JP3093212B2 - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、受光部としていわゆる埋め込み型フォトダ
イオードを有する固体撮像素子の製造方法に関する。
[従来の技術] 固体撮像素子の受光部にPN接合型フォトダイオードを
用いると、フォトダイオードのN型領域の表面が完全に
空乏化することにより、Si−SiO2界面に存在する表面準
位による暗電流成分が多くなり低照度時の固体撮像素子
のS/N比が劣化する。
従来、この暗電流を低減するためにフォトダイオード
のN型領域の表面に濃度の高いP+型領域を形成し、フォ
トダイオードをいわゆる埋め込み型にして、N型領域の
空乏層が基板表面に到達しないようにしていた。
第2図(a)〜(g)は、従来の埋め込み型フォトダ
イオードを受光部に用いた固体撮像素子の製造工程を示
すセル部の断面図である。まず、N型半導体基板1上に
P型ウェル層2を形成する[第2図(a)]。次に、半
導体基板上にシリコン酸化膜3、シリコン窒化膜4を順
に成長させ、その上にフォトレジスト5を塗布しこれに
露光・現像を施した後、プラズマエッチング法を用いて
フォトダイオードおよび電荷転送部となる部分のシリコ
ン窒化膜4を除去する[第2図(b)]。次いで、電荷
転送部を形成すべき部分をフォトレジストで覆い、これ
とシリコン窒化膜4とをマスクとしてイオン注入を行い
フォトダイオードのN型領域6を形成し、続いて、N型
領域6をフォトレジストで覆いこれとシリコン窒化膜4
とをマスクにしてイオン注入を行って電荷転送部となる
N型領域7を形成する[第2図(c)]。次に、シリコ
ン窒化膜4をマスクとして熱酸化を行い選択的に比較的
厚いシリコン酸化膜8を成長させた後、シリコン窒化膜
4をウエットエッチング法により除去する。次に、電荷
読み出し領域をフォトレジスト9で被覆し、これとシリ
コン酸化膜8をマスクにイオン注入を行いチャネルスト
ップ領域となるP+型領域10を形成する[第2図
(d)]。次いで、フォトレジスト9を除去し、シリコ
ン酸化膜3、8をエッチング除去した後、熱酸化により
ゲート酸化膜11を形成し、減圧CVD法により多結晶シリ
コン層を堆積し、これにフォトリソグラフィー技術およ
びドライエッチング法を適用して、フォトダイオードか
ら電荷転送部への信号電荷の読み出しおよび電荷転送を
行う多結晶シリコン電極12を形成する[第2図
(e)]。
この多結晶シリコン電極12をマスクとして、イオン注
入法により、フォトダイオード表面に浅いP型領域13を
形成する[第2図(f)]。最後に、層間シリコン酸化
膜14を形成した後、アルミニウム遮光膜15を形成するこ
とにより、従来の埋め込みフォトダイオードを受光部と
して有する固体撮像素子が得られる[第2図(g)]。
[発明が解決しようとする課題] 上述した従来の埋め込み型フォトダイオードを受光部
とする固体撮像素子では、フォトダイオードのN型領域
と、表面層のP+領域をそれぞれ別の工程によって形成し
ているので、フォトレジスト工程の目合わせ誤差および
加工寸法のばらつきにより、フォトダイオードのN型領
域6と多結晶シリコン電極12との重なり寸法を一定範囲
内に抑えることは困難である。
そして、第3図(a)に示すように、この重なり部分
Xが大きいときには、第3図(b)のAに示すように、
電極下に深いポテンシャル井戸が形成され、また逆に第
4図(a)に示すように、この重なり部分Xが小さいと
きには、電極下に第4図(b)のBに示すように、電位
障壁が形成される。いずれの場合にもフォトダイオード
から電荷転送部への信号電荷の転送効率が低下するの
で、従来の固体撮像素子の製造方法では歩留まりを一定
以上に向上させることは困難であった。
[課題を解決するための手段] 本発明の固体撮像素子の製造方法は、第1導電型半導
体層表面に選択的に第1導電型の不純物を高濃度にドー
プしてチャネルストップ領域を形成する工程と、前記半
導体層上にゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート
酸化膜上に電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転
送電極をマスクとして第2導電型の不純物をイオン注入
することにより前記第1導電型半導体層にフォトダイオ
ード領域を形成するとともに前記電荷転送電極と前記フ
ォトダイオード領域との重なり寸法を制御する工程と、
前記電荷転送電極をマスクとして第1導電型の不純物を
イオン注入することにより前記チャネルストップ領域に
接続される表面高不純物濃度領域を形成するとともに前
記電荷転送電極と前記表面高不純物濃度領域との重なり
寸法を制御する工程とを具備することを特徴とする。
[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例の工程順を示すセル部の
断面図である。まず、N型半導体基板1上にP型ウェル
層2を形成する[第1図(a)]。次に、半導体基板上
にシリコン酸化膜3およびシリコン窒化膜4を順に成長
させ、その上にフォトレジスト5を塗布し、これに露光
・現像を施した後、プラズマエッチング法を用いてフォ
トダイオードおよび電荷転送部となる部分のシリコン窒
化膜4を除去する[第1図(b)]。次に、フォトダイ
オード形成領域をフォトレジストで被覆し、これとシリ
コン窒化膜4とをマスクとしてイオン注入を行った後、
熱処理を施して電荷転送部となるN型領域7を形成する
[第1図(c)]。続いて、シリコン窒化膜4をマスク
として熱酸化を行い、選択的に比較的厚いシリコン酸化
膜8を成長させ、シリコン窒化膜4をウエットエッチン
グ法により除去する。次に、電荷読み出し領域となる部
分をフォトレジスト9で覆い、これとシリコン酸化膜8
をマスクにイオン注入を行い、チャネルストップ領域と
なるP+型領域10を形成する[第1図(d)]。次いで、
フォトレジストを除去し、シリコン酸化膜3、8をエッ
チング除去した後熱酸化によりゲート酸化膜11を形成す
る。続いて、減圧CVD法を用いて全面に多結晶シリコン
層を形成し、これに、フォトリソグラフィー技法および
ドライエッチング法を施して、フォトダイオードから電
荷転送部への信号電荷の読み出しおよび電荷転送を行う
多結晶シリコン電極12を形成する。しかる後、この多結
晶シリコン電極12をマスクとして、N型不純物をイオン
注入し、フォトダイオードとなるN型領域6を形成する
[第1図(e)]。次に、同様に前記多結晶シリコン電
極12をマスクとしてイオン注入を行い、フォトダイオー
ドの表面に浅いP型領域13を形成する[第1図
(f)]。最後に、層間シリコン酸化膜14を形成した
後、アルミニウム遮光膜15を形成する[第1図
(g)]。
このようにして製造された固体撮像素子においては、
フォトダイオードとなるN型領域6とフォトダイオード
表面の浅いP型領域13とは、フォトダイオードから電荷
転送部への信号電荷の読み出しおよび電荷転送を行う多
結晶シリコン電極12に対して自己整合的に形成されてい
るので、両領域と多結晶シリコン電極との重なり寸法に
ばらつきが生じることはない。
なお、実施例では電荷転送手段としてBCCDを用いた場
合について説明したが、本発明はSCCDを用いる場合にお
いても同様に実施できる。さらに、MOS型固体撮像素子
の受光部に対しても適用することができる。また、N型
領域6とP型領域13とを形成するための活性化熱処理
は、N型不純物(リン)とP型不純物(ボロン)とをそ
れぞれイオン注入した後、1回の熱処理によって同時に
行うようにすることが望ましい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、フォトダイオードを
構成する第2導電型領域とこの領域の表面にこの領域よ
り浅く形成される第1導電型の領域とを同一マスクを用
いたそれぞれのイオン種の注入と1回の活性化処理によ
り形成し、前記第2導電型領域の前記第1導電型の領域
に対するオフセット量をそれぞれのイオン種の注入エネ
ルギー差に起因する横方向の飛程距離差により決定され
るようにしたものであるので、これら2つの領域と電荷
転送電極との重なり寸法および第2導電型領域の前記第
1導電型の領域に対するオフセット量を精確にコントロ
ールすることができる。したがって、本発明によればフ
ォトダイオード内の光電変換電荷を読み出す際にフォト
ダイオードの緑部に深いポテンシャル井戸や電位障壁が
形成されることがなくなるので、信号電荷の転送効率が
低下することがなくなり、製品の歩留まりを向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(g)は、本発明の一実施例の製造工程
順を示すセル部の断面図、第2図(a)〜(g)は、従
来の製造工程順を示すセル部の断面図、第3図(a)、
第4図(a)は、従来例によって製造された固体撮像素
子の断面図、第3図(b)、第4図(b)は、それぞ
れ、第3図(a)、第4図(a)のポテンシャル図であ
る。 1……N型半導体基板、2……P型ウェル層、3……シ
リコン酸化膜、4……シリコン窒化膜、5……フォトレ
ジスト、6……N型領域(フォトダイオード)、7……
N型領域(電荷転送部)、8……シリコン酸化膜、9…
…フォトレジスト、10……P+型領域(チャネルストップ
領域)、11……ゲート酸化膜、12……多結晶シリコン電
極、13……P型領域、14……層間シリコン酸化膜、15…
…アルミニウム遮光膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型半導体層表面に選択的に第1導
    電型の不純物を高濃度にドープしてチャネルストップ領
    域を形成する工程と、前記半導体層上にゲート酸化膜を
    形成する工程と、前記ゲート酸化膜上に電荷転送電極を
    形成する工程と、前記電荷転送電極をマスクとして第2
    導電型の不純物をイオン注入することにより前記第1導
    電型半導体層にフォトダイオード領域を形成するととも
    に前記電荷転送電極と前記フォトダイオード領域との重
    なり寸法を制御する工程と、前記電荷転送電極をマスク
    として第1導電型の不純物をイオン注入することにより
    前記チャネルストップ領域に接続される表面高不純物濃
    度領域を形成するとともに前記電荷転送電極と前記表面
    高不純物濃度領域との重なり寸法を制御する工程とを具
    備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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