provided in a matrix, and charges generated in each light receiving portion of the light receiving regions are signal charges. And a transfer region in which a horizontal charge transfer operation is performed after a vertical charge transfer operation is performed on the common substrate.

このような従来のＣＣＤ型イメージセンサでは、近年の画素の縮小化に伴って、受光領域の不要電荷を排出する縦型オーバーフロードレイン構造におけるシャッタ電圧上昇を抑制することが重要であり、特に、エピタキシャル基板のＮ型領域のプロファイルバラツキによるシャッタ電圧のバラツキが顕著になってきている。このＮ型領域には、一般的には不純物元素としてリンが広く用いられている。 In such a conventional CCD type image sensor, it is important to suppress an increase in shutter voltage in a vertical overflow drain structure that discharges unnecessary charges in the light receiving region as the pixels are reduced in recent years. Variations in shutter voltage due to profile variations in the N-type region of the substrate have become prominent. Generally, phosphorus is widely used as an impurity element in this N-type region.

また、従来のＣＣＤ型イメージセンサでは、製造工程内の重金属汚染による白傷などの画質劣化を抑制するために、基板のゲッタリング能力が重要となっている。例えば、特許文献１ではリン、砒素などの不純物を固相拡散法により基板に導入する方法が開示されている。この固相拡散法とは、リン、砒素などの不純物をポリシリコン膜上に塗布して熱処理を行うことによりポリシリコン膜内部にリン、砒素などの不純物を拡散させる方法である。 Further, in the conventional CCD image sensor, the gettering ability of the substrate is important in order to suppress image quality deterioration such as white scratches due to heavy metal contamination in the manufacturing process. For example, Patent Document 1 discloses a method of introducing impurities such as phosphorus and arsenic into a substrate by a solid phase diffusion method. This solid phase diffusion method is a method of diffusing impurities such as phosphorus and arsenic into the polysilicon film by applying impurities such as phosphorus and arsenic on the polysilicon film and performing heat treatment.

図６は、特許文献１に開示されている従来のＣＣＤ型イメージセンサを形成するために使用するエピタキシャル基板の要部縦断面図である。 FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an essential part of an epitaxial substrate used for forming a conventional CCD image sensor disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図６において、従来の固体撮像素子１００では、半導体基板１０１の表面１０１ａおよび裏面１０１ｂのうちの裏面１０１ｂ側にゲッタリング用不純物を導入したポリシリコン膜を所定厚さだけ酸化させてポリシリコン膜の厚さを縮めてポリシリコン膜１０２としている。この酸化で形成される膜は酸化膜１０３となる。このような酸化工程により、ポリシリコン膜１０２の厚さが縮められれば酸化前にポリシリコン膜内に導入されたゲッタリング用不純物が酸化工程により厚さの縮められたポリシリコン膜１０２内にほとんど集まるので残留する不純物濃度は高くなる。 In FIG. 6, in the conventional solid-state imaging device 100, a polysilicon film in which gettering impurities are introduced on the back surface 101 b side of the front surface 101 a and the back surface 101 b of the semiconductor substrate 101 is oxidized by a predetermined thickness. The polysilicon film 102 is reduced in thickness. A film formed by this oxidation becomes an oxide film 103. If the thickness of the polysilicon film 102 is reduced by such an oxidation process, gettering impurities introduced into the polysilicon film before the oxidation are almost all in the polysilicon film 102 reduced in thickness by the oxidation process. As a result, the residual impurity concentration becomes high.

この酸化膜１０３の表面には保護膜１０４が形成される。この保護膜１０４は、工程中に重金属およびその他の汚染物が半導体基板１０１の裏面１０１ｂに浸透することを防止する役割をする。また、保護膜１０４は、後続工程に際し、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに導入された不純物が外方に拡散されることをも防止する役割をする。このような保護膜としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）、シリコン窒酸化膜（ＳｉＯＮ）などがある。 A protective film 104 is formed on the surface of the oxide film 103. This protective film 104 serves to prevent heavy metals and other contaminants from penetrating into the back surface 101b of the semiconductor substrate 101 during the process. The protective film 104 also serves to prevent impurities introduced into the back surface 101b of the semiconductor substrate 101 from diffusing outward during the subsequent process. Examples of such a protective film include a silicon nitride film (Si ₃ N ₄ ) and a silicon oxynitride film (SiON).

ゲッタリング用不純物が導入されたポリシリコン膜を形成するために、まず、不純物を含んでいない状態でポリシリコン膜（図示せず）を摂氏７００度以下の温度で、例えば、化学気相蒸着（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、ＣＶＤ）方式により形成する。 In order to form a polysilicon film into which gettering impurities are introduced, first, a polysilicon film (not shown) without impurities is formed at a temperature of 700 degrees Celsius or less, for example, chemical vapor deposition ( (Chemical Vapor Deposition, hereinafter referred to as CVD) method.

次に、ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物をシリコン固溶度程度に、望ましくは、１０^２０〜１０^２１／ｃｍ^３の濃度、より望ましくは、３×１０^２０／ｃｍ^３ないし５×１０^２０／ｃｍ^３の濃度で導入する。このとき、ゲッタリング用不純物としてはリン（Ｐ）イオンのほかに砒素（Ａｓ）イオンなどが使用でき、望ましくは、これらのゲッタリング用不純物はシリコン固溶度程度に導入する。また、ゲッタリング用不純物をポリシリコン膜に導入する方式としては、イオン打ち込み方式、ドーピング方式および拡散方式などが挙げられる。 Next, gettering impurities are added to the polysilicon film to a silicon solid solubility, preferably a concentration of 10 ²⁰ to 10 ²¹ / cm ³ , more preferably 3 × 10 ²⁰ / cm ³ to 5 × 10 ²⁰ /. Introduced at a concentration of cm ³ . At this time, as gettering impurities, arsenic (As) ions can be used in addition to phosphorus (P) ions. Preferably, these gettering impurities are introduced to a degree of silicon solid solubility. Examples of a method for introducing gettering impurities into the polysilicon film include an ion implantation method, a doping method, and a diffusion method.

特開２００２-３２９８５７号公報JP 2002-329857 A

しかしながら、特許文献１に記載された従来の基板ゲッタリング形成方法においては、製造工程が複雑化し、ウエハ裏面への不純物導入のため、ＣＣＤ特有の機能であるオーバーフロードレイン部を別工程で形成する必要がある。また、オーバーフロードレイン部をリンドープ層で形成すると、ＣＣＤ製造熱処理工程での不純物拡散が大きく、オーバーフロードレイン電圧のバラツキが増大するという問題があった。 However, in the conventional substrate gettering formation method described in Patent Document 1, the manufacturing process is complicated, and an overflow drain portion that is a function peculiar to the CCD needs to be formed in a separate process in order to introduce impurities into the back surface of the wafer. There is. In addition, when the overflow drain portion is formed of a phosphorus-doped layer, there is a problem that impurity diffusion is large in the CCD manufacturing heat treatment process, and variation in overflow drain voltage increases.

特許文献１に記載された従来の基板ゲッタリング形成方法のようにウエハ裏面への不純物導入ではなく、ウエハ表面側に不純物のリンを導入して高濃度ゲッタリングサイトを形成した後に、その上に、リンを導入してＮ型領域としてのエピタキシャル層を低濃度で形成してオーバーフロードレイン構造とする方法がある。この場合にも、オーバーフロードレイン部をリンドープ層で形成すると、ＣＣＤ製造熱処理工程での不純物拡散が大きく、オーバーフロードレイン電圧のバラツキが増大するという問題があった。 Instead of introducing impurities into the back surface of the wafer as in the conventional substrate gettering forming method described in Patent Document 1, phosphorus is introduced into the front surface of the wafer to form a high concentration gettering site, and then on it. There is a method of introducing an overflow drain structure by introducing phosphorus and forming an epitaxial layer as an N-type region at a low concentration. Also in this case, when the overflow drain portion is formed of a phosphorus doped layer, there is a problem that impurity diffusion is large in the CCD manufacturing heat treatment process, and variation in overflow drain voltage increases.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能を向上させることができると共に、高濃度Ｎ型層によるゲッタリングサイトを表面側近くに設けることによりゲッタリング能力を向上することができて、製造工程も複雑化しないエピタキシャル基板およびその製造方法、このエピタキシャル基板を用いた固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems. By suppressing impurity diffusion due to high-temperature heat treatment, the overflow drain function required for substrate performance can be improved and gettering by a high-concentration N-type layer can be achieved. By providing a site near the surface side, gettering capability can be improved and the manufacturing process is not complicated, and an epitaxial substrate and a manufacturing method thereof, a solid-state imaging device using the epitaxial substrate and a manufacturing method thereof, and the solid-state imaging An object of the present invention is to provide an electronic information device such as a mobile phone device with a camera using an element as an image input device in an imaging unit.

本発明のエピタキシャル基板は、半導体単結晶基板の表面側に、砒素またはアンチモンがイオン注入されて高濃度Ｎ型層が形成され、該高濃度Ｎ型層上にエピタキシャル層がエピタキシャル成長して形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The epitaxial substrate of the present invention is formed by ion-implanting arsenic or antimony on the surface side of a semiconductor single crystal substrate to form a high-concentration N-type layer and epitaxially growing the epitaxial layer on the high-concentration N-type layer. This achieves the above object.

また、好ましくは、本発明のエピタキシャル基板における高濃度Ｎ型層の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである。 Preferably, the thickness of the high concentration N-type layer in the epitaxial substrate of the present invention is 0.5 μm to 2.0 μm.

さらに、好ましくは、本発明のエピタキシャル基板における高濃度Ｎ型層は、前記砒素または前記アンチモンのイオン注入ドーズ量が１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲で形成されている。 Further preferably, the high-concentration N-type layer in the epitaxial substrate of the present invention is formed so that the ion implantation dose of the arsenic or the antimony is in the range of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² .

さらに、好ましくは、本発明のエピタキシャル基板における半導体単結晶基板はＮ型基板であって前記高濃度Ｎ型層は該Ｎ型基板よりも不純物濃度が高濃度である。 Further preferably, the semiconductor single crystal substrate in the epitaxial substrate of the present invention is an N-type substrate, and the high-concentration N-type layer has an impurity concentration higher than that of the N-type substrate.

本発明のエピタキシャル基板の製造方法は、半導体単結晶基板に対して熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を保護膜として砒素またはアンチモンをドーズ量１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲でイオン注入した後に熱処理して高濃度Ｎ型層を形成し、該高濃度Ｎ型層上の該熱酸化膜を除去した後に該高濃度Ｎ型層上にエピタキシャル成長による低濃度エピタキシャル層を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The epitaxial substrate manufacturing method of the present invention forms a thermal oxide film on a semiconductor single crystal substrate, and uses the thermal oxide film as a protective film to dose arsenic or antimony at a dose of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm. After ion implantation in the range of ² , a high concentration N-type layer is formed by heat treatment, and after removing the thermal oxide film on the high concentration N-type layer, a low-concentration epitaxial layer formed by epitaxial growth on the high-concentration N-type layer This achieves the above object.

また、好ましくは、本発明のエピタキシャル基板の製造方法における砒素またはアンチモンがイオン注入されて熱処理された前記高濃度Ｎ型層の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである。 Preferably, the thickness of the high-concentration N-type layer heat-treated by ion implantation of arsenic or antimony in the epitaxial substrate manufacturing method of the present invention is 0.5 μm to 2.0 μm.

さらに、好ましくは、本発明のエピタキシャル基板の製造方法における高濃度Ｎ型層を、酸素雰囲気中で摂氏９５０度３時間の熱処理を行うことにより形成する。 Further preferably, the high-concentration N-type layer in the method for manufacturing an epitaxial substrate of the present invention is formed by performing a heat treatment at 950 degrees Celsius for 3 hours in an oxygen atmosphere.

さらに、好ましくは、本発明のエピタキシャル基板の製造方法における低濃度エピタキシャル層の形成は、トリクロロシランをエピタキシャル成長装置に供給してエピタキシャル成長させてリンドープ膜とし、エピタキシャル成長温度が摂氏１１００〜１１５０度の温度範囲で行われる。 Further preferably, in the method of manufacturing an epitaxial substrate according to the present invention, the low concentration epitaxial layer is formed by supplying trichlorosilane to an epitaxial growth apparatus and epitaxially growing it to form a phosphorus-doped film, with an epitaxial growth temperature in a temperature range of 1100 to 1150 degrees Celsius. Done.

本発明の固体撮像素子は、本発明の上記エピタキシャル基板のエピタキシャル層に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of light-receiving parts that image the image light from the subject by photoelectric conversion are formed in a two-dimensional shape on the epitaxial layer of the epitaxial substrate of the present invention. This achieves the above object.

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の受光部のうちの垂直方向の各配列に沿ってそれぞれ配置されて列方向の各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送する複数の垂直電荷転送部と、該複数の垂直電荷転送部の終端部に配置されて該複数の垂直電荷転送部からの信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送部と、該水平電荷転送部の終端部に配置され該水平電荷転送部からの各信号電荷を電圧信号に変換して増幅出力する信号出力部とを有するＣＣＤ型固体撮像素子である。 Preferably, the plurality of vertical charges arranged along each vertical array of the plurality of light receiving units in the solid-state imaging device according to the present invention to transfer the signal charges from the respective light receiving units in the column direction. A transfer unit, a horizontal charge transfer unit arranged at the end of the plurality of vertical charge transfer units and transferring the signal charge from the plurality of vertical charge transfer units in the horizontal direction, and a terminal unit of the horizontal charge transfer unit And a signal output unit that converts each signal charge from the horizontal charge transfer unit into a voltage signal and amplifies and outputs it.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、複数の画素部のそれぞれに、前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上の金属遮光膜が配置され、該金属遮光膜は該受光部の上方が開口部で開口されている。 Further preferably, in the solid-state imaging device according to the present invention, each of the plurality of pixel units is provided with the light receiving unit, and the signal charge from the light receiving unit is transferred in a predetermined direction adjacent to the light receiving unit. And a gate electrode for controlling the charge transfer of the read signal charge and a metal light shielding film thereover, and the metal light shielding film has an opening above the light receiving portion. It is opened at.

本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記エピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板のエピタキシャル層に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を２次元状に形成する工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes two-dimensionally imaging a plurality of light receiving units that photoelectrically convert image light from a subject on the epitaxial layer of the epitaxial substrate manufactured by the method for manufacturing an epitaxial substrate of the present invention. The above-mentioned purpose is achieved by this.

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.

本発明においては、半導体単結晶基板の表面側に、砒素またはアンチモンがイオン注入されて高濃度Ｎ型層が形成され、高濃度Ｎ型層上にエピタキシャル層がエピタキシャル成長して形成されている。 In the present invention, arsenic or antimony is ion-implanted on the surface side of the semiconductor single crystal substrate to form a high-concentration N-type layer, and an epitaxial layer is epitaxially grown on the high-concentration N-type layer.

これによって、容易な製造方法によりオーバーフロードレイン機能及びゲッタリング能力を向上することができ、砒素の拡散係数が小さいことから従来手法によるリンドープ基板に比べて製造工程における熱処理による不純物拡散を抑制することが可能となる。このように、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能およびゲッタリング能力を向上することが可能となって、製造工程も複雑化しない。 As a result, the overflow drain function and the gettering capability can be improved by an easy manufacturing method, and since the diffusion coefficient of arsenic is small, the impurity diffusion due to the heat treatment in the manufacturing process can be suppressed as compared with the phosphorus-doped substrate by the conventional method. It becomes possible. Thus, by suppressing impurity diffusion due to high-temperature heat treatment, it is possible to improve the overflow drain function and gettering capability required for substrate performance, and the manufacturing process is not complicated.

以上により、本発明によれば、容易な製造方法によりオーバーフロードレイン機能及びゲッタリング能力を向上することができ、砒素の拡散係数が小さいことから従来手法によるリンドープ基板に比べて製造工程における熱処理による不純物拡散を抑制することができる。このように、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能およびゲッタリング能力を向上することができて、製造工程も複雑化しない。 As described above, according to the present invention, the overflow drain function and the gettering ability can be improved by an easy manufacturing method, and since the diffusion coefficient of arsenic is small, the impurities caused by the heat treatment in the manufacturing process compared with the phosphorus-doped substrate by the conventional method. Diffusion can be suppressed. Thus, by suppressing impurity diffusion due to high-temperature heat treatment, the overflow drain function and gettering capability required for substrate performance can be improved, and the manufacturing process is not complicated.

本発明の実施形態１におけるエピタキシャル基板の要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view of the epitaxial substrate in Embodiment 1 of this invention. （ａ）〜（ｅ）は、図１のエピタキシャル基板を製造する方法の一例を示した各工程フローを示す要部縦断面である。(A)-(e) is the principal part longitudinal cross-section which shows each process flow which showed an example of the method of manufacturing the epitaxial substrate of FIG. （ａ）〜（ｃ）は、電子に対するポテンシャルと基板深さ方向についての断面概念図である。(A)-(c) is a cross-sectional conceptual diagram about the potential with respect to an electron, and a substrate depth direction. 図１のエピタキシャル基板を用いた本発明の実施形態２におけるＣＣＤ型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part structural example of the CCD type solid-state image sensor in Embodiment 2 of this invention using the epitaxial substrate of FIG. 本発明の実施形態３として、本発明の実施形態２の固体撮像素子１０を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of schematic structure of the electronic information device which used the solid-state image sensor 10 of Embodiment 2 of this invention for the imaging part as Embodiment 3 of this invention. 特許文献１に開示されている従来のＣＣＤ型イメージセンサを形成するために使用するエピタキシャル基板の要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view of the epitaxial substrate used in order to form the conventional CCD type image sensor currently disclosed by patent document 1. FIG.

以下に、本発明のエピタキシャル基板およびその製造方法の実施形態１および、このエピタキシャル基板の実施形態１を用いたＣＣＤ型固体撮像素子およびその製造方法の実施形態２、このＣＣＤ型固体撮像素子の実施形態２を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に順次説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。 Embodiment 1 of an epitaxial substrate and a manufacturing method thereof according to the present invention, a CCD solid-state imaging device using the epitaxial substrate according to Embodiment 1 and a manufacturing method thereof according to Embodiment 2, and implementation of the CCD solid-state imaging device Embodiment 3 of an electronic information device such as a mobile phone device with a camera, which uses the form 2 as an image input device for an imaging unit, will be sequentially described in detail with reference to the drawings. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるエピタキシャル基板の要部縦断面図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of an epitaxial substrate in Embodiment 1 of the present invention.

図１において、本実施形態１のエピタキシャル基板５は、半導体単結晶基板としてのシリコン単結晶基板１（Ｎ型基板）の表面側に、不純物である砒素がイオン注入されて高濃度Ｎ型層３が形成され、高濃度Ｎ型層３上にエピタキシャル層４が形成されている。高濃度Ｎ型層３の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである。また、高濃度Ｎ型層３は、砒素（またはアンチモン）のイオン注入ドーズ量が１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲である。シリコン単結晶基板１はＮ型基板であって高濃度Ｎ型層３はこのＮ型基板の不純物濃度よりも高濃度である。 In FIG. 1, an epitaxial substrate 5 according to the first embodiment includes a high-concentration N-type layer 3 formed by ion-implanting arsenic as an impurity on the surface side of a silicon single-crystal substrate 1 (N-type substrate) as a semiconductor single-crystal substrate. The epitaxial layer 4 is formed on the high-concentration N-type layer 3. The thickness of the high concentration N-type layer 3 is 0.5 μm to 2.0 μm. The high concentration N-type layer 3 has an arsenic (or antimony) ion implantation dose in the range of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² . The silicon single crystal substrate 1 is an N-type substrate, and the high-concentration N-type layer 3 has a higher concentration than the impurity concentration of the N-type substrate.

エピタキシャル基板５の製造方法としては、半導体単結晶基板としてのシリコン単結晶基板１（Ｎ型基板）に対して熱酸化膜２を形成し、この酸化膜２を保護膜として砒素またはアンチモンをドーズ量１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲でイオン注入した後に熱処理して高濃度Ｎ型層３を形成し、高濃度Ｎ型層３上の酸化膜２を除去した後に高濃度Ｎ型層３上にエピタキシャル成長による低濃度エピタキシャル層４を形成する。これによって、エピタキシャル基板５を製造する。よって、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能およびゲッタリング能力を共に向上させることができる。 As a manufacturing method of the epitaxial substrate 5, a thermal oxide film 2 is formed on a silicon single crystal substrate 1 (N-type substrate) as a semiconductor single crystal substrate, and arsenic or antimony is dosed using the oxide film 2 as a protective film. After ion implantation in the range of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² , heat treatment is performed to form the high-concentration N-type layer 3, and after the oxide film 2 on the high-concentration N-type layer 3 is removed, the high concentration A low concentration epitaxial layer 4 is formed on the N-type layer 3 by epitaxial growth. Thereby, the epitaxial substrate 5 is manufactured. Therefore, both the overflow drain function and the gettering capability required for the substrate performance can be improved.

図２（ａ）〜図２（ｅ）は、図１のエピタキシャル基板５を製造する方法の一例を示した各工程フローを示す要部縦断面である。 FIG. 2A to FIG. 2E are main part longitudinal cross sections showing respective process flows showing an example of a method for manufacturing the epitaxial substrate 5 of FIG.

まず、図２（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板１（以下、シリコン基板１という）を準備し、このシリコン基板１の表面を熱酸化処理することにより、シリコン基板１の表面に酸化膜２を成長させる。基板裏面（またはウエハ裏面）、基板側面の図示はここでは省略している。このとき、シリコン基板１はＮ型元素を含む基板を準備するが、不純物Ｎ型元素としては、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）を用いることができ、ここではリン（Ｐ）を用いるものとする。この酸化膜２の厚さは２００〜５００オングストローム程度であるが、この膜厚に限定されるものではない。 First, as shown in FIG. 2A, a silicon single crystal substrate 1 (hereinafter referred to as a silicon substrate 1) is prepared, and the surface of the silicon substrate 1 is thermally oxidized to oxidize the surface of the silicon substrate 1. The film 2 is grown. Illustration of the back surface of the substrate (or the back surface of the wafer) and the side surface of the substrate is omitted here. At this time, a substrate containing an N-type element is prepared as the silicon substrate 1, and phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) can be used as the impurity N-type element. Here, phosphorus (P ) Shall be used. The thickness of the oxide film 2 is about 200 to 500 angstroms, but is not limited to this film thickness.

次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１に対して酸化膜２の上から、不純物Ｎ型元素のイオン注入を行う。この不純物Ｎ型元素としては、ここではリン（Ｐ）を用いずに、原子量のより大きく拡散し難いヒ素（Ａｓ）およびアンチモン（Ｓｂ）のいずれかを用いるものとする。ここでは、ヒ素（Ａｓ）を用いるものとする。このとき、砒素イオンのイオン注入ドーズ量は１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲にあり、例えば大電流イオン注入装置を用いてイオン注入処理を行う。 Next, as shown in FIG. 2B, ion implantation of an impurity N-type element is performed on the silicon substrate 1 from above the oxide film 2. Here, as the impurity N-type element, phosphorus (P) is not used, and any of arsenic (As) and antimony (Sb), which have a larger atomic weight and are difficult to diffuse, is used. Here, arsenic (As) is used. At this time, the ion implantation dose of arsenic ions is in the range of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² , and the ion implantation process is performed using, for example, a large current ion implantation apparatus.

続いて、図２（ｃ）に示すように、砒素イオンのイオン注入後、イオン注入時の注入欠陥を回復するための熱処理を行って、シリコン基板１中に高濃度Ｎ型層３を形成する。このとき、砒素のシリコン中の拡散係数はリンのそれに比べて遥かに小さいため（リンの拡散が例えば１μｍのときに砒素の拡散は０．５μｍで約半分）、欠陥回復に十分な高温熱処理を行うことが可能である。例えば酸素雰囲気中で摂氏９５０度３時間の熱処理を行う。これにより、高濃度Ｎ型層３をシリコン基板１の表面側で酸化膜２下に形成することができ、また、高濃度Ｎ型層３の高濃度層は高ゲッタリング能力を有することができる。このため、製造プロセス中に導入される金属汚染物のゲッタリングによる後述するＣＣＤ型固体撮像素子１０の暗時白傷などの金属汚染に起因する不具合の特性改善、歩留り向上を図ることができる。この後述するＣＣＤ型固体撮像素子１０において、高濃度Ｎ型層３に電圧を印加してオーバーフロードレイン動作を行うので、高濃度Ｎ型層３の厚さが厚くなるとオーバーフロードレイン動作がしにくくなるので、０．５〜２．０μｍとする。 Subsequently, as shown in FIG. 2C, after the arsenic ions are implanted, a heat treatment for recovering implantation defects at the time of ion implantation is performed to form a high concentration N-type layer 3 in the silicon substrate 1. . At this time, since the diffusion coefficient of arsenic in silicon is much smaller than that of phosphorus (when diffusion of phosphorus is 1 μm, for example, diffusion of arsenic is about half at 0.5 μm), high-temperature heat treatment sufficient for defect recovery is performed. Is possible. For example, heat treatment is performed at 950 degrees Celsius for 3 hours in an oxygen atmosphere. Thereby, the high concentration N-type layer 3 can be formed under the oxide film 2 on the surface side of the silicon substrate 1, and the high concentration layer of the high concentration N-type layer 3 can have a high gettering capability. . For this reason, it is possible to improve the characteristics of defects caused by metal contamination such as dark white scratches in the CCD type solid-state imaging device 10 to be described later due to gettering of metal contamination introduced during the manufacturing process, and to improve the yield. In this CCD type solid-state imaging device 10 described later, an overflow drain operation is performed by applying a voltage to the high-concentration N-type layer 3. Therefore, if the thickness of the high-concentration N-type layer 3 increases, the overflow drain operation becomes difficult. 0.5 to 2.0 μm.

この熱処理後に、図２（ｄ）に示すように、エピタキシャル成長前に、シリコン基板１表面の酸化膜２をフッ酸洗浄により除去する。このとき、フッ酸洗浄時間としては酸化膜２を除去するのに充分な浸液時間での処理を行えばよい。 After this heat treatment, as shown in FIG. 2D, the oxide film 2 on the surface of the silicon substrate 1 is removed by hydrofluoric acid cleaning before epitaxial growth. At this time, the treatment with a sufficient immersion time for removing the oxide film 2 may be performed as the hydrofluoric acid cleaning time.

その後、図２（ｅ）に示すように、露出した高濃度Ｎ型層３上にエピタキシャル層４を、枚葉式のエピタキシャル成長装置により４．０〜７．０μｍの膜厚にエピタキシャル成長させてエピタキシャル基板５を製造する。このエピタキシャル基板５が固体撮像素子用途の場合には、エピタキシャル層４はＮ型領域である必要があるため、トリクロロシランをエピタキシャル成長装置に供給してリンドープ膜とする。エピタキシャル成長温度は摂氏１１００〜１１５０度の温度帯で行われる。これによって、高濃度Ｎ型層３を高濃度エピタキシャル層とし、エピタキシャル層４を低濃度エピタキシャル層としてオーバーフロードレイン構造とすることができる。したがって、高濃度Ｎ型層３の高濃度エピタキシャル層は原子量の大きい砒素イオン（またはアンチモン）が注入されているので拡散しにくく、しかも製造コストも安価に済む。 Thereafter, as shown in FIG. 2 (e), the epitaxial layer 4 is epitaxially grown on the exposed high-concentration N-type layer 3 to a thickness of 4.0 to 7.0 [mu] m by a single wafer type epitaxial growth apparatus. 5 is manufactured. When this epitaxial substrate 5 is used for a solid-state imaging device, the epitaxial layer 4 needs to be an N-type region, so trichlorosilane is supplied to the epitaxial growth apparatus to form a phosphorus-doped film. The epitaxial growth temperature is performed in a temperature range of 1100 to 1150 degrees Celsius. As a result, an overflow drain structure can be formed with the high-concentration N-type layer 3 as a high-concentration epitaxial layer and the epitaxial layer 4 as a low-concentration epitaxial layer. Therefore, the high-concentration epitaxial layer of the high-concentration N-type layer 3 is difficult to diffuse because arsenic ions (or antimony) having a large atomic weight are implanted, and the manufacturing cost is low.

このようにして形成されたエピタキシャル基板５は、上記のように高ゲッタリング能力を有すると同時に、後述するＣＣＤ型固体撮像素子１０のオーバーフロードレイン機能に対するマージンを確保できるように作用する。次の実施形態２で詳細に説明するが、エピタキシャル層４の表面側に複数のフォトダイオード部（複数の受光部）が形成されてＣＣＤ型固体撮像素子１０を形成することができる。 The epitaxial substrate 5 formed in this way has a high gettering capability as described above, and at the same time, acts to ensure a margin for an overflow drain function of the CCD solid-state imaging device 10 described later. As will be described in detail in the second embodiment, a CCD type solid-state imaging device 10 can be formed by forming a plurality of photodiode portions (a plurality of light receiving portions) on the surface side of the epitaxial layer 4.

後述するＣＣＤ型固体撮像素子１０のオーバーフロードレイン機能、即ちシャッター電圧について図３を用いて簡略に説明する。 An overflow drain function, that is, a shutter voltage of the CCD solid-state imaging device 10 to be described later will be briefly described with reference to FIG.

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、電子に対するポテンシャルと基板深さ方向についての断面概念図である。 FIG. 3A to FIG. 3C are cross-sectional conceptual diagrams of the potential for electrons and the substrate depth direction.

エピタキシャル層４に複数のフォトダイオード部（複数の受光部）が２次元状に形成されており、まず、図３（ａ）に示すように、光入射により各フォトダイオード部（受光部）で光電変換された電子はフォトダイオード部とＮ型基板間のポテンシャル障壁の存在により、フォトダイオード部に蓄積される。 A plurality of photodiode portions (a plurality of light receiving portions) are two-dimensionally formed on the epitaxial layer 4. First, as shown in FIG. 3A, photoelectric conversion is performed in each photodiode portion (light receiving portion) by light incidence. The converted electrons are accumulated in the photodiode portion due to the presence of a potential barrier between the photodiode portion and the N-type substrate.

次に、図３（ｂ）に示すように、蓄積された電荷は画素信号としてＣＣＤに排出された後、Ｎ型基板に正電圧を印加してポテンシャル障壁を低下させて、余分な電荷をＮ型基板側に排出する。 Next, as shown in FIG. 3B, the accumulated charge is discharged as a pixel signal to the CCD, and then a positive voltage is applied to the N-type substrate to lower the potential barrier. Discharge to the mold substrate side.

このとき、図３（ｃ）に示すように、本実施形態１のエピタキシャル基板５を使用すると、従来のエピタキシャル基板を使用する場合と比較して、砒素の拡散係数が小さいためにＮ型基板側のポテンシャル障壁幅が、リンを使用した際のポテンシャル障壁の幅よりも小さくなることから、Ｎ型基板側の印加電圧に対するポテンシャル障壁を容易に低下させることができて、シャッター電圧を低下させることができる。即ち、より低い印加電圧でオーバーフロードレイン動作を行うことが可能となって、シャッター電圧を低下させることができ、容易に画素設計および製造マージンを確保することができる。 At this time, as shown in FIG. 3C, when the epitaxial substrate 5 of the first embodiment is used, since the diffusion coefficient of arsenic is small compared to the case of using the conventional epitaxial substrate, the N-type substrate side Is smaller than the potential barrier width when phosphorus is used, the potential barrier for the applied voltage on the N-type substrate side can be easily lowered, and the shutter voltage can be lowered. it can. That is, the overflow drain operation can be performed with a lower applied voltage, the shutter voltage can be lowered, and the pixel design and the manufacturing margin can be easily secured.

このようにして準備されたエピタキシャル基板５上に、詳細は次の実施形態２で後述するが、必要な製造工程を経てＣＣＤ固体撮像素子１０が形成される。 Although details will be described later in the second embodiment, the CCD solid-state imaging device 10 is formed on the epitaxial substrate 5 thus prepared through the necessary manufacturing steps.

以上により、本実施形態１によれば、シリコン基板１の表面側に、砒素（またはアンチモン）がイオン注入されて高濃度Ｎ型層３が形成され、この高濃度Ｎ型層３上にエピタキシャル層４がエピタキシャル成長して形成されている。 As described above, according to the first embodiment, arsenic (or antimony) is ion-implanted on the surface side of the silicon substrate 1 to form the high-concentration N-type layer 3, and the epitaxial layer is formed on the high-concentration N-type layer 3. 4 is formed by epitaxial growth.

これによって、砒素（Ａｓ）の拡散係数がリン（Ｐ）に比べて小さいことから、従来手法によるリンドープ基板に比べて製造工程における熱処理による不純物拡散（プロファイル拡散）を大幅に抑制することができて、オーバーフロードレイン電圧のバラツキを抑えることができる。したがって、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能を向上させることができると共に、高濃度Ｎ型層によるゲッタリングサイトを表面側近くに設けることによりゲッタリング能力を向上することができて、製造工程も複雑化しない。 As a result, since the diffusion coefficient of arsenic (As) is smaller than that of phosphorus (P), impurity diffusion (profile diffusion) due to heat treatment in the manufacturing process can be greatly suppressed as compared with the conventional phosphorus-doped substrate. Thus, variations in overflow drain voltage can be suppressed. Therefore, the overflow drain function required for the substrate performance can be improved by suppressing the impurity diffusion due to the high temperature heat treatment, and the gettering capability by providing the gettering site by the high concentration N-type layer near the surface side. The manufacturing process is not complicated.

（実施形態２）
上記実施形態１では、不純物拡散（プロファイル拡散）を大幅に抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能およびゲッタリング能力を向上させたエピタキシャル基板５およびその製造方法について説明したが、本実施形態２では、エピタキシャル基板５およびその製造方法の実施形態１をＣＣＤ型固体撮像素子およびその製造方法に適用した場合について説明する。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, the epitaxial substrate 5 and the manufacturing method thereof have been described in which the overflow drain function and the gettering capability required for the substrate performance are improved by greatly suppressing impurity diffusion (profile diffusion). In the second embodiment, the case where the epitaxial substrate 5 and the first embodiment of the manufacturing method thereof are applied to a CCD solid-state imaging device and the manufacturing method thereof will be described.

図４は、図１のエピタキシャル基板５を用いた本発明の実施形態２におけるＣＣＤ型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。 FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a main part of a CCD type solid-state imaging device in Embodiment 2 of the present invention using the epitaxial substrate 5 of FIG.

図４において、本実施形態２のＣＣＤ型固体撮像装置１０は、エピタキシャル基板５のエピタキシャル層４に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部（フォトダイオード部１３）が２次元状でマトリクス状に形成されている。 In FIG. 4, the CCD solid-state imaging device 10 according to the second embodiment has two light receiving units (photodiode units 13) on the epitaxial layer 4 of the epitaxial substrate 5 that photoelectrically convert image light from a subject and image it. It is dimensionally formed in a matrix.

即ち、本実施形態２のＣＣＤ型固体撮像装置１０において、画素分離用のストッパ層１１間の各画素部１２にはそれぞれ、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオード部１３が設けられ、各フォトダイオード１３に隣接してフォトダイオード部１３からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部１４およびこの上にゲート絶縁膜１５を介して、これを電荷転送制御するための電荷転送電極としてのゲート電極１６が配置されている。このゲート電極１６上には、絶縁膜１７を介して、入射光がゲート電極１６により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜１８が形成されている。また、フォトダイオード部１３の上方には、遮光膜１８の開口部１８ａから層間絶縁膜１９、２０を介して、各フォトダイオード部１３に対応するように所定色配列の各カラーフィルタ２１が配置されている。各カラーフィルタ２１上には、各フォトダイオード部１３および各カラーフィルタ２１にそれぞれ対応するように、平坦化膜２２を介して、光を集光させるためのマイクロレンズ２３が配置されている。
複数の画素部のそれぞれに、
要するに、ＣＣＤ型固体撮像装置１０は、各画素部１２毎に、各フォトダイオード部１３が設けられ、各フォトダイオード部１３に隣接して、各フォトダイオード部１３からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部１４および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極１６およびその上の金属（アルミニウムまたはタングステン）の遮光膜１８が配置され、遮光膜１８は各フォトダイオード部１３の上方が開口部１８ａで開口されている。 That is, in the CCD solid-state imaging device 10 according to the second embodiment, each pixel unit 12 between the pixel separation stopper layers 11 is a photodiode unit that photoelectrically converts incident light as a light receiving element to generate a signal charge. 13 is provided adjacent to each photodiode 13 for controlling charge transfer via a charge transfer portion 14 for transferring signal charges from the photodiode portion 13 and a gate insulating film 15 thereon. A gate electrode 16 is disposed as a charge transfer electrode. A light shielding film 18 is formed on the gate electrode 16 in order to prevent incident light from being reflected by the gate electrode 16 through the insulating film 17 and generating noise. Further, above the photodiode portion 13, each color filter 21 having a predetermined color arrangement is disposed so as to correspond to each photodiode portion 13 from the opening 18 a of the light shielding film 18 through the interlayer insulating films 19 and 20. ing. On each color filter 21, a microlens 23 for condensing light is disposed via a planarization film 22 so as to correspond to each photodiode portion 13 and each color filter 21.
In each of the plurality of pixel portions,
In short, in the CCD type solid-state imaging device 10, each photodiode unit 13 is provided for each pixel unit 12, and a signal charge from each photodiode unit 13 is charged in a predetermined direction adjacent to each photodiode unit 13. A charge transfer portion 14 for transferring, a gate electrode 16 for controlling charge transfer of the read signal charge, and a light shielding film 18 made of metal (aluminum or tungsten) thereon are disposed on the charge transfer portion 14. 18 is opened above each photodiode part 13 by an opening 18a.

また、ＣＣＤ型固体撮像装置１０は、複数の各フォトダイオード部１３のうちの垂直方向の各配列に沿ってそれぞれ配置されて列方向の各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送する複数の垂直電荷転送部（電荷転送部１４）と、この複数の垂直電荷転送部（電荷転送部１４）の終端部に配置されて複数の垂直電荷転送部（電荷転送部１４）からの信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送部（図示せず）と、水平電荷転送部の終端部に配置され水平電荷転送部からの各信号電荷を電圧信号に変換して増幅出力する信号出力部（図示せず）とを有している。 Further, the CCD solid-state imaging device 10 is arranged along each vertical array of the plurality of photodiode sections 13 to transfer the signal charges from the respective light receiving sections in the column direction. The charge transfer unit (charge transfer unit 14) and the signal charges from the plurality of vertical charge transfer units (charge transfer unit 14) are arranged in the horizontal direction by being arranged at the terminal portions of the plurality of vertical charge transfer units (charge transfer unit 14). And a signal output unit (not shown) for converting each signal charge from the horizontal charge transfer unit into a voltage signal and amplifying it. Z).

上記構成により、複数の画素部１２が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ２３により集光されて遮光膜１８の開口部１８ａからフォトダイオード部１３に入射される。 With the above configuration, the light incident on the imaging region in which the plurality of pixel portions 12 are two-dimensionally arranged is first condensed by the microlens 23 and is incident on the photodiode portion 13 through the opening 18 a of the light shielding film 18. The

次に、フォトダイオード部１３に入射された光は、フォトダイオード部１３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部１４に読み出されて所定方向（垂直方向）に順次電荷転送される。垂直方向に順次電荷転送された各信号電荷は水平方向に電荷転送された後に電圧に変換され、その変換電圧に応じて撮像信号として増幅されて出力される。 Next, the light incident on the photodiode unit 13 is photoelectrically converted by the photodiode unit 13 to become signal charges. The signal charges are read out by the charge transfer unit 14 and sequentially transferred in a predetermined direction (vertical direction). Each signal charge sequentially transferred in the vertical direction is converted into a voltage after being transferred in the horizontal direction, and is amplified and output as an imaging signal in accordance with the converted voltage.

以上により、本実施形態２によれば、上記実施形態１のエピタキシャル基板５を用いたＣＣＤ型固体撮像装置１０において、砒素（Ａｓ）の拡散係数がリン（Ｐ）に比べて大幅に小さいことから、従来手法によるリンドープ基板に比べて製造工程における熱処理による不純物拡散（プロファイル拡散）を大幅に抑制することができて、オーバーフロードレイン電圧のバラツキを抑えることができる。したがって、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能を向上させることができると共に、高濃度Ｎ型層によるゲッタリングサイトを表面側近くに設けることによりゲッタリング能力を向上することができて、製造工程も複雑化しない。 As described above, according to the second embodiment, in the CCD solid-state imaging device 10 using the epitaxial substrate 5 of the first embodiment, the diffusion coefficient of arsenic (As) is significantly smaller than that of phosphorus (P). Compared with the phosphorus-doped substrate according to the conventional method, impurity diffusion (profile diffusion) due to heat treatment in the manufacturing process can be greatly suppressed, and variations in overflow drain voltage can be suppressed. Therefore, the overflow drain function required for the substrate performance can be improved by suppressing the impurity diffusion due to the high temperature heat treatment, and the gettering capability by providing the gettering site by the high concentration N-type layer near the surface side. The manufacturing process is not complicated.

（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態２の固体撮像素子１０を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 (Embodiment 3)
FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device 10 according to the second embodiment of the present invention as an imaging unit as the third embodiment of the present invention.

図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態２の固体撮像素子１０からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。 In FIG. 5, an electronic information device 90 according to the third embodiment includes a solid-state imaging device 91 that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on an imaging signal from the solid-state imaging device 10 according to the second embodiment, and the solid-state imaging. A memory unit 92 such as a recording medium that enables data recording after the color image signal from the device 91 is subjected to predetermined signal processing for recording, and the color image signal from the solid-state imaging device 91 is subjected to predetermined signal processing for display A display unit 93 such as a liquid crystal display device that can be displayed on a display screen such as a liquid crystal display screen later, and a color image signal from the solid-state imaging device 91 are subjected to predetermined signal processing for communication, and then communication processing is enabled. An image of a communication unit 94, such as a transmission / reception device, and a printer or the like that can perform print processing after performing predetermined print signal processing for color image signals from the solid-state imaging device 91 for printing. And a power unit 95. The electronic information device 90 is not limited to this, but in addition to the solid-state imaging device 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output unit 95 such as a printer. You may have.

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。 As described above, the electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera. An electronic device having an image input device such as an image input camera, a scanner device, a facsimile device, a camera-equipped mobile phone device, and a portable terminal device (PDA) is conceivable.

したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。 Therefore, according to the third embodiment, on the basis of the color image signal from the solid-state imaging device 91, the image is displayed on the display screen, or the image is output by the image output means 95 on the paper. (Printing), communicating this as communication data in a wired or wireless manner, performing a predetermined data compression process in the memory unit 92 and storing it in a good manner, or performing various data processings satisfactorily Can do.

なお、本実施形態１では、特に詳細には説明しなかったが、シリコン基板１の表面側に、砒素（またはアンチモ）がイオン注入されて、シリコン基板１のＮ型濃度よりも高い高濃度Ｎ型層３が形成され、高濃度Ｎ型層３上にエピタキシャル層４がエピタキシャル成長して形成されており、これによって、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能を向上させることができると共に、高濃度Ｎ型層によるゲッタリングサイトを表面側近くに設けることによりゲッタリング能力を向上することができて、製造工程も複雑化しないという本発明の目的を達成することができる。 Although not particularly described in detail in the first embodiment, arsenic (or antimo) is ion-implanted into the surface side of the silicon substrate 1, and a high concentration N higher than the N-type concentration of the silicon substrate 1. The mold layer 3 is formed, and the epitaxial layer 4 is formed by epitaxial growth on the high-concentration N-type layer 3, thereby suppressing impurity diffusion due to high-temperature heat treatment, thereby providing an overflow drain function required for substrate performance The object of the present invention is achieved in that the gettering capability can be improved by providing a gettering site by the high concentration N-type layer near the surface side and the manufacturing process is not complicated. be able to.

以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-3 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-3. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments 1 to 3 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、エピタキシャル基板およびその製造方法、このエピタキシャル基板上に形成され、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、高温熱処理による不純物拡散を抑制することにより、基板性能に要求されるオーバーフロードレイン機能を向上させることができると共に、高濃度Ｎ型層によるゲッタリングサイトを表面側近くに設けることによりゲッタリング能力を向上することができて、製造工程も複雑化しない。 The present invention relates to an epitaxial substrate and a manufacturing method thereof, a solid-state imaging device formed on the epitaxial substrate and configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images thereof, a manufacturing method thereof, and the solid-state imaging device. Electronic cameras such as digital video cameras and digital still cameras used as image input devices, such as digital video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, camera-equipped mobile phone devices, etc. In the field of information equipment, by suppressing impurity diffusion due to high-temperature heat treatment, it is possible to improve the overflow drain function required for substrate performance, and to provide a gettering site with a high concentration N-type layer near the surface side. Improves gettering ability Things can, not complicate the manufacturing process.

１シリコン単結晶基板
２酸化膜
３高濃度Ｎ型領域
４エピタキシャル層
５エピタキシャル基板
１０ＣＣＤ型固体撮像素子
１１ストッパ層
１２画素部
１３フォトダイオード部
１４電荷転送部（垂直電荷転送部）
１５ゲート絶縁膜
１６ゲート電極
１７絶縁膜
１８遮光膜
１８ａ開口部
１９、２０層間絶縁膜
２１カラーフィルタ
２２平坦化膜
２３マイクロレンズ
９０電子情報機器
９１固体撮像装置
９２メモリ部
９３表示部
９４通信部
９５画像出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon single crystal substrate 2 Oxide film 3 High concentration N type area | region 4 Epitaxial layer 5 Epitaxial substrate 10 CCD type solid-state image sensor 11 Stopper layer 12 Pixel part 13 Photodiode part 14 Charge transfer part (vertical charge transfer part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Gate insulating film 16 Gate electrode 17 Insulating film 18 Light-shielding film 18a Opening part 19 and 20 Interlayer insulating film 21 Color filter 22 Planarizing film 23 Micro lens 90 Electronic information equipment 91 Solid-state imaging device 92 Memory part 93 Display part 94 Communication part 95 Image output unit

Claims

半導体単結晶基板の表面側に、砒素またはアンチモンがイオン注入されて高濃度Ｎ型層が形成され、該高濃度Ｎ型層上にエピタキシャル層がエピタキシャル成長して形成されているエピタキシャル基板。 An epitaxial substrate in which arsenic or antimony is ion-implanted on a surface side of a semiconductor single crystal substrate to form a high-concentration N-type layer, and an epitaxial layer is epitaxially grown on the high-concentration N-type layer.

前記高濃度Ｎ型層の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである請求項１に記載のエピタキシャル基板。 The epitaxial substrate according to claim 1, wherein the high-concentration N-type layer has a thickness of 0.5 μm to 2.0 μm.

前記高濃度Ｎ型層は、前記砒素または前記アンチモンのイオン注入ドーズ量が１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲で形成されている請求項１に記載のエピタキシャル基板。 ^2. The epitaxial substrate according to claim 1, wherein the high-concentration N-type layer is formed so that an ion implantation dose of the arsenic or the antimony is in a range of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² .

前記半導体単結晶基板はＮ型基板であって前記高濃度Ｎ型層は該Ｎ型基板よりも不純物濃度が高濃度である請求項１に記載のエピタキシャル基板。 The epitaxial substrate according to claim 1, wherein the semiconductor single crystal substrate is an N-type substrate, and the high-concentration N-type layer has a higher impurity concentration than the N-type substrate.

半導体単結晶基板に対して熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を保護膜として砒素またはアンチモンをドーズ量１×１０^１３〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲でイオン注入した後に熱処理して高濃度Ｎ型層を形成し、該高濃度Ｎ型層上の該熱酸化膜を除去した後に該高濃度Ｎ型層上にエピタキシャル成長による低濃度エピタキシャル層を形成するエピタキシャル基板の製造方法。 A thermal oxide film is formed on a semiconductor single crystal substrate, and arsenic or antimony is ion-implanted in a dose range of 1 × 10 ¹³ to 1 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² using the thermal oxide film as a protective film, followed by heat treatment. Forming a high concentration N-type layer, removing the thermal oxide film on the high concentration N-type layer, and then forming a low concentration epitaxial layer by epitaxial growth on the high concentration N-type layer.

前記砒素またはアンチモンがイオン注入されて熱処理された前記高濃度Ｎ型層の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである請求項５に記載のエピタキシャル基板の製造方法。 6. The method of manufacturing an epitaxial substrate according to claim 5, wherein the thickness of the high-concentration N-type layer heat-treated by ion implantation of arsenic or antimony is 0.5 [mu] m to 2.0 [mu] m.

前記高濃度Ｎ型層を、酸素雰囲気中で摂氏９５０度３時間の熱処理を行うことにより形成する請求項５に記載のエピタキシャル基板の製造方法。 The method for manufacturing an epitaxial substrate according to claim 5, wherein the high-concentration N-type layer is formed by performing a heat treatment at 950 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere.

前記低濃度エピタキシャル層の形成は、トリクロロシランをエピタキシャル成長装置に供給してエピタキシャル成長させてリンドープ膜とし、エピタキシャル成長温度が摂氏１１００〜１１５０度の温度範囲で行われる請求項５に記載のエピタキシャル基板の製造方法。 6. The method of manufacturing an epitaxial substrate according to claim 5, wherein the low concentration epitaxial layer is formed by supplying trichlorosilane to an epitaxial growth apparatus and epitaxially growing it to form a phosphorus doped film, and an epitaxial growth temperature is in a temperature range of 1100 to 1150 degrees Celsius. .

請求項１〜４のいずれかに記載のエピタキシャル基板のエピタキシャル層に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に形成されている固体撮像素子。 5. A solid-state imaging device in which a plurality of light-receiving portions that photoelectrically convert image light from a subject to form an image are two-dimensionally formed on the epitaxial layer of the epitaxial substrate according to claim 1.

前記複数の受光部のうちの垂直方向の各配列に沿ってそれぞれ配置されて列方向の各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送する複数の垂直電荷転送部と、該複数の垂直電荷転送部の終端部に配置されて該複数の垂直電荷転送部からの信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送部と、該水平電荷転送部の終端部に配置され該水平電荷転送部からの各信号電荷を電圧信号に変換して増幅出力する信号出力部とを有するＣＣＤ型固体撮像素子である請求項９に記載の固体撮像素子。 A plurality of vertical charge transfer units arranged along each vertical array of the plurality of light receiving units to transfer signal charges from the respective light receiving units in the column direction; and the plurality of vertical charge transfer units A horizontal charge transfer unit arranged at the terminal end of the horizontal charge transfer unit for horizontally transferring signal charges from the plurality of vertical charge transfer units, and a horizontal charge transfer unit arranged at the terminal end of the horizontal charge transfer unit. The solid-state imaging device according to claim 9, which is a CCD solid-state imaging device having a signal output unit that converts a signal charge into a voltage signal and amplifies and outputs the signal.

複数の画素部のそれぞれに、
前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上の金属遮光膜が配置され、該金属遮光膜は該受光部の上方が開口部で開口されている請求項９に記載の固体撮像素子。 In each of the plurality of pixel portions,
The light receiving unit is provided, and adjacent to the light receiving unit, a charge transfer unit for transferring a signal charge from the light receiving unit in a predetermined direction, and a charge transfer control of the read signal charge thereon The solid-state imaging device according to claim 9, wherein a gate electrode and a metal light-shielding film on the gate electrode are disposed, and the metal light-shielding film has an opening above the light-receiving portion.

請求項５〜８のいずれかに記載のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板のエピタキシャル層に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部を２次元状に形成する工程を有する固体撮像素子の製造方法。 A plurality of light-receiving portions that photoelectrically convert image light from a subject to form an image on the epitaxial layer of the epitaxial substrate manufactured by the method for manufacturing an epitaxial substrate according to claim 5 are formed two-dimensionally. A method for manufacturing a solid-state imaging device having a process.

請求項９〜１１のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。 The electronic information apparatus which used the solid-state image sensor in any one of Claims 9-11 as an image input device for the imaging part.