(57)【要約】【課題】  単位画素の光電変換効率を向上させ、かつ白点等の特性改善を可能にした固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  光電変換部となるフォトダイオードＰＤの形成工程において、第１の分離拡散層２４と第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２にイオン注入によりフォトダイオードＰＤの電荷蓄積領域２７を形成するとともに、第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａにも不純物イオンを注入した後、熱拡散によりｎ型電荷蓄積領域２７の外周部位が突出領域２４Ａの下方で第２の分離拡散層２５に当接または近接する状態に形成した。【選択図】  図３
2006216577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成したウェル領域に信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換部を含む複数個の画素を２次元配列してなる固体撮像装置であって、
前記ウェル領域の表面において前記画素同士間を電気的に分離する素子分離絶縁膜と、
前記素子分離絶縁膜の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第１の分離拡散層と、
前記第１の分離拡散層の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第２の分離拡散層とを備え、
前記電荷蓄積領域は前記第１の分離拡散層と前記第２の分離拡散層で囲まれた前記ウェル領域に形成され、
前記電荷蓄積領域と前記第１の分離拡散層との境界に対応する前記第１の分離拡散層の内側周辺部分は前記電荷蓄積領域内に突出する突出領域とされ、
前記突出領域は前記第１の分離拡散層の導電型不純物と前記電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成され、
前記電荷蓄積領域と前記第２の分離拡散層との境界に対応する前記電荷蓄積領域の部分は前記突出領域の下方に位置して前記第２の分離拡散層に当接または近接している、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の分離拡散層は前記ウェル領域の深さ方向に延在して形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換部は、前記電荷蓄積領域上に積層された正孔蓄積層を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
半導体基板上に形成したウェル領域に信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換部を含む複数個の画素を半導体基板に２次元配列してなる固体撮像装置の製造方法であって、
前記画素同士間を電気的に分離する素子分離絶縁膜を前記ウェル領域の表面に形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
前記素子分離絶縁膜の下方で前記画素同士間を電気的に分離するとともに前記電荷蓄積領域との境界に対応する内側周辺部分が前記電荷蓄積領域内に突出する突出領域を有する第１の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第１拡散層形成工程と、
前記第１の分離拡散層の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第２の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第２拡散層形成工程と、
前記ウェル領域に前記素子分離絶縁膜と前記第１及び第２の分離拡散層より互いに電気的に分離した状態で前記光電変換部を画素毎に形成する光電変換部形成工程とを含み、
前記光電変換部形成工程は、
前記電荷蓄積領域を形成するための不純物のイオン注入を前記第１の分離拡散層と前記第２の分離拡散層で囲まれた前記ウェル領域及び前記第１の分離拡散層の突出領域に対して行うイオン注入工程と、
前記イオン注入工程により前記ウェル領域に注入された不純物を熱拡散して、前記電荷蓄積領域と前記第２の分離拡散層との境界に対応する前記電荷蓄積領域の部分を前記突出領域の下方に位置して前記第２の分離拡散層に当接または近接するように形成する熱拡散工程を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に形成したウェル領域に信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換部を含む複数個の画素を半導体基板に２次元配列してなる固体撮像装置の製造方法であって、
前記画素同士間を電気的に分離する素子分離絶縁膜を前記ウェル領域の表面に形成する素子分離絶縁膜形成工程と、
前記素子分離絶縁膜の下方で前記画素同士間を電気的に分離するとともに前記電荷蓄積領域との境界に対応する内側周辺部分が前記電荷蓄積領域内に突出する突出領域を有する第１の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第１拡散層形成工程と、
前記第１の分離拡散層の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第２の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第２拡散層形成工程と、
前記ウェル領域に前記素子分離絶縁膜と前記第１及び第２の分離拡散層により互いに電気的に分離した状態で前記光電変換部を画素毎に形成する光電変換部形成工程とを含み、
前記光電変換部形成工程は、
前記電荷蓄積領域を形成するための不純物のイオン注入を前記第１の分離拡散層と前記第２の分離拡散層で囲まれた前記ウェル領域に対して行うイオン注入工程と、
前記イオン注入工程により前記ウェル領域に注入された不純物を熱拡散して、前記電荷蓄積領域と前記第２の分離拡散層との境界に対応する前記電荷蓄積領域の部分を前記突出領域の下方に位置して前記第２の分離拡散層に当接または近接するように形成するとともに、前記第１の分離拡散層の突出領域を前記第１の分離拡散層の導電型不純物と前記電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成する熱拡散工程を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の分離拡散層は前記ウェル領域の深さ方向に延在して形成されていることを特徴とする請求項４または５の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記光電変換部は、前記電荷蓄積領域上に積層された正孔蓄積層を有することを特徴とする請求項４または５の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位画素の光電変換効率を向上させる固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサの１つであるＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、画素領域とそれを駆動し信号処理する周辺回路とからなっており、周辺回路の微細化技術を画素領域にも採用されることが一般的になってきている。また、最近の微細ＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素の素子分離においても、周辺回路と同様のＳＴＩ（シャロー・トレンチ・アイソレーション）素子分離法が用いられている。
【０００３】
図７は従来の一般的なＣＭＯＳイメージセンサの概略構成を示す断面図である。
この図７において、ＣＭＯＳイメージセンサは、ｎ型シリコン半導体基板１と、このｎ型シリコン半導体基板１に形成されたｐ型半導体ウェル領域２と、このｐ型半導体ウェル領域２内に形成されたｎ＋型のホール蓄積層３、ｎ型の信号電荷蓄積領域４、読み出し領域１１、ｎ＋型の読み出し部（ＦＤ）１２及び浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）のための溝５とから構成されている。溝５内にはシリコン酸化膜などの絶縁材６が埋め込まれ、この絶縁材６の外側にｐ＋型のＳＴＩ側壁層７が形成されている。また、読み出し領域５の上部には絶縁膜８を介して読み出しゲート９が形成され、さらに、このゲート９に隣接してリセットゲート１０が配置されている。また、このようなＣＭＯＳイメージセンサの受光部は、基板最表面のホール蓄積層３とその下層に形成された信号電荷蓄積領域４からなる埋め込みフォトダイオードで構成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３１９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７に示したＣＭＯＳイメージセンサでは、ＳＴＩ側壁層７の幅（厚さ）を暗電流の発生を抑制する対策上、ある幅以上（ある濃度以上）に確保する必要がある。しかしながら、ＳＴＩ側壁層７の幅をある幅以上すると、フォトダイオードの信号電荷蓄積領域４の実行面積が減少して取り扱い電荷量が減少してしまう。そこで、単位面積あたりのフォトダイオードの取り扱い電荷量、すなわち飽和信号量（いわゆる信号電荷量）を増大させるために信号電荷蓄積領域４のｎ＋層の不純物濃度だけでなく、表面のｐ＋層と信号電荷蓄積領域４の下にあるウェル領域２のｐ層の不純物濃度を高める方法がある。
【０００５】
しかし、このような構造の固体撮像装置では、信号電荷蓄積領域４のｎ＋層と表面のｐ＋層との間の電界が増加し易くなり、電界の増大は暗電流や白点を増加させるという問題がある。また、単位面積あたりのフォトダイオードの取り扱い電荷量を増大させるために信号電荷蓄積領域４のｎ＋層の不純物濃度を上げると、ホール蓄積層３との電界が高まり、これによって白点が発生し易くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、単位画素の光電変換効率を向上できるとともに白点等の特性改善を可能にした固体撮像装置及びその製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、半導体基板上に形成したウェル領域に信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換部を含む複数個の画素を２次元配列してなる固体撮像装置であって、前記ウェル領域の表面において前記画素同士間を電気的に分離する素子分離絶縁膜と、前記素子分離絶縁膜の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第１の分離拡散層と、前記第１の分離拡散層の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第２の分離拡散層とを備え、前記電荷蓄積領域は前記第１の分離拡散層と前記第２の分離拡散層で囲まれた前記ウェル領域に形成され、前記電荷蓄積領域と前記第１の分離拡散層との境界に対応する前記第１の分離拡散層の内側周辺部分は前記電荷蓄積領域内に突出する突出領域とされ、前記突出領域は前記第１の分離拡散層の導電型不純物と前記電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成され、前記電荷蓄積領域と前記第２の分離拡散層との境界に対応する前記電荷蓄積領域の部分は前記突出領域の下方に位置して前記第２の分離拡散層に当接または近接していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、半導体基板上に形成したウェル領域に信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換部を含む複数個の画素を半導体基板に２次元配列してなる固体撮像装置の製造方法であって、前記画素同士間を電気的に分離する素子分離絶縁膜を前記ウェル領域の表面に形成する素子分離絶縁膜形成工程と、前記素子分離絶縁膜の下方で前記画素同士間を電気的に分離するとともに前記電荷蓄積領域との境界に対応する内側周辺部分が前記電荷蓄積領域内に突出する突出領域を有する第１の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第１拡散層形成工程と、前記第１の分離拡散層の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第２の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第２拡散層形成工程と、前記ウェル領域に前記素子分離絶縁膜と前記第１及び第２の分離拡散層より互いに電気的に分離した状態で前記光電変換部を画素毎に形成する光電変換部形成工程とを含み、前記光電変換部形成工程は、前記電荷蓄積領域を形成するための不純物のイオン注入を前記第１の分離拡散層と前記第２の分離拡散層で囲まれた前記ウェル領域及び前記第１の分離拡散層の突出領域に対して行うイオン注入工程と、前記イオン注入工程により前記ウェル領域に注入された不純物を熱拡散して、前記電荷蓄積領域と前記第２の分離拡散層との境界に対応する前記電荷蓄積領域の部分を前記突出領域の下方に位置して前記第２の分離拡散層に当接または近接するように形成する熱拡散工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、半導体基板上に形成したウェル領域に信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域を有する光電変換部を含む複数個の画素を半導体基板に２次元配列してなる固体撮像装置の製造方法であって、前記画素同士間を電気的に分離する素子分離絶縁膜を前記ウェル領域の表面に形成する素子分離絶縁膜形成工程と、前記素子分離絶縁膜の下方で前記画素同士間を電気的に分離するとともに前記電荷蓄積領域との境界に対応する内側周辺部分が前記電荷蓄積領域内に突出する突出領域を有する第１の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第１拡散層形成工程と、前記第１の分離拡散層の下方において前記画素同士間を電気的に分離する第２の分離拡散層を前記ウェル領域に形成する第２拡散層形成工程と、前記ウェル領域に前記素子分離絶縁膜と前記第１及び第２の分離拡散層により互いに電気的に分離した状態で前記光電変換部を画素毎に形成する光電変換部形成工程とを含み、前記光電変換部形成工程は、前記電荷蓄積領域を形成するための不純物のイオン注入を前記第１の分離拡散層と前記第２の分離拡散層で囲まれた前記ウェル領域に対して行うイオン注入工程と、前記イオン注入工程により前記ウェル領域に注入された不純物を熱拡散して、前記電荷蓄積領域と前記第２の分離拡散層との境界に対応する前記電荷蓄積領域の部分を前記突出領域の下方に位置して前記第２の分離拡散層に当接または近接するように形成するとともに、前記第１の分離拡散層の突出領域を前記第１の分離拡散層の導電型不純物と前記電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成する熱拡散工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる固体撮像装置によれば、光電変換部の電荷蓄積領域と第２の分離拡散層との境界に対応する電荷蓄積領域の部分を突出領域の下方に位置して第２の分離拡散層に当接または近接するように形成したので、画素内における光電変換部の電荷蓄積領域（面積）を増大することができ、単位画素の光電変換効率を向上させ、飽和信号量を増大できることができるとともに、従来のように光電変換素子の不純物領域の不純物濃度を過度に高くする必要がないので、白点等の欠陥画素の発生を抑制できる。しかも、電荷蓄積領域と第２の分離拡散層との境界に対応する第１の分離拡散層の内側周辺部分を電荷蓄積領域内に突出させ、この突出領域を第１の分離拡散層の導電型不純物と電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成したので、電荷蓄積領域におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界が緩和され、これにより電子の湧き出しを抑制して暗電流や白点の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明にかかる固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換部の形成工程において、イオン注入によりウェル領域に電荷蓄積領域を形成するとともに第１の分離拡散層の突出領域に対してもイオン注入を行い、その後、ウェル領域に注入された不純物を熱拡散して、電荷蓄積領域と第２の分離拡散層との境界に対応する電荷蓄積領域の部分を突出領域の下方に位置して第２の分離拡散層に当接または近接するように形成したので、画素内における光電変換部の電荷蓄積領域（面積）を増大でき、単位画素の光電変換効率を向上させることができるとともに、従来のように光電変換素子の不純物領域の不純物濃度を過度に高くする必要がないので、白点等の欠陥画素の発生を抑制できる。しかも、突出領域を第１の分離拡散層の導電型不純物と電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成したので、電荷蓄積領域におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界が緩和され、これにより電子の湧き出しを抑制し暗電流や白点の発生を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換部の形成工程において、イオン注入によりウェル領域に電荷蓄積領域を形成した後、熱拡散により電荷蓄積領域と第２の分離拡散層との境界に対応する電荷蓄積領域の部分を突出領域の下方に位置して第２の分離拡散層に当接または近接するように形成したので、画素内における光電変換部の電荷蓄積領域（面積）を増大でき、単位画素の光電変換効率を向上させることができるとともに、従来のように光電変換素子の不純物領域の不純物濃度を過度に高くする必要がないので、白点等の欠陥画素の発生を抑制できる。しかも、熱拡散により第１の分離拡散層の突出領域を前記第１の分離拡散層の導電型不純物と前記電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成したので、電荷蓄積領域におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界が緩和され、これにより電子の湧き出しを抑制し暗電流や白点の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施の形態による固体撮像装置の特徴は、電荷蓄積領域と第２の分離拡散層との境界に対応する第１の分離拡散層の内側周辺部分を電荷蓄積領域内に突出する突出領域とし、光電変換部の電荷蓄積領域と第２の分離拡散層との境界に対応する電荷蓄積領域の部分を突出領域の下方に位置して第２の分離拡散層に当接または近接するように形成し、突出領域を第１の分離拡散層の導電型不純物と電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成する。
この構成により、画素内における光電変換部の電荷蓄積領域（面積）を増大することができ、単位画素の光電変換効率を向上させることが可能になる。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の固体撮像装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。
図１〜図３は本実施例１にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【００１５】
実施例１にかかる固体撮像装置２０は、第１導電型の半導体基板、例えばｎ型のシリコン基板（特許請求の範囲の半導体基板に相当）２１を有し、このｎ型シリコン基板２１上には、第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域（特許請求の範囲のウェル領域に相当）２２が形成され、このｐ型半導体ウェル領域２２には、光電変換部となるフォトダイオードＰＤを含む複数個の画素３０（この画素３０は、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を取り出すための図示省略のトランジスタを含んで構成される）が２次元配列に形成されている。また、ｐ型半導体ウェル領域２２にはその表面に臨ませて、隣合う単位画素３０の間を互いに電気的に分離する素子分離絶縁膜２３が形成されている。さらに、素子分離絶縁膜２３の下方に位置するｐ型半導体ウェル領域２２の表面箇所には、隣合う単位画素３０の間を互いに電気的に分離するｐ型の第１の分離拡散層２４が形成されている。さらに、第１の分離拡散層２４の下方に位置するｐ型半導体ウェル領域２２には、隣合う単位画素３０の間を互いに電気的に分離するｐ型の第２の分離拡散層２５が形成されている。２６はｐ型半導体ウェル領域２２の表面に形成した絶縁膜である。
【００１６】
フォトダイオードＰＤは、ｐ型半導体ウェル領域２２と、第１の分離拡散層２４及び第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２に形成され、光電変換により発生する信号電荷を蓄積する第１導電型であるｎ型の電荷蓄積領域２７とを備えている。さらに、本実施例では、フォトダイオードＰＤは、ｎ型電荷蓄積領域２７の表面に形成された第２導電型のｐ＋アキューミュレーション層２８を備えている。このようなフォトダイオードＰＤはＨＡＤ（Hole Accumulation Diode：正孔蓄積ダイオード）構造のイメージセンサを構成している。
フォトダイオードＰＤにおいて、ｐ＋アキューミュレーション層２８は、界面準位による暗電流、白点の原因を抑制する働きをする。また、第１の分離拡散層２４は、隣合うフォトダイオードＰＤ間の分離をより確実にするものであり、さらに、第２の分離拡散層２５は、隣合うフォトダイオードＰＤ間の深さ方向の分離機能をも兼ねるものである。
【００１７】
次に、固体撮像装置１０の製造方法について、図１〜図３を参照して説明する。
まず、図１に示すように、ｎ型シリコン基板２１にｐ型半導体ウェル領域２２を形成する。しかる後、ｐ型半導体ウェル領域２２上にホトリソグラフィにより、光電変換部となるフォトダイオードＰＤを含む各画素３０を互いに分離する分離パターンをパターニングして、ｐ型の第２の分離拡散層２５を深さ方向に一回または複数回の不純物イオンの注入で形成する。この場合のイオン注入時のドーズ量は１×１０１１〜１×１０１４ｃｍ−２程度であり、かつ第２の分離拡散層２５の幅ｄ１は、０．０５μｍから１０μｍ程度である。このように第２の分離拡散層２５の幅ｄ１を上記寸法に設定し、かつその加工線幅の許す限り細くして、素子分離絶縁膜２３の線幅寸法ｄ２より小さくすることにより、素子分離絶縁膜２３の下方で第２の分離拡散層２５の内側であるｐ型半導体ウェル領域２２の箇所にｎ型電荷蓄積領域２７の電荷蓄積面積を実質的に拡大するための拡張領域２９が生じるようになっている。
【００１８】
次に、ホトリソグラフィにより、光電変換部となるフォトダイオードＰＤを含む各画素３０の素子分離パターンをｐ型半導体ウェル領域２２の表面上にパターニングし、ｐ型の第１の分離拡散層２４を第２の分離拡散層２５の真上に位置させて不純物イオンを注入することにより形成する。この場合のイオン注入時のドーズ量は１×１０１１〜１×１０１４ｃｍ−２程度であり、また、第１の分離拡散層２４の水平方向の幅は素子分離絶縁膜２３の線幅寸法ｄ２とほぼ同一に形成される。これにより、電荷蓄積領域２７と第１の分離拡散層２４との境界に対応する第１の分離拡散層２４の内側周辺部分は、図２に示すように電荷蓄積領域２７内に突出されて、突出領域２４Ａを形成する。
【００１９】
さらに、ホトリソグラフィにより、フォトダイオードＰＤを含む各画素３０の素子分離パターンをｐ型半導体ウェル領域２２の表面上にパターニングして、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる素子分離絶縁膜２３を第１の分離拡散層２４の真上に位置させて互いに重なり合うように形成する。しかる後、素子分離絶縁膜２３に形成された開口２３Ａ及び素子分離絶縁膜２３を通して、第１の分離拡散層２４と第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２と第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａに、例えばドーズ量が１×１０１２〜１×１０１４ｃｍ−２程度の不純物イオンを注入する。これにより、開口１３Ａに対応する大きさの面積を有するｎ型電荷蓄積領域２７を形成すると同時に、第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａを第１の分離拡散層２４の導電型不純物、例えばｐ型不純物と電荷蓄積領域２７の導電型不純物、例えばｎ型不純物とが混在する状態に構成する。突出領域２４Ａを不純物混在状態にすることにより、電荷蓄積領域２７の周辺部分におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界を緩和する。その後は、ｎ型電荷蓄積領域２７の表面に、例えば５×１０１７ｃｍ３以上の高濃度のｐ型不純物イオンを注入して拡散することにより、ｐ＋アキューミュレーション層２８を形成する。
【００２０】
次に、図２に示す構造の固体撮像装置２０を図示省略の熱拡散装置に入れて、所定の温度、例えば１０００℃の雰囲気下で所定の時間、例えば１０秒間加熱する。これにより、ｎ型電荷蓄積領域２７の不純物をｐ型半導体ウェル領域２２中で熱拡散し、ｎ型電荷蓄積領域２７を、図３に示すようにフォトダイオードＰＤの深さ方向及びこれと直角な方向、少なくともフォトダイオードＰＤの深さ方向と直角な方向に拡大して、ｎ型電荷蓄積領域２７の外周部位が突出領域２４Ａの下方で第２の分離拡散層２５に当接または近接する状態に形成する。
【００２１】
上記実施例１にかかる固体撮像装置２０及びその製造方法によれば、光電変換部となるフォトダイオードＰＤの形成工程において、第１の分離拡散層２４と第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２にイオン注入によりフォトダイオードＰＤの電荷蓄積領域２７を形成するとともに、第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａにも不純物イオンを注入した後、熱拡散によりｎ型電荷蓄積領域２７の外周部位が突出領域２４Ａの下方で第２の分離拡散層２５に当接または近接する状態に形成したので、第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａの下にも電荷蓄積領域２７を容易に形成することができる。これにより、画素内における光電変換部の電荷蓄積領域（面積）を増大することができ、単位画素の光電変換効率を向上させることができるとともに、従来のように光電変換素子の不純物領域の不純物濃度を過度に高くする必要がないので、白点等の欠陥画素の発生を抑制することができる。しかも、突出領域２４Ａを第１の分離拡散層２４の導電型不純物と電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態に形成したので、電荷蓄積領域２７におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界が緩和され、これにより電子の湧き出しを抑制して暗電流や白点の発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００２２】
次に、図４〜図６により本発明の実施例２にかかる固体撮像装置及びその製造方法について説明する。
図４〜図６は本実施例２にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【００２３】
実施例２にかかる固体撮像装置４０は、上記実施例１に示す場合と同様に、第１導電型の半導体基板、例えばｎ型シリコン基板２１を有し、このｎ型シリコン基板２１上には、第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域２２が形成され、このｐ型半導体ウェル領域２２には、光電変換部となるフォトダイオードＰＤを含む複数個の画素３０が２次元配列に形成されている。また、ｐ型半導体ウェル領域２２にはその表面に臨ませて、隣合う単位画素３０の間を互いに電気的に分離する素子分離絶縁膜２３が形成され、素子分離絶縁膜２３の下方に位置するｐ型半導体ウェル領域２２の表面箇所には、隣合う単位画素３０の間を互いに電気的に分離するｐ型の第１の分離拡散層２４が形成され、さらに、第１の分離拡散層２４の下方に位置するｐ型半導体ウェル領域２２には、隣合う単位画素３０の間を互いに電気的に分離するｐ型の第２の分離拡散層２５が形成されている。２６はｐ型半導体ウェル領域２２の表面に形成した絶縁膜である。
【００２４】
フォトダイオードＰＤは、ｐ型半導体ウェル領域２２と、第１の分離拡散層２４及び第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２に形成され、光電変換により発生する信号電荷を蓄積する第１導電型のｎ型電荷蓄積領域２７とを備える。また、フォトダイオードＰＤは、ｎ型電荷蓄積領域２７の表面に形成された第２導電型のｐ＋アキューミュレーション層２８を備えている。このようなフォトダイオードＰＤはＨＡＤ構造のイメージセンサを構成している。
【００２５】
次に、固体撮像装置４０の製造方法について、図４〜図６を参照して説明する。
まず、図４に示すように、ｎ型シリコン基板２１にｐ型半導体ウェル領域２２を形成する。しかる後、ｐ型半導体ウェル領域２２上にホトリソグラフィにより、光電変換部となるフォトダイオードＰＤを含む各画素３０を互いに分離する分離パターンをパターニングして、ｐ型の第２の分離拡散層２５を深さ方向に一回または複数回の不純物イオンの注入で形成する。この場合のイオン注入時のドーズ量は１×１０１１〜１×１０１４ｃｍ−２程度である。この第２の分離拡散層２５の幅ｄ１を素子分離絶縁膜２３の線幅寸法ｄ２より小さくすることにより、第１の分離拡散層２４の下方で第２の分離拡散層２５の内側であるｐ型半導体ウェル領域２２の箇所にｎ型電荷蓄積領域２７の電荷蓄積面積を実質的に拡大するための拡張領域２９が生じるようになっている。
【００２６】
次に、ホトリソグラフィにより、光電変換部となるフォトダイオードＰＤを含む各画素３０の素子分離パターンをｐ型半導体ウェル領域２２の表面上にパターニングして、ｐ型の第１の分離拡散層２４を第２の分離拡散層２５の真上に位置して不純物イオンを注入することにより形成する。この場合のイオン注入時のドーズ量は１×１０１１〜１×１０１４ｃｍ−２程度であり、また、第１の分離拡散層２４の水平方向の幅は素子分離絶縁膜２３の線幅寸法ｄ２とほぼ同一に形成される。これにより、電荷蓄積領域２７と第１の分離拡散層２４との境界に対応する第１の分離拡散層２４の内側周辺部分は、図５に示すように電荷蓄積領域２７内に所定量突出された、突出領域２４Ａを形成する。
【００２７】
さらに、ホトリソグラフィにより、フォトダイオードＰＤを含む各画素３０の素子分離パターンをｐ型半導体ウェル領域２２の表面上にパターニングして、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる素子分離絶縁膜２３を第１の分離拡散層２４の真上に位置させて互いに重なり合うように形成する。しかる後、素子分離絶縁膜２３に形成された開口２３Ａを通して、第１の分離拡散層２４と第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２に、例えばドーズ量が１×１０１２〜１×１０１４ｃｍ−２程度の不純物イオンを注入する。これにより、開口１３Ａに対応する大きさの面積を有するｎ型電荷蓄積領域２７を形成する。その後は、ｎ型電荷蓄積領域２７の表面に、例えば５×１０１７ｃｍ３以上の高濃度のｐ型不純物イオンを注入して拡散することにより、ｐ＋アキューミュレーション層２８を形成する。
【００２８】
次に、図５に示す構造の固体撮像装置４０を図示省略の熱拡散装置に入れて、所定の温度、例えば１０００℃の雰囲気下で所定の時間、例えば１０秒間加熱する、これにより、ｎ型電荷蓄積領域２７の不純物をｐ型半導体ウェル領域２２中で熱拡散（ＲＴＡ）し、ｎ型電荷蓄積領域２７を、図６に示すようにフォトダイオードＰＤの深さ方向及びこれと直角な方向、少なくともフォトダイオードＰＤの深さ方向と直角な方向に拡大して、ｎ型電荷蓄積領域２７の外周部位が突出領域２４Ａの下方で第２の分離拡散層２５に当接または近接する状態に形成する。これと同時に、ｎ型電荷蓄積領域２７にイオン注入された不純物を第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａにも熱拡散する。これにより、突出領域２４Ａは第１の分離拡散層２４の導電型不純物、例えばｐ型不純物と電荷蓄積領域２７の導電型不純物、例えばｎ型不純物とが混在する状態になる。このように突出領域２４Ａをｐ及びｎ型不純物の混在する状態にすることで、電荷蓄積領域２７の周辺部分におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界を緩和する。
【００２９】
上記実施例２にかかる固体撮像装置４０及びその製造方法によれば、光電変換部となるフォトダイオードＰＤの形成工程において、第１の分離拡散層２４と第２の分離拡散層２５で囲まれたｐ型半導体ウェル領域２２に不純物イオンを注入するによりフォトダイオードＰＤの電荷蓄積領域２７を形成した後、熱拡散によりｎ型電荷蓄積領域２７の外周部位が突出領域２４Ａの下方で第２の分離拡散層２５に当接または近接する状態に形成したので、第１の分離拡散層２４の突出領域２４Ａの下にも電荷蓄積領域２７を容易に形成することができ、これにより、画素内における光電変換部の電荷蓄積領域（面積）を増大することができ、単位画素の光電変換効率を向上させることができるとともに、従来のように光電変換素子の不純物領域の不純物濃度を過度に高くする必要がないので、白点等の欠陥画素の発生を抑制することができる。しかも、突出領域２４Ａにもｎ型電荷蓄積領域２７にイオン注入された不純物を熱拡散して、この突出領域２４Ａに第１の分離拡散層２４の導電型不純物と電荷蓄積領域の導電型不純物とが混在する状態にしたので、電荷蓄積領域２７におけるｎ層とｐ層との間の接合の電界が緩和され、これにより電子の湧き出しを抑制して暗電流や白点の発生を抑制することができる。
【００３０】
なお、上記の実施例１、２では、フォトダイオードＰＤを、ｎ型電荷蓄積領域２７上にｐ＋アキューミュレーション層２８を積層したＨＡＤ構造のイメージセンサとして構成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ｐ＋アキューミュレーション層２８を省いた構造のフォトダイオードＰＤなどであってもよい。
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。上記実施の形態では主にＣＭＯＳイメージセンサを想定して本発明を適用した例について説明したが、本発明をＣＣＤ撮像素子などのその他の撮像素子に適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【図４】本発明の実施例２にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【図５】本発明の実施例２にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【図６】本発明の実施例２にかかる固体撮像装置の製造過程を示す要部の構成図である。
【図７】従来の一般的なＣＭＯＳイメージセンサの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０，４０……固体撮像装置、２１……ｎ型シリコン基板、２２……ｐ型半導体ウェル領域、２３……素子分離絶縁膜、２４……第１の分離拡散層、２５……第２の分離拡散層、２６……絶縁膜、２７……ｐ型半導体ウェル領域、２８……ｐ＋アキューミュレーション層、３０……画素。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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