(57)【要約】【課題】  赤外域の光に対して高い感度を有する固体撮像装置において、その空乏化領域の深さの低減化を図ることができるようするものである。【解決手段】  シリコン半導体による受光センサ部１を有する固体撮像装置であって、受光センサ部１の光電変換素子を構成する空乏化領域を構成する第１導電型のウエル領域１３の受光面側にβ−ＦｅＳｉ２等のシリコンに比しバンドギャップが小さく赤外領域に高い吸収性を有する金属シリサイド層２０を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体による受光センサ部を有する固体撮像装置であって、
上記受光センサ部の光電変換素子が、
空乏化領域を構成する第１導電型のウエル領域と、
上記シリコン半導体表面に臨む第２導電型領域と、
該第２導電型領域下に形成された第１導電型領域と、
上記空乏化領域の上記第１導電領域側に形成された第１導電型の金属シリサイド層とを有して成ることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
上記金属シリサイド層は、β−ＦｅＳｉ２、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｏｓ２Ｓｉ３、ＭｎＳｉ１．７のいずれかによることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
上記金属シリサイド層は、上記光電変換素子の上記シリコン半導体表面から、１．５μｍ〜２μｍの深さ範囲に形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の固体固体撮像装置。
【請求項４】
シリコン半導体に受光センサ部を有する固体撮像装置の製造方法であって、
空乏化領域を構成する第１導電型のウエル領域の形成工程と、
上記シリコン半導体表面に臨む第２導電型領域の形成工程と、
該第２導電型領域下に第１導電型領域を形成する第１導電型領域の形成工程と、
上記空乏化領域の上記第１導電型領域側に第１導電型の金属シリサイド層を形成する工程
とを少なくとも有し、
上記金属シリサイド層を形成する工程が、該金属シリサイドを構成する金属イオンの注入工程と、加熱工程とによることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
上記金属シリサイド層は、β−ＦｅＳｉ２、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｏｓ２Ｓｉ３、ＭｎＳｉ１．７のいずれかによることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
上記金属シリサイド層は、上記光電変換素子の上記シリコン半導体表面から、１．５μｍ〜２μｍの深さ範囲に形成されて成ることを特徴とする請求項４に記載の固体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、受光センサ部を有する例えば各種カメラ、携帯電話等の固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＣＤ、あるいはＭＯＳないしはＣＭＯＳ構成による受光センサ部を有する固体撮像装置において、赤の感度を高める目的で、長波長の赤外領域に対しても高い感度を示す受光センサ部を有する固体撮像装置の開発が盛んである。
ところで、この固体撮像装置において、赤外領域に対して高い光電変換効率を得るには、受光センサ部の空乏化領域を深く形成することが必要とされている（特許文献１参照）。
【０００３】
図６Ａは、赤外領域に対する感度を高めるようにした従来のＣＣＤ固体撮像装置の一例の要部の断面図で、この断面図においては、シリコン半導体基板１２０に形成された受光センサ部１０１と、垂直転送レジスタ１０２と、受光センサ部１０１からの信号電荷を垂直転送レジスタに転送する転送ゲート部１０３を横切る位置での断面図である。
【０００４】
この構成においては、ｎ型のシリコンサブストレイト１０４上に、第１のｐ型ウエル領域１０５を構成するｐ型のシリコン半導体層がエピタキシャル成長されて成るシリコン半導体基板１２０を有する。この基板１２０上にマトリクス状に複数の受光センサ部１０１(図においては、１つの受光センサ部１０１のみが図示されている)が形成される。
受光センサ部１０１は、フォトダイオードによって構成され、このフォトダイオードは、ウエル領域１０５の受光センサ部１０１の形成部に、空乏化領域を構成する低不純物濃度によるｎ型のウエル領域１０６が形成され、この上にｎ型領域１０７が形成されて成り、その表面すなわち受光面に臨んで正電荷蓄積層となるｐ型領域１０８が形成される。
【０００５】
一方、ｐ型ウエル領域１０５に、受光センサ部１０１に対して共通の垂直転送レジスタ１０２が形成される。
この垂直転送レジスタ１０２は、第２のｐ型ウエル領域１０９が形成され、この上に第１導電型の転送領域１１０が形成されて成る。
この垂直転送レジスタ１０２の転送領域１１０と、受光センサ部１０１との間に、受光センサ部１０１で発生した信号電荷を対応する転送領域１１０に読み出し転送する転送ゲート部１０３が、シリコン半導体表面に形成された例えば絶縁膜１１１上に形成される。
この転送ゲート部を構成するゲート電極は、垂直転送レジスタ１０２を構成する一部の転送電極１１２と連続して構成することができる。
【０００６】
図６Ｂは、上述の構成におけるポテンシャル図を示し、図６Ｂにおいて、破線ａから左側が、受光センサ部１０１から転送シフトレジスタ１０２にかけてのシリコン半導体基板面に沿う方向のポテンシャル図で、破線ａから右は、受光センサ部１０１の深さ方向のポテンシャル図を示すものである。
【０００７】
このようにして、受光センサ部１０１に光入射がなされることによって信号電荷すなわち電子がｎ型領域１０７に蓄積され、読み出しの転送ゲート部への印加電圧によって、ここにおける電子に対するポテンシャルが低められ、転送シフトレジスタ１０２に転送され、これら転送シフトレジスタ１０２の、図示しないが、転送方向に配列された複数の転送電極に所要の転送クロック電圧を印加することによって垂直方向の電荷転送がなされる。
【０００８】
ところで、シリコン半導体は、長波長の赤外域の吸収係数が小さいことから、ｎ型ウエル領域１０６は、その厚さ (深さ)を大にして、長波長の吸収行程を長くして、その吸収効率を高めるようにしている。
したがって、ｎ型ウエル領域１０６を形成するためのイオン注入は、超高エネルギーのイオン注入を必要とし、作業の問題、装置の問題、シリコン半導体のダメージの問題、したがって、特性の問題、さらには、固体撮像装置の設計、すなわちテンシャル設計が煩雑になるなどの問題が生じている。
そして、このようにフォトダイオードの深さを大にしてもＳｉにおいて、波長１０００ｎｍ以上の光の光吸収係数は、きわめて小さいことから、この長波長光の取り込みはできない。
【特許文献１】特開２００１−１８５７１１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、赤外域の光に対して高い感度を有する固体撮像装置において、その空乏化領域の深さの低減化を図ることができるようにした固体撮像装置およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による固体撮像装置は、シリコン半導体による受光センサ部を有する固体撮像装置であって、上記受光センサ部の光電変換素子が、空乏化領域を構成する第１導電型のウエル領域と、上記シリコン半導体表面に臨む第２導電型領域と、該第２導電型領域下に形成された第１導電型領域と、上記空乏化領域の上記第１導電領域側に形成された第１導電型の金属シリサイド層とを有して成ることを特徴とする。
すなわち、本発明による固体撮像装置においては、赤外域に対する吸収係数が、シリコン半導体に比して大きい金属シリサイド層を空乏化領域上に設けることによって、シリコン半導体表面の受光面から入射した光は、効率よくこの金属シリサイド層で吸収されるようにしたものあり、これによって、空乏化領域の深さを浅くするものである。
【００１１】
そして、本発明による固体撮像装置の製造方法は、シリコン半導体に受光センサ部を有する固体撮像装置の製造方法であって、空乏化領域を構成する第１導電型のウエル領域の形成工程と、上記シリコン半導体表面に臨む第２導電型領域の形成工程と、該第２導電型領域下に第１導電型領域を形成する第１導電型領域の形成工程と、上記空乏化領域の上記第１導電型領域側に第１導電型の金属シリサイド層を形成する工程とを少なくとも有し、上記金属シリサイド層を形成する工程が、該金属シリサイドを構成する金属イオンの注入工程と、加熱工程とによることを特徴とする。
【００１２】
そして、上記金属シリサイド層は、β−ＦｅＳｉ２、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｏｓ２Ｓｉ３、ＭｎＳｉ１．７のいずれかによる
ことを特徴とする。
また、上記金属シリサイド層は、上記光電変換素子の上記シリコン半導体表面から、１．５μｍ〜２μｍの深さ範囲に形成されて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述したように、本発明による固体撮像装置においては、金属シリサイド層を設けたことによって空乏化領域を浅く形成することができ、この領域の形成が容易となり、製造方法が簡略化される。
また、この金属シリサイド層を、β−ＦｅＳｉ２、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｏｓ２Ｓｉ３、ＭｎＳｉ１．７のいずれかによって構成するときは、これらがシリコン半導体に比し、そのバンドギャップが大であることから、シリコン半導体に比して長波長の光、すなわち赤外領域域に対する吸収係数が大となり、これによって光電変換の効率を高めることができ、上述した空乏化領域の深さを効果的に低減できるものである。
特に、β−ＦｅＳｉ２は、シリコン半導体との格子整合性に優れていることから、結晶性に優れた受光センサ部、すなわち光電変換効率の高い固体撮像装置を構成することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による固体撮像装置は、受光センサ部を有するＣＣＤ型、ＭＯＳ型等いずれの固体撮像装置に適用することができる。
図１は、本発明による固体撮像装置の撮像部の一実施形態例の概略構成を示すものである。
この例では、シリコン半導体に、受光センサ部１がマトリクス状に多数配列形成され、各垂直ライン毎に、それぞれの信号電荷を垂直方向に転送する例えばＣＣＤ構成による垂直転送レジスタ２が形成され、各垂直転送レジスタ２の電荷転送端には、同様に例えばＣＣＤ構成による水平転送レジスタ３と、出力回路４が形成される。
そして、垂直転送レジスタ２から転送された信号電荷を、出力回路４に導入し、出力端子５から、撮像信号として取り出すようになされている。
【００１５】
図２Ａは、本発明によるＣＣＤ型の固体撮像装置の要部の断面図で、この断面図は、上述した受光センサ部１と、垂直転送レジスタ２と、受光センサ部１からの信号電荷を垂直転送レジスタ２に転送する転送ゲート部６を横切る位置での断面を示す。
【００１６】
この構成においては、第１導電型例えばｎ型のシリコンサブストレイト１０上に、第２導電型例えばｐ型の第１のウエル領域１１を構成するｐ型のシリコン半導体層がエピタキシャル成長されてシリコン半導体基板１２が形成される。
そして、この基板１２上にマトリクス状に複数の受光センサ部１(図２においては、１つの受光センサ部１のみが示されている)が形成される。
受光センサ部１は、フォトダイオードによって構成され、このフォトダイオードは、ウエル領域１１の受光センサ部１の形成部に、空乏化領域を構成する低不純物濃度による第１導電型例えばｎ型のウエル領域１３が形成され、この上に第１導電型例えばｎ型の金属シリサイド層２０を介して同様に第１の導電型領域１４例えばｎ型領域が形成され、その表面に、電荷蓄積層となる高濃度第２導電型領域１５例えばｐ型領域が形成される。
【００１７】
一方、ｐ型ウエル領域１１に、受光センサ部１に対して共通の垂直転送レジスタ２が形成される。
この垂直転送レジスタ２は、第２導電型の第１のウエル領域１１上に、同様に第２導電型の第２のウエル領域２１、例えばｐ型第２のウエル領域が形成され、この上に第１導電型例えばｎ型の転送領域２２が形成されて成る。
この垂直転送レジスタ２の転送領域２２と、受光センサ部１との間に、受光センサ部１で発生した信号電荷を、この受光センサ部１に対応する転送領域２２に読み出し転送する転送ゲート部６が、シリコン半導体表面に形成された例えば絶縁膜１７上に形成される。
この転送ゲート部６を構成するゲート電極は、垂直転送レジスタ２を構成する一部の転送電極１８と連続して構成することができる。
また、隣接する各受光センサ部間、垂直転送レジスタ２間等の電荷の授受を遮断する領域間には、第２導電型のｐ型の高濃度領域によるチャネルストッパ領域１８が形成される。
【００１８】
上述したように、本発明においては、その受光センサ部１の、フォトダイオードを構成する第１導電型領域１４下に、すなわち空乏化領域を構成するウエル領域１３の受光面側に金属シリサイド層２０を配置形成する。
この金属シリサイド層２０としては、シリコンより、バンドギャップが小、すなわち屈折率が大きいβ−ＦｅＳｉ２、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｏｓ２Ｓｉ３、ＭｎＳｉ１．７のいずれかによって構成される。例えばシリコンのバンドギャップ１．１ｅＶに対して、β−ＦｅＳｉ２は０．８３−０．８９ｅＶ、Ｍｇ２Ｓｉは０・７８ｅＶ、Ｏｓ２Ｓｉ３は０．９５ｅＶ、ＭｎＳｉ１．７は０．６８ｅＶであり、これらのうち特にβ−ＦｅＳｉ２は、シリコンともっとも良く格子整合することから、金属シリサイド層２０としては、β−ＦｅＳｉ２によって構成することが望ましい。
【００１９】
このように、空乏化領域の受光面側にシリコンよりバンドギャップの大きい、すなわち長波長側の吸収がシリコンに比して大きい金属シリサイド層２０を設けることにより、ここで、効率よく赤外領域の吸収がなされることから、空乏化領域すなわち第１の導電型のウエル領域１３の厚さ(深さ)を小とすることができることになるものである。
【００２０】
この金属シリサイド層２０の形成は、その金属イオンを、受光センサ部１の形成部に、表面から所要の深さにイオン注入し、熱処理することによって形成することができる。この熱処理は、他の熱処理工程と同時に行うこともできるし、別工程によることもできる。
この金属シリサイド層２０の形成位置は、受光面のシリコン半導体表面から、１．５μｍ〜２μｍの深さ範囲に形成することが望ましい。
これについて図３を参照して説明する。図３は、シリコン単結晶における光波長をパラメータとした、透過率変化を示す。これによれば、短波長側に関しては、浅い位置で急激に低下していて、光吸収が有効になされていることから、この位置に長波長に対する光吸収が高い金属シリサイド層２０の配置を回避し、その吸収の変化が小さくなる位置の、１．５μｍ以上の深さの位置から、長波長側の変化が小さい２μｍ以下の範囲とする。
【００２１】
上述したように、本発明においては、空乏化領域を構成するウエル領域１１の、受光面側に長波長側の赤外領域に高い吸収性を示す金属シリサイド層２０を配置したことにより、この赤外領域の吸収量を高めるために、ウエル領域１１の厚さを大にするという構成を軽減し、このウエル領域１１の深さを低減することができるものである。
したがって、このウエル領域１１を形成する例えばイオン注入に際して超高エネルギーによるイオン注入を回避できるものである。
図２Ｂは、この構成における信号電荷(電子)の、蓄積状態、転送、オーバーフローの説明に供するポテンシャル図で、図２Ｂにおいて、破線ａから左側が、受光センサ部１から転送シフトレジスタ２にかけてのシリコン半導体基板面に沿う方向のポテンシャル図で、破線ａから右は、受光センサ部１の深さ方向のポテンシャル図を示すものである。
【００２２】
このポテンシャル図によってわかるように、通常におけると同様に、転送電極１８への電圧Φｖ１を印加するとき、この転送電極１８下の転送ゲート部６と、垂直転送レジスタ２との間にポテンシャルの障壁もしくは階段が生じるように、各部の濃度もしくは絶縁膜１７の厚さ等の選定がなされる。
そして、このポテンシャル図で理解されるように、通常の動作によって、受光センサ部１における信号電荷の発生、垂直転送レジスタ２への電荷転送がなされる。
すなわち転送電極１８の印加電圧Φｖ１を、所定の低電圧Φｖ１＝Lowで、フォトダイオードすなわち受光センサ部に受光量に応じた電荷が蓄積される。そして、この蓄積電荷が、フォトダイオードのｐ型ウエル領域によって規定される電荷蓄積量を超えるとき余剰の電荷は、サブストレイト１０側に流れ、信号に寄与しないようになされている。
【００２３】
一方、転送電極１８したがって転送ゲート部６への印加電圧を、順次大なる電圧Φｖ１＝Mid, Φｖ１＝High,とすることによってポテンシャルの傾きを変化させて受光センサ１の信号電荷を垂直転送レジスタ２へと転送させることができる。
そして、この垂直転送レジスタ２に転送された信号電荷は、この垂直転送レジスタ２によって、図１で説明したように、水平転送レジスタ４へと転送され、出力回路４へと転送され、出力端子５から撮像信号として取り出される。
【００２４】
上述した実施形態においては、ＣＣＤ型の固体撮像装置であるが、本発明による固体撮像装置は、ＣＣＤ型にかぎられないものであり、例えばＭＯＳないしはＣＭＯＳ型の固体撮像装置等に適用することができる。
図４Ａは、このＭＯＳ型固体撮像装置の単位画素の要部の断面図であり、このＭＯＳ型固体撮像装置においては、光電変換素子、すなわちフォトダイオードによる受光センサ部１と、これよりの信号電荷を読み出す転送ゲート部２６と、リセットゲート２７、アンプゲート２８等のＭＯＳトランジスタが形成されて成る。
【００２５】
そして、この構成においても、受光センサ部１は、フォトダイオードによって構成され、このフォトダイオードは、ウエル領域１１の受光センサ部１の形成部に、空乏化領域を構成する低不純物濃度による第１導電型例えばｎ型のウエル領域１３が形成され、この上に同様に第１の導電型領域１４例えばｎ型領域が形成されて成り、その表面すなわち受光面に臨んで高不純物濃度の電荷蓄積層例えば正電荷蓄積層となる高濃度第２導電型領域１５領域例えばｐ型領域が形成される。
【００２６】
そして、この場合においても、フォトダイオードを構成する第１導電型のウエル領域による空乏化領域の第１導電型領域すなわちｎ型領域１４側に、つまり受光面側に上述した金属シリサイド層２０を配置形成する。
尚、図４において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
そして、この構成によるＭＯＳ型固体撮像装置においても、金属シリサイド層２０は、好ましくは、上述した理由から、β−ＦｅＳｉ２によることが好ましいが、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｏｓ２Ｓｉ３、ＭｎＳｉ１．７によって構成することができ、その配置位置も、シリコン表面から、１．５μｍ〜２μｍの範囲に形成することが望ましい。
【００２７】
このＭＯＳ型構成においても、ＣＣＤ型で説明したと同様に、空乏化領域を構成するウエル領域１３を浅く形成することができるものであり、この領域を形成するためのイオン注入のエネルギーを小さくすることができる。
【００２８】
上述したように、本発明装置によれば、受光センサ部１のフォトダイオードにおいて、金属シリサイド層２０を設けたことによりその厚さを充分小さくできる。例えばβ−ＦｅＳｉ２は、Ｓｉに比して２桁吸収係数が大きいことから、その厚さ等を選定することによって、第１導電型領域１３の深さの低減化を図ることができる。
そして、金属シリサイド層２０は、緑の波長領域に対しての反射係数が大きいことから、緑の波長に対して吸収性の高いシリコンの第１導電型領域１４への反射がなされ、この波長領域に関しても光電変換効率を高めることができるものである。
【００２９】
図５は、受光センサ部１についての製造工程である。
この例では、図５Ａに示すように、第１導電型例えばｎ型のシリコンサブストレイト１０上に、第２導電型例えばｐ型の第１のウエル領域を構成するｐ型のシリコン半導体層がエピタキシャル成長されてシリコン半導体基板１２が形成される。
そして、この半導体基板１２の、電荷の授受が阻止される位置に、高不純物濃度の第２導電型例えばｐ型のチャネルストップ領域１９を形成するイオン注入を行う。
受光センサ部１の形成部に、第１導電型の例えばｎ型のウエル領域１３を、Ａｓ＋１００KeVから１２００KeVである。
【００３０】
ウェル領域１３を形成後、受光センサ部１の形成部に金属シリサイド層２０を、例えば
イオン注入によって形成する。そのイオン種、イオンエネルギーは、例えば、Ｆｅ2+、５０ KeVから６００KeVである。そして、シリコン半導体基板の表面での、必要のない電子発生を抑制するため、最表層に、例えばイオン注入により高濃度第２導電型領域１５を形成する。用いるイオン種、イオンエネルギーは、例えばBF２＋、２０KeVから１００KeVである。
一連のイオン注入によるウェル形成、ポテンシャル形成が終了したのち、最表面に絶縁膜層１７を酸化により形成する。
【００３１】
このように、本発明装置を製造するに、金属シリサイド層２０の形成がなされるものであるが、このシリサイド層２０の形成位置は、従来の空乏化領域を形成する深さに比し、浅いものであることから、従来のような超高エネルギーのイオン注入を必要としない。
例えば従来の空乏化領域の深さの１／２から３／４程度の空乏化が可能となる。そして、注入イオンエネルギーは、例えば従来の１０００KeVから１２００KeVを、２００KeVから６００KeV程度に低減化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による固体撮像装置の一実施形態例の撮像部の概略構成図である。
【図２】ＡおよびＢは、本発明による固体撮像装置の一実施形態例の要部の概略断面図およびそのポテンシャル図である。
【図３】本発明による固体撮像装置の一実施形態例のβ−ＦｅＳｉ２の配置位置の説明図である。
【図４】ＡおよびＢは、本発明による固体撮像装置の他の一実施形態例の要部の概略断面図およびそのポテンシャル図である。
【図５】Ａ〜Ｃは、本発明による固体撮像装置の製造方法の一実施形態例の概略工程図である。
【図６】ＡおよびＢは、従来の固体撮像装置の他の一実施形態例の要部の概略断面図およびそのポテンシャル図である。
【符号の説明】
【００３３】
１……受光センサ部、２……垂直転送レジスタ、３……水平転送レジスタ、４……出力回路、５……出力端子、６……転送ゲート部、１０……シリコンサブストレイト、１１……第２導電型の第１のウエル領域、１２……シリコン半導体基板、１３……第２導電型のウエル領域、１４……第１導電型領域、１５……高濃度第２導電型領域、１７……絶縁膜、１８……転送電極、１９……チャネルストップ領域、２０……金属シリサイド層、２１……第２導電型の第２のウエル領域、２２……転送領域、１０１……受光センサ部、１０２……垂直転送レジスタ、１０３……転送ゲート部、１０４サブストレイト、１０５……第１ｐ型ウエル領域、１０６……ｎ型ウエル領域、１０７……ｎ型領域、１０８……ｐ型領域、１０９……第２ｐ型ウエル領域、１１０……転送領域、１１１……絶縁膜、１１２……転送電極、１２０……シリコン半導体基板、
【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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