JPS59208871A - 固体撮像素子の製造方法 - 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】 本発明は固体撮像素子の製造方法に関すイ）。

近年、半導体・集積回路技術の急速な兄達を背景に、固
体撮像素子の開発が強力に推進されている。この固体撮
像素子には画像歪、残像、焼き付きがなく、かつ小型軽
量、低消費電力であることから、家庭用テレビカメラを
中心に、撮像管の代替として実用化されつつある。しか
しながら、近い将来実用化されるであろう高品位テレビ
ジョン・システムに対応するためには、現行の４００　
Ｘ　５００程度の画素数ではまた不足であり、またテレ
ビカメラ光学系の小型化や固体撮像素子の歩留り向上の
ためには、チップサイズを現行の％インチ系よりも更に
縮小化する必要がある。この大画素数化およびチップサ
イズの縮小化を実現するためには、フォトリングラフイ
一工程に縮小投影型露光装置を用いることのほかに、製
造プロセス自身を微細化に適した形に改める必要がある
。

第１図は固体撮像素子の一例を説明するための平面配置
図である。この固体撮像素子はインターライン転送方式
電荷転送撮像素子と呼ばれるもので入射光量に応じた４
５号電荷を蓄積するための光電変換部１１と、この光電
変換部１１に蓄積された信号電荷を一水平走査周期（フ
ィールドまたはフレーム）ごとに読み出すための転送ケ
ート領域１２と、読み出した信号電荷を一水平走査周期
（ＩＨ）ごとに垂直方向に転送するための垂直レジスタ
１３と、各垂直レジスフの一端に電気的に結合して、信
号電荷を水平方向に転送するための水平レジスタ１４と
、この水平レジスタ１４からの信号電荷を順次電圧信号
に変換するための出力回路１５とから′４１へ成されて
いる。

第２図は第１図に示した撮像素子のＡ−Ａ’断面図であ
る。ここで説明を簡準にするために本撮像素子はＮ−チ
ャネルデバイスきする。Ｐ型基板半導体１６の主面に絶
縁層１７を介して垂直レジスタの電荷転送電極１８が設
けられている。垂直レジスフ１９は基板半導体の導電型
と逆の導電型であるＮ型層から成る埋込みチャネルで構
成されている。また転送ケート領域２０の表面には基板
半導体と同−導電型をもつＰ型層２１が設けられている
。また電荷転送電極１８は、垂直レジスタ１９および転
送ゲート領域２０を被うように配置されている。２２は
基板半導体とＰ−Ｎ接合を形成してなる光電変侠部で、
光電変換部２２以外は金属層ｎで光遮蔽されている。

才た２４は基板不純物濃度が高いチャネルストップ領域
で、各光電変換部２２および垂直レジスタ１９を分離し
ている。

次に第３図〜第６図は第１図および第２図に示した固体
撮像素子を製造するのＣご用いられていた従来の工程を
説明するための図で、第１図におけるＡ−Ａ’断面図を
主要工程ごとに示した。

まず、第３図に示すように１３Ω・儂のＰ型シリコン基
板１６の主表面に酸化性雰囲気中で高温酸化処理するこ
とにより約１６００＾の二酸化シリコン膜を形成し、既
知の写真蝕刻技術を用いて垂直レジスタ１９を形成する
部分の二酸化シリコン膜を除去し、マスク２５を形成す
る。次にこのマスク２５を用いてリンをイオン注入法に
より選択的に注入した後、再び酸化性雰囲気中で高温酸
化処理することにより該部分に約１６００＾の二酸化シ
リコン膜を形成する。その後高温処理することにより、
リンを２μｍ程度の深さにまで拡散させて、垂直レジス
タ１９の埋込みチャネルとなるＮ型層を形成する。

次にリン注入のマスクとした二酸化シリコン膜２５を弗
酸系のエツチング液で除去した後再び全面を熱酸化し、
主表面の全面に約５００にの二酸化シリコン膜を形成す
る。次いでシランおよびアンモニアを用いる既知の方法
により約１１００＾の窒化シリコン膜２６を沈積し、チ
ャネルストップ領域２４を形成する表面上の窒化シリコ
ン膜だけを既知のプラズマエツチング法により除去した
後、この窒化シリコン膜２６をマスクとしてボロンをイ
オン注入シチャネルストップ領域２４を形成する。その
後熱酸化を行なうことにより、窒化シリコン膜２６で被
覆されていないチャネルストップ領域２４の表面上に約
８０００＾の二酸化シリコン膜２７を形成する（第４図
）。

次に窒化シリコン膜２６を燐酸等のエツチング液で除去
した後、チャネルストップ領域２４の表面上の二酸化シ
リコン膜のみを残して、他を弗酸系のエツチング液で除
去し、その後、熱酸化により約１００ＯＡの二酸化シリ
コン膜２８を形成する。そして既知の写真蝕刻技術を用
いて転送ゲート領域２゜を形成する部分以外をフォトレ
ジスト２９で被覆し、このフメ日／シスト２９をマスク
としてボロンを二酸化シリコン膜２８を介してイオン注
入し、転送ゲート領域２０の閾値電圧を制御するＰ型層
２】を形成する（第５図）。

次にＰ型層２１を形成するのに用いたフォトレジスト２
９を除去し、全面に多結晶シリコン膜を既知のシランの
熱分解法によって約６０００＾沈積し、その後、この多
結晶シリコン膜に導電性を持たせるためにリンを拡散す
る。そして既知の写真蝕刻技術とプラズマエ、チンク法
を用いて電荷転送電極１８以外の部分の多結晶シリコン
膜を除去する。

次いで、この′電荷転送電極１８を形成する多結晶シリ
コン膜をマスクとして、この多結晶シリコン膜で被覆さ
れていない部分の二酸化シリコン膜２８を弗酸系のエノ
ナング液で除去し、その後、再びこの多結晶シリコン膜
をマスクとしてリンを選択的に注入し、光電変換部２２
のＮ型層を形成する（第６図）。

次に電荷転送電極１８および光電変換部２２の表面上に
熱酸化により約７５０穴の二酸化シリコン膜を形成した
後、気相生長で約１１μ７ｎのリンカラス膜を生長させ
、絶縁層１７を形成する。次いて既知の写真蝕刻技術を
用いて光電変換部２２以外を光遮蔽のための金属層２３
で被覆する（第２図）。

このような従来の固体撮像素子の製造方法に従えば、ま
ず最初に垂直レジスタ】９の埋込みチャネルとなるＮ型
層を形成し、次ζここのＮ型層に目合わせをして転送ケ
ート領域２０のＰ型層２Ｉを形成し、次いで再び前記Ｎ
型層に目合わせをして光電変換部２２（７）Ｎ型層を形
成している。このため垂直レジスタ１９と光電変換部２
２との形成精度、言い換えれば転送ゲート領域２０のチ
ャネル長の形成精度はマスク目金わせ精度によって決定
されることになる。

例えば転送ゲート領域２０のマスク上のチャネル長を１
５μｍ１マスク目合わせ精度を±０．５μｍとすると、
出来上がりのチャネル長はｌＯ〜２．０μ７ｎの間でば
らつくことになる。これは転送ケート領域２０の閾値電
圧がウェハごとに約３Ｖ〜６ｖの間でばらつくことにな
り、固体撮像素子の動作に大きな支障をきたす。さらに
、転送ケート領域２０のＰ型層２１と光電変換部２２と
は２回のマスク目金わせ工程を経て形成されるため、マ
スク目金わせ精度を±０．５μｍ　とした場合、最小１
．０μｍの重ね合わせの余裕が必吸となる。これに伴い
一画素当りのサイズも必然的に大きくなり、大画素数化
およびチンブザイスのね小化をはかる上で大きな障害と
なる。

本発明の目的は上記の欠点を除去し、大画素数化および
チップ→ノイズの縮小化が可能な固体撮像素子の製造方
法を提供することにある。

本発明にすれば、第１の導電型からなる半導体基板上に
マトリックス状に配置され、前記基板と反対の第２の導
電型からなる複数個の光電変換部と、前記第２の導電型
の埋込みチャネルで構成された複数列の電りｊ転送装置
からなるシフトレジスタ部と、列方向に沿う前記光電変
換部と対応する前記シフトレジスタの間に設けられ、前
記第１の導電型で不純物ｄ度の低い第１の半導体領域か
らなる転送ゲート領域と、前記第１の導電型で不純物濃
度の高い第２の半導体領域からなり、前記光電変換部と
前記シフトレジスタ部を互いに電気的に分離するチャネ
ルストップ領域とて構成される固体撮像素子の製造にお
いて、前記ｙＣ市変換部と前記シフトし・シスタ部を窒
化シリコン１漠で被覆した後に該窒化シリコン膜をマス
クとして前記転送ケート領域および前記チャネルストッ
プ領域に前記第１の半導体領域を形成し、前記転送′ｒ
−１−領域をフォトレジストで被覆した後に前記窒化シ
リコン膜および前記フォトレジストをマスクとして前記
チャネルストップ領域に前記第２の半導体領域を形成し
、前記フォトレジストを除去した後に前記窒化シリコン
膜をマスクとして二酸化シリコン膜を形成し、前記窒化
シリコン膜を除去した後に前記二酸化シリコン膜をマス
クとして前記光電変換部および前記シフトレジスタ部に
前記第２の導電型を形成し、次に前記転送ケート領域上
の前記二酸化シリコン膜を除去する工程を具備したこと
を特徴とする固体撮像素子のＮ漬方法が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

説明を簡単にするために本発明の実施例はＮ−チャネル
デバイスとする。

第７図〜第１２図は前記本発明の詳細な説明するための
図で、本発明によって製造される固体撮像素子の平面配
置■図は第１図と同一なため、第１図におけるＡ−Ａ’
断面図を主要工程ごとに示した。

また第２図〜第６図と同一のものには同一番号を付しで
ある。

まず、第７図に示すように１３Ω・儂のＰ型シリコン基
板１６の主表面に酸化性雰囲気中で高温酸化処理するこ
とにより約１６００＾の二酸化シリコン膜３０を形成し
た後、シランおよびアンモニアを用いる既知の方法によ
り窒化シリコン膜３１を沈積する。次に、この窒化シリ
コン膜３１上にフォトレジスト３２を塗布し、既知の写
真蝕刻技術とプラズマエツチング法を用いてチャネルス
トップ領域２４および転送ゲート領域２０を形成する部
分の窒化シＩＪコン膜３１を除去する。次いでボロンを
フォトレジスト３２をマスクとして加速エネルギー約５
０　ＫｅＶ、イオン注入ドーズ量的２．０　ＸＩＯ”〆
１２でイオン注入し、転送ゲート領域２０の閾値電圧を
制御するＰ型層２１を形成する。このときチャネルスト
７ブ領域２４を形成する部分にもＰ型層２１と同じ？Ａ
　ＩｆのＰ型層３３が形成される。

次に再び写真蝕刻技術を用いて転送ゲート領域２０を形
成する部分のみをフォトレジスト３４で覆った後、フォ
トレジスト３２と３４をマスクとして、ホロンを加速エ
ネルギー約１００　ＫｅＶ　、イオン注入ドーズ量的２
．ＯｘｌＯ”／ｃＩｒＬ”でイオン注入し、基板不純物
濃度が高いチャネルストップ領域２４を形成する。

なお、このチャネルストップ領域２４ｆこは前工程でＰ
型層３３が形成されていたが、イオン注入ドース゛値が
本工程に比べて一桁小さいため、チャネルストッパーと
しての機能は本工程によって決定される（第８図）。

次にチャネルストップ領域２４を形成するマスクとして
用いたフォトレジスト３２と３４を除去した後に、窒化
シリコン膜３１をマスクとして熱酸化を有ない、チャネ
ルストップ領域２４上および転送ゲート領域２０上に約
８００ＯＡの二酸化シリコン膜３５を形成する（第９図
）。

次に窒化シリコン膜３１を燐酸等のエツチング液で除去
した後、チャネルストップ領域２４および転送ケート領
域２０上の二酸化シリコン膜３５のみを残して、他の二
酸化シリコン膜３０を弗酸系のエツチング液で除去する
。次いで二酸化シリコン膜３５をマスクとしてリンをイ
オン注入した後、酸化性雰囲気中で高温酸化処理するこ
とにより約１６０ＯＡの二酸化シリコン膜３６を形成す
る。その後高温処理することにより、前工程でイオン注
入されたリンを約２μｍの深さにまで拡散させて、垂直
レジスタ１９の埋込みチャネルとなるＮ型層と光電変換
部２２のＮ型層を同時に形成する。この工程により垂直
レジスタ１９と光電変換部２２とは所謂セルファライン
で形成されたことになり、従来の製造方法で問題となっ
ていたマスク目金わせ精度不足による転送ゲート領域２
０のチャネル長のばらつきは皆無となる（第１０図）。

次に写真蝕刻技術を用いて転送ゲート領域２０以外をフ
ォトレジスト３７で被覆し、このフォトレジスト３７を
マスクとして転送ゲート領域２０上の二酸化シリコン膜
３５を除去する（第１１図）。

次に前記フォトレジスト３７を除去した後、二酸化シリ
コン膜３６を弗葭系のエツチング液で除去し、その後、
熱酸化ζこより約１００ＯＡの二酸化シリコン膜３８を
形成する。次いで既知のシランの熱分解法によって約６
００ＯＡの多結晶シリコン膜をウェハ全面に沈積し、そ
の後、この多結晶シリコン膜に導電性を持たせるために
リンを拡散する。そして既知の写真蝕刻技術とプラズマ
エツチング法を用いて電荷転送電極■８以外の部分の多
結晶シリコン膜を除去する。次に熱酸化により約７５Ｏ
Ａの二酸化シリコン膜を形成した後、気相生長で約１．
１μ７７１のリンガラス腺を生長させ、前記二酸化シリ
コン膜３５　、３８と合わせて絶縁膜１７を形成する。

次いで既知の写真蝕刻技術を用いて光電に撲部２２以外
を光遮蔽のための金属層２３で被怪する（第１２図）。

以上、実施例の説明から明らかなように、本発明によれ
ば固体撮像素子の垂直レジスタと光電変換部および転送
ゲート領域の閾値電圧を制御する不純物層とが７″５Ｔ
謂セルフアラインで形成できるため、従来の製造ノｊ法
で問題上なっていたマスク１」合わぜ梢度不足ζこよる
転送ゲート領域のチャネル長のほらつきは皆無となる。

さらにマスクの重ね合わせの余裕を必要さしないので、
−画素当りのサイズが縮小化でき、その結果、大画素数
化およびチノゾザイスの縮小化がａＴ＊Ｑとなり、その
効果は大きい。

図面０叩１】単な；脱明 第１図はインターライン転送力式固体撮像素子の一例の
平ｉｉｉ　Ｑｃ：　１６０図、第２図は第１図ζこ示す
固体撮像素子のＡ−へ′線における断面図、第３図〜第
６図は従来の製造方法の一例を眺”Ｊ４するために、工
程順に示した断面図、第７図〜第１２図は本発明の製造
方法を説ψＪするために、工程１１４に示した断面図で
ある。

１１　、２２・・光ｉａ忽換部、１２　、２０・・・転
送ケ゛−ト領域、１３　、１９・・−垂直レジスタ、１
４・・・水平レジスタ、１５・・・出力回路、１６・・
・基板半導体、１７・・・絶縁層、１８・・・電荷転送
電極、２３・・金属層、２・１・・チー、ネルス１−７
ブ領域、２５　、２７　、２８　、３（＋　、　３５　
、　：（（ｉ　、　３Ｆ、・二ｆＱ化ンリコン膜、２６
　、３１・・屋化ソリコン欣、１２９　、３２　、　’
、ｉ４　。

３７・・フォトレジスタ。

代理人ｊ丙Ｌ　内　原　　　晋１・′　　　　・１、、
′、、、、＝ 第１　覆 ／イ　イ２イ＝３ 夕ｊ号りビＥ≧９ 千３図 ２タ ノ ン ノ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の導電型からなる半導体基板上にマトリックス状に
   配置され、前記基板さ反対の第２の導電型からなる複数
   個の光電変換部と、前記第２の導電型の叩込みチャネル
   で構成さイ９た複数列の電荷転送装置からなるシフトレ
   ジスタ部と、列方向に沿う前記光１（（、ｄｌ換部と対
   応する前記シフトレジスタの間に設けられ、前記第１の
   導電型で不純物濃度の低い第１の半導体領域からなる転
   送ゲート領域と、前記第１の導電型で不純物濃度の高い
   第２の半導体領域からなり、前記光電変換部と前記シフ
   トレジスタ部を互いに′電気的に分離するチャネルスト
   ップ鎖酸とで構成される固体撮像素子の製造において、
   前記光電変換部と前記シフトレジスタ部を窒化シリコン
   膜で被覆した後に該窒化シリコン膜をマスクさして前記
   転送ゲート領域および前記チャネルストップ領域に前記
   第１の半導体領域を形成し、前記転送ゲート（ｉｊＪ域
   をフォトレジストで被覆した後に前記窒化シリコン膜お
   よび前記フォトレジストをマスクとして前記チャネルス
   ］・ツブ領域に前記第２の半導体領域を形成し、前記フ
   ォトレジストを除去した後に前記窒化シリコン膜をマス
   クとして二酸化シリコン膜を形成し、前記窒化シリコン
   膜を除去した後に前記二酸化シリコン膜をマスクとして
   前記光電変換部および前記シフトレジスタ部に前記第２
   の導電型を形成し、次に前記転送ゲート領域上の前記二
   酸化シリコン膜を除去する工程を具備したことを特徴と
   する固体撮１駅素子の製造方法。