(57)【要約】【課題】撮像画面の一つの欠陥である白きずを低減させると共に、ＰＮ接合を構成するＮ型の不純物拡散領域の縮小化延いては固体撮像装置自体の小型化を図れるようにする。【解決手段】Ｐ型基板あるいはＰ型の不純物拡散領域内２に、画素に対応してＮ型の不純物拡散領域３からなる受光部（光電変換部）８が形成された固体撮像装置Ａにおいて、Ｎ型の不純物拡散領域３を砒素（Ａｓ）単体の不純物拡散により形成し、Ｎ型の不純物拡散領域３上にＰ型の正電荷蓄積領域６を形成し、Ｐ型の正電荷蓄積領域６をイオン注入したのち、熱処理を行うことにより形成した構成とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型基板あるいはＰ型の不純物拡散領域内に、画素に対応してＮ型の不純物拡散領域からなる受光部が形成された固体撮像装置において、
上記Ｎ型の不純物拡散領域が砒素単体の不純物拡散により形成されてなり、
上記Ｎ型の不純物拡散領域上にＰ型の正電荷蓄積領域が形成されてなり、
上記Ｐ型の正電荷蓄積領域がイオン注入したのち、熱処理を行うことにより形成されてなる
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
上記Ｎ型の不純物拡散領域が、上記基板表面から深さ０．３〜０．４μｍの位置に上記砒素単体をイオン注入したのち、熱処理を行うことにより形成されてい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】
Ｐ型基板あるいはＰ型の不純物拡散領域内に、画素に対応してＮ型の不純物拡散領域からなる受光部、垂直レジスタ、及びＰ型のチャンネル・ストッパ領域が形成された固体撮像装置において、
上記Ｎ型の不純物拡散領域が砒素単体の不純物拡散により形成されてなり、
上記Ｎ型の不純物拡散領域上にＰ型の正電荷蓄積領域が形成されてなり、
上記垂直レジスタ、及び上記チャンネル・ストッパ領域上に、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２の３層構造からなるゲート絶縁膜が形成されてなる
ことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、半導体のＰＮ接合により形成される受光部の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＣＤ固体撮像装置の受光部には、半導体のＰＮ接合によるフォトダイオードにより構成されている。図４及び図５にその構成例を示す。
【０００３】
図４は、Ｐ型のシリコン基板２１表面にＮ型の不純物拡散領域２２を形成して、該シリコン基板２１とＮ型不純物拡散領域２２とのＰＮ接合ＪによってフォトダイオードＰＤを形成した例を示す。図５はＮ型のシリコン基板２３上に形成されたＰ型のウェル領域２４表面にＮ型の不純物拡散領域２２を形成して、Ｐ型のウェル領域２４とＮ型の不純物拡散領域２２とのＰＮ接合ＪによってフォトダイオードＰＤを形成した例を示す。上記フォトダイオードＰＤはＣＣＤ固体撮像装置の受光部２５を構成する。
【０００４】
そして、従来では、上記Ｎ型の不純物拡散領域２２を、リン（Ｐ）のイオン注入により形成するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体撮像装置においては、受光部２５を構成するＮ型の不純物拡散領域２２をリン（Ｐ）によるイオン注入により形成するようにしているため、シリコン基板２１あるいはＰ型のウェル領域２４とのＰＮ接合面Ｊにおいて格子歪やストレスが生じ易いという不都合がある。
【０００６】
これは、リン（Ｐ）の結晶からみた原子半径がＳｉに比べて小さいために生じる現象であり、作製された固体撮像装置の電気的特性に影響を及ぼす。即ち、上記格子歪及びストレスにより、ＰＮ接合面Ｊにおいて逆方向のリーク電流が増大し、局所的に暗電流の増加がみられ（所謂、暗電流むら）、撮像画面の一つの欠陥である白きずが発生し易いという問題がある。
【０００７】
また、リン（Ｐ）の場合、その拡散係数が大きいことから、イオン注入後の活性化処理（熱処理）にてリン（Ｐ）が広い領域にわたって拡散してしまい、Ｎ型の不純物拡散領域２２の縮小化、延いては固体撮像装置の小型化に不利になるという不都合がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み成されたもので、その目的とするところは、撮像画面の欠陥である白きずを低減できると共に、ＰＮ接合を構成するＮ型の不純物拡散領域の縮小化延いては固体撮像装置自体の小型化を図ることができる固体撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｐ型基板あるいはＰ型の不純物拡散領域内２に、画素に対応してＮ型の不純物拡散領域３からなる受光部（光電変換部）８が形成された固体撮像装置Ａにおいて、Ｎ型の不純物拡散領域３を砒素（Ａｓ）単体の不純物拡散により形成し、Ｎ型の不純物拡散領域３上にＰ型の正電荷蓄積領域６を形成し、Ｐ型の正電荷蓄積領域６をイオン注入したのち、熱処理を行うことにより形成した構成とする。
【００１０】
また本発明は、さらに、Ｎ型の不純物拡散領域３を、基板２表面から深さ０．３〜０．４μｍの位置に砒素（Ａｓ）単体をイオン注入したのち、熱処理を行うことにより形成した構成とする。
【００１１】
本発明は、Ｐ型基板あるいはＰ型の不純物拡散領域２内に、画素に対応してＮ型の不純物拡散領域３からなる受光部（光電変換部）８、垂直レジスタ４、及びＰ型のチャンネル・ストッパ領域５が形成された固体撮像装置Ａにおいて、Ｎ型の不純物拡散領域３を砒素（Ａｓ）単体の不純物拡散により形成し、Ｎ型の不純物拡散領域３上にＰ型の正電荷蓄積領域を形成し、垂直レジスタ４、及びチャンネル・ストッパ領域５上に、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２の３層構造９，１０，１１からなるゲート絶縁膜１２を形成して構成する。
【００１２】
上述の本発明の構成によれば、ＰＮ接合Ｊを構成するＮ型の不純物拡散領域３を砒素（Ａｓ）単体の不純物拡散にて形成する、例えば、砒素（Ａｓ）をＰ型基板あるいはＰ型の不純物拡散領域２表面にイオン注入したのち、活性化処理して形成するようにしたので、原子半径の点（リン（Ｐ）よりも大きく、シリコン（Ｓｉ）とほぼ同じ大きさを有する）から格子歪やストレスが緩和され、その結果、ＰＮ接合面Ｊでの逆方向のリーク電流の発生が低減し、暗電流の減少が達成される。従って、撮像画面の欠陥である白きずが低減されると共に、ＰＮ接合Ｊを構成するＮ型の不純物拡散領域３の縮小化延いては固体撮像装置Ａ自体の小型化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照しながら本発明の実施例を説明する。
図１は、本実施例に係る固体撮像装置Ａの要部を示す構成図である。
【００１４】
この固体撮像装置Ａは、図示する如く、Ｎ型シリコン基板１上の第１のＰ型ウェル領域２内にＮ型の不純物拡散領域３と垂直レジスタ４並びにＰ型のチャンネル・ストッパ領域５が形成され、上記Ｎ型の不純物拡散領域３上にＰ型の正電荷蓄積領域６が、垂直レジスタ直下に第２のＰ型ウェル領域７が夫々形成されている。ここで、Ｎ型の不純物拡散領域３と第１のＰ型ウェル領域２とのＰＮ接合ＪによるフォトダイオードＰＤによって、受光部（光電変換部）８が構成される。この受光部８は画素に対応して形成される。
【００１５】
そして、第１のＰ型ウェル領域２の上記チャンネル・ストッパ領域５、垂直レジスタ４及び正電荷蓄積領域６を含む全面にＳｉＯ２からなる酸化膜９が形成され、更に、垂直レジスタ４及びチャンネル・ストッパ領域５上に、上記酸化膜９を介してＳｉ３Ｎ４膜１０及びＳｉＯ２膜１１が順次積層される。この垂直レジスタ４及びチャンネル・ストッパ領域５上の酸化膜９、Ｓｉ３Ｎ４膜１０及びＳｉＯ２膜１１は３層構造のゲート絶縁膜１２を構成する。
【００１６】
また、第１のＰ型ウェル領域２上の上記ゲート絶縁膜１２上に、多結晶シリコン層による転送電極１３が形成され、該転送電極１３上及び正電荷蓄積領域６上の酸化膜９上に夫々ＰＳＧ（リン・シリケート・ガラス）等からなる層間膜１４が積層され、更に、上記転送電極１３上に上記層間膜１４を介してＡｌ遮光膜１５が選択的に形成される。尚、受光部８と垂直レジスタ４間において、読出しゲート１７が構成される。
【００１７】
しかして、本例においては、上記Ｎ型の不純物拡散領域３を砒素（Ａｓ）によるイオン注入によって形成する。ここで、Ｎ型の不純物拡散領域３の形成において、従来から用いられていたリン（Ｐ）と、本例で用いられる砒素（Ａｓ）及び基板１を構成するシリコン（Ｓｉ）の夫々における結晶からみた原子半径は、夫々１．１０Å、１．１８Å及び１．１７Åである。この原子半径からわかるように、砒素（Ａｓ）とシリコン（Ｓｉ）は非常に近接した値になっている。従って、本例の如く、砒素（Ａｓ）をイオン注入してＮ型の不純物拡散領域３を形成した場合、リン（Ｐ）の場合と違って、ＰＮ接合面Ｊでの格子歪やストレスが緩和される。
【００１８】
次に、本例に係るＣＣＤ固体撮像装置Ａの製造方法を図２及び図３の工程図に基いて説明する。尚、図１と対応するものについては同符号を記す。
【００１９】
まず、図２Ａに示すように、Ｎ型シリコン基板１上の第１のＰ型ウェル領域２上にＳｉＯ２からなる酸化膜９を形成したのち、第１のＰ型ウェル領域２内にＮ型及びＰ型の不純物を選択的にイオン注入して、Ｎ型の垂直レジスタ４及びＰ型のチャンネル・ストッパ領域５並びに第２のＰ型ウェル領域７を夫々形成する。
【００２０】
次に、図２Ｂに示すように、第１のＰ型ウェル領域２上の酸化膜９上全面にＳｉ３Ｎ４膜１０及びＳｉＯ２膜１１を順次積層したのち、後に受光部８となる部分のＳｉ３Ｎ４膜１０及びＳｉＯ２膜１１を選択的にエッチング除去する。ここで、垂直レジスタ４及びチャンネル・ストッパ領域５上の酸化膜９、Ｓｉ３Ｎ４膜１０及びＳｉＯ２膜１１がゲート絶縁膜１２を構成する。その後、ゲート絶縁膜１２上に多結晶シリコン層による転送電極１３を形成する。
【００２１】
次に、図２Ｃに示すように、上記転送電極１３をマスクとしてＮ型の不純物、本例では砒素（Ａｓ）を、第１のＰ型ウェル領域２内、特に、基板１表面から深さ０．３〜０．４μｍの比較的深い位置に選択的にイオン注入したのち、窒素雰囲気中で、熱処理を行って、Ｎ型の不純物拡散領域３を形成する。このとき、該Ｎ型の不純物拡散領域３と第１のＰ型ウェル領域２とのＰＮ接合ＪによるフォトダイオードＰＤによって受光部８が構成される。また、上記熱処理は、温度１０００℃以上、時間１０秒〜数１０秒の短時間アニールにより行う。特に、本例では、温度１０５０℃、時間１０秒間の短時間アニール（ランプアニール）により行った。
【００２２】
次に、図３Ａに示すように、上記転送電極１３をマスクとしてＰ型の不純物、例えばボロン（Ｂ）を受光部８表面に選択的にイオン注入したのち、窒素雰囲気中で熱処理して、上記の如く導入されたＰ型の不純物を拡散、活性化させて受光部８の表面にＰ型の正電荷蓄積領域６を形成する。
【００２３】
次に、図３Ｂに示すように、転送電極１３を含む全面にＰＳＧ等からなる層間膜１４を形成したのち、転送電極１３上に該層間膜１４を介してＡｌ遮光膜１５を選択的に形成することにより、本例に係るＣＣＤ固体撮像装置Ａを得る。
【００２４】
上述の如く、本例によれば、受光部８のＰＮ接合Ｊを構成するＮ型の不純物拡散領域３を、結晶からみた原子半径がリン（Ｐ）よりも大きく、シリコン（Ｓｉ）とほぼ同じ大きさを有する砒素（Ａｓ）単体の不純物拡散にて形成する、即ち、砒素（Ａｓ）を第１のＰ型ウェル領域２表面にイオン注入したのち、活性化処理して形成するようにしたので、ＰＮ接合面Ｊでの格子歪やストレスが緩和され、該ＰＮ接合面Ｊでの逆方向のリーク電流の発生が低減し、暗電流の減少が達成される。このことは、撮像画面の欠陥である白きずの低減化につながる。
【００２５】
また、砒素（Ａｓ）は、その拡散係数が低いことから、その後の熱処理において、不純物の広域拡散が抑制され、ＰＮ接合Ｊを構成するＮ型の不純物拡散領域３の縮小化延いては固体撮像装置Ａ自体の小型化を図ることができる。
【００２６】
特に、本例においては、砒素（Ａｓ）をイオン注入したのち、窒素雰囲気中で、温度１０００℃以上、時間１０秒〜数１０秒の短時間アニールを施して上記Ｎ型の不純物拡散領域３を形成するようにしたので、砒素（Ａｓ）のイオン注入による局所的な残留欠陥を効率良く低減化させることができ、該残留欠陥による局所的な暗電流の増加を防止することができ、撮像画面の白きずを効果的に低減させることができる。また、短時間アニールであるため、上記砒素（Ａｓ）の拡散係数が低いことも相俟って、Ｎ型の不純物拡散領域３の縮小化並びに固体撮像装置Ａ自体の小型化を効率よく図ることができる。
【００２７】
上記実施例では、Ｎ型のシリコン基板１上に形成された第１のＰ型ウェル領域２に、受光部８を構成するＮ型の不純物拡散領域３を形成するようにしたが、その他、Ｐ型のシリコン基板を用いて、直接該Ｐ型のシリコン基板に上記Ｎ型の不純物拡散領域３を形成するようにしてもよい。また、上記実施例において、受光部８表面に形成されるＰ型の正孔蓄積領域６を省略するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置によれば、撮像画面の欠陥である白きずが低減できると共に、ＰＮ接合を構成するＮ型の不純物拡散領域の縮小化延いては固体撮像装置自体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の要部を示す構成図。
【図２】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その１）。
【図３】本実施例に係るＣＣＤ固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その２）。
【図４】従来例に係る受光部を示す構成図。
【図５】他の従来例に係る受光部を示す構成図。
【符号の説明】
Ａ　ＣＣＤ固体撮像装置
１　シリコン基板
２　第１のＰ型ウェル領域
３　Ｎ型の不純物拡散領域
４　垂直レジスタ
５　チャンネル・ストッパ領域
６　正孔蓄積領域
７　第２のＰ型ウェル領域
８　受光部
１２　ゲート絶縁膜
１３　転送電極
１４　層間膜
１５　Ａｌ遮光膜
【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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