JPS60167366A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板上に走査同時及び光電変換素子を集
積化した固体撮像装置の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来のＭＯＳ型固体撮像装置の一画素の断面を
示す。図において、１はｐ型半導体基板、２はＭＯＳ）
ランジスタ１４のソース、３．４゜７はそれぞれ上記Ｍ
Ｏ３）ランジスタ１４のドレイン、チャネル、ゲート、
５はフィールド酸化膜、６は垂直信号線、８は透明絶縁
膜である。また９は表面平坦化膜、１０は色フィルタ、
１１は保護膜、１２は遮光膜である。なお本装置ではＭ
ＯＳトランジスタ１４のソース２が光電変換部、ソース
２と基板１との接合面１３に形成された接合キャパシタ
ンスが信号電荷蓄積部となっており、以下この光電変換
部２及び信号電荷蓄積部１３を合わせて単に光電変換部
６０と呼称する。そしてスイッチング機能を有する上記
トランジスタ１４及び垂直信号線６によって、当該画素
の蓄積電荷量を外部に読出すようになっている。

第３図は固体撮像装置の一画素の断面構造を示すもので
あるが、これを配列した装置全体の回路図を第４図に示
す。第４図において、２１は水平走査回路、２２は垂直
走査回路、２３は垂直信号線、２４は水平信号線であり
、これは各ＭＯＳトランジスタ１４のゲートに接続され
ている。また上記トランジスタ１４を含む破線で囲まれ
た部分２５が第３図でその断面を示した画素単位に相当
する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の固体撮像装置は以上のように構成されており、そ
の製造は従来広く行なわれているＭＯＳトランジスタ形
成プロセスによってなされる。しかし、受光部がＭＯ３
Ｉ−ランジスタのソース部のみであるということから、
遮光膜がない場合は、他の部分に入射した光はＭＯＳト
ランジスタのスイッチング動作にかかわらない擬信号と
なってしまう等の悪影響を及ぼすことになる。このため
に部分的に遮光膜を設けているのであるが、同時にこれ
は光の利用率を低くしていることにもつながる。即ち、
第３図に示すような従来装置では、有効に光電変換され
る光量の割合を示す開口率が２０％〜３０％と大変低く
、またキャリアの蓄積部がソース部の下のｐｎ接合容量
だけであるので、飽和信号量が低いという欠点があった
。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、遮光膜
が不要となると同時に光電変換部を著しく広くすること
ができ、開口率及びキャリアの蓄積能力、即ち飽和光量
が大幅に向上する固体撮像装置を得ることのできる固体
撮像装置の製造方法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板
内に画素毎に第１の光電変換部及び読出しスイッチング
素子を形成する工程と、上記読出しスイッチング素子上
に絶縁膜を介して半導体層を形成し、該半導体層をレー
ザアニールにより再結晶化した後イオン注入及び熱アニ
ールを行なうことによって、上記読出しスイッチング素
子上に隣接する画素の上記第１の光電変換部に電気的に
接続された第２の光電変換部を形成する工程とからなる
ものである。

〔作用〕

この発明においては、基板内に第１の光電変換部と読出
しスイッチング素子を形成した後、隣接画素上に形成さ
れた半導体層にレーザアニールを施すことによって、該
隣接画素上に上記第１の光電変換部の単結晶層に連続す
る単結晶シリコン層が形成され、さらに該単結晶層にイ
オン注入及び熱アニールを行なうことによって、上記第
１の光電変換部のｐｎ接合面と連続するｐｎ接合面を有
する第２の光電変換部が形成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

ここで、本実施例の固体撮像装置の製造方法は、特に第
２の光電変換部の製造方法に特徴を有しており、これは
絶縁膜上に単結晶シリコンを形成する方法として最近そ
の手法が確立されてきたレーザアニール法を用いるもの
である。レーザアニールによる単結晶成長技術としては
文献（Ｊ、Ｐ、Ｇｏｌｉｎｇｅ　。

ｅｔ　ａｌ　；Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、４１
　（１９８２）　３４６．）がある。そしてレーザアニ
ールによって単結晶化された領域に更にイオン注入を行
ない、熱アニールを加えることにより、光電変換領域及
び信号電荷蓄積領域を形成するものである。

第１図は本発明の一実施例による製造方法により得られ
た固体撮像装置を示し、図において、３１はｐ型半導体
基板、３２はＭＯ３Ｉ−ランジスタ５０のソース、３３
は同じくドレイン、３４．３５は同じくチャネル、ゲー
トである。３６は垂直信号線であり、画素の信号を外部
へ読出すための配線である。この配線には、ドープポリ
シリコン５モリブデン、タングステン等、高融点の材料
を用いる。３７はトランジスタ５０及び垂直信号線３６
を覆う絶縁膜である。

そして本装置ではＭＯＳ）ランジスタ５０のソース３２
が第１の光電変換部、ソース３２と基板３１との接合面
５１が第１の信号電荷蓄積領域となっており、以下光電
変換部３２及び信号電荷蓄積領域５１を合わせて単に第
１の５光電変換部６０と呼称する。またスイッチング機
能を有するトランジスタ５０全体が上記第１の光電変換
部６０の電荷を読み出すスイッチング素子となっており
、このスイッチング素子と垂直信号線３６とにより走査
回路部が構成されている。

また３８．３９は上記走査回路部上に絶縁膜３７を介し
て形成されたｐ型半導体層、及びｎ型半導体層で、ｎ型
半導体層３９は第２の光電変換部を、両半導体層３８．
３９の接合面５２は第２の信号電荷蓄積領域を形成して
いる。以下光電変換部３９及び信号電荷蓄積領域５２を
合わせて単に第２の光電変換部７０と呼称する。また４
０はフィールド酸化膜、４１は絶縁膜、４２は平用化膜
、４３は色フィルタ、４４は保護膜である。

このように、本実施例における１画素は、各色フイルタ
下方のＭＯＳ）ランジスタ５０及び第１の光電変換部６
０と、その隣の色フイルタ下方の第２の光電変換部７０
により構成されており、また第１図に示した従来装置の
遮光膜は形成されていない。

このような構成になる本装置では、ＭＯＳトランジスタ
５０のソース３２と基板３１とのｐｎ接合面５１に逆バ
イアス電圧をかけておくが、絶縁いる。これは半導体層
３９がソース３２と同じｎ型導電性を示す領域であり、
半導体層３８が基板３１と同じｐ型導電性を示すからで
ある。そして、入射した光は、ソース３２近傍及び半導
体領域３８．３９で吸収され、このとき発生した電子正
孔対が、ｐｎ接合面５１及び５２に拡散し、蓄積電荷と
再結合を行なうことにより、逆バイアス電圧の大きさを
減少させることになる。即ち、光信号が蓄積される時間
は、ＭＯＳ）ランジスタ５０が非導通状態にある時間で
あり、基板３１及びｐ型半導体層３８の一定電位に対し
てフローティング状態のｎ型半導体領域３２及び３９の
電位が変化した大きさが、蓄積時間内の入射光総量に対
応する。この蓄積信号量は、信号読出し時にＭＯＳ）ラ
ンジスタ５０が導通状態となり、信号線３６から流れ込
んでくる電荷量と等しいので、外部で電流値を測定する
ことによって入射光信号の大きさがめられる。

以上述べた動作を行なう固体撮像装置の製造方法を第２
図（ａ）〜（ｈ）に示したプロセスフロー図を用いて説
明する。第２図（ａ）ではＭＯＳ）ランジスタ５０のゲ
ート３５．ソース３２．ドレイン３３が形成されており
、同図中）で第一層配線、即ち垂直走査線３６が高融点
材料を用いてドレイン３３側に形成される。次に絶縁膜
（例え、ば５ｉ０２）３７を減圧ＣＶＤ法等により全面
に形成し、そののちＭＯＳ）ランジスタ５０のソース３
２上部の絶縁膜のみを同図（Ｃ）に示すようにエツチン
グ除去する。このエツチング除去の時点において、ソー
ス３２と基板３１間のｐｎ接合は外表面に露出している
必要がある。これにｐ型のポリシリコン４５を堆積する
と同図（ｄ）に示すような構造になる。このｐ型ポリシ
リコン４５は、例えば減圧ＣＶＤ法によって形成できる
。更にポリシリコン４５を部分的にエツチングし、同図
（ｅ）に示すような構造にする。なおこのときｐ型ポリ
シリコン４５とｎ型のソース３２とは接触せずに離れて
いる方が好ましい。また、このポリシリコン４５のエツ
チングを行なう際、例えばＣＦａプラズマを用いること
ができるが、下地のＳｉが露出した時点でエツチングを
止める必要がある。同図（Ｐｉ）の状態でレーザアニー
ルによりｐ型ポリシリコン４５をｐ型車結晶シリコンに
再結晶化する。このとき、ｐ型ポリシリコン４５は基板
３１と接触しているために、基板３１の面方位を保って
再結晶化が行なわれる。

またレーザアニールの際は、レーザビームの制御によっ
て、ｎ型半導体領域３２には照射されないようにしたほ
うが、ｎ型不純物の再拡散を抑える上で好ましい。次に
ひ素等のｎ型不純物の注入及び熱アニールによって、再
結晶化したシリコン層４５の表面及び９表面に露出して
いるｐ型半導体部６１の表面をｎ型半導体に変化させる
。この時の断面図が同図（ｆ）である。同図（ｆ）では
、ｎ型半導体層３２とｎ型半導体層３９とが電気的に接
続され、またｐ型半導体層３８は、再結晶化によって基
板３１のｐ型半導体と電気的に接続される。従ってそれ
らの界面であるｐｎ接合面５１及び５２は連続して形成
されている。これにバンシベーション膜４１を形成した
ものが同図（旬であり、平坦化膜４２９色フィルタ４３
．保護膜４４を形成すると同図（ｈ）に示す完成した構
造となる。

ここで上記ＭＯ３）ランジスタ５０のゲート３５、ドレ
イン３３．フィールド酸化膜４０の上層に絶縁膜３７を
介して形成されている第２の光電変換部７０は、可視光
を十分吸収できるように厚くつくられている。例えば、
光電変換部の材料が上に示したような単結晶シリコンの
場合、その禁制帯幅以上のエネルギーの光に対する吸収
係数の値は１０４ｃｍ”以上であるので、１μｍの厚さ
で６０％以上、２μｍの厚さで９０％以上の光を吸収で
きる。

このように、本実施例では画素毎に形成される光電変換
部を当該画素に隣接する画素の読み出しスイッチング素
子上にもレーザアニール法を利用して形成するようにし
たので、有効に光電変換される光量の割合を示す開口率
及びキ中リアの蓄積能力が大幅に向上した固体撮像装置
を再現性良く製造できる。

なお、上記実施例では、再結晶化させる材料として多結
晶シリコンを用いたが、これはアモルファスシリコンを
用いてもよい。

また、上記実施例ではｐ型基板上に撮像装置を形成する
場合について説明したが、これはｎ型半導体でもよく、
この場合は形成する半導体領域の導電性を上記実施例の
場合とすべて逆にすればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る固体撮像装置の製造方法
によれば、基板内に第１の光電変換部と読出しスイッチ
ング素子を形成した後、隣接画素上に形成された半導体
層をレーザアニールによって再結晶化し、該再結晶化層
にイオン注入及び熱アニールを行なって、隣接画素上に
上記第１の光電変換部に連続する第２の光電変換部を形
成したので、開口率の大きい高感度のものを再現性良く
製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例により製造された固体撮像装
置を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｈｌは本発明の一実
施例による固体撮像装置の製造方法を示すプロセスフロ
ー図、第３図は従来の固体撮像装置の一画素を示す断面
図、第４図は第３図の一画素を配列してなる従来装置の
全体構成を示す回路図である。 ３１・・・ｐ型半導体基板、３２・・・ソース、３３・
・・ドレイ、ン、３４・・・チャネル、３５・・・ゲー
ト、３６・・・垂直信号線、３７・・・絶縁膜、３８・
・・ｐ型半導体層、３９・・・ｎ型半導体層、５１．５
２・・・接合面、５０・・・ＭＯＳ）ランジスタ（読出
しスイッチング素子）、６０・・・第１の光電変換部、
７０・・・第２の光電変換部。 代理人　早　瀬　憲　− 第２図 第２Ｗｉ 第２図 第３図 ９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　半導体基板内に画素毎に第１の光電変換部及び
   該第１の光電変換部より入射光量に応じた電荷を読み出
   す読出しスイッチング素子を形成する第１の工程と、上
   記読出しスイッチング素子上にこれと絶縁してかつ隣接
   −する画素の上記第１の光電変換部に電気的に接続して
   第２の光電変換部を形成する第２の工程とを備えた固体
   撮像装置の製造方法であって、上記第２の工程は、上記
   読出しスイッチング素子上の第２の光電変換部となるべ
   き部分に絶縁膜を介して半導体層を形成する工程。 該半導体層をレーザアニールにより再結晶化する工程、
   及び該再結晶化層にイオン注入及び熱アニールを行ない
   光電変換領域、信号電荷蓄積領域のそれぞれを上記第１
   の光電変換部のそれと接続して形成する工程を含むもの
   であることを特徴ζする固体撮像装置の製造方法。