(57)【要約】【課題】イオン注入装置の加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することで、不純物領域を深い位置まで均一な濃度分布に形成することを可能とする。【解決手段】イオン源材料をイオン化するイオン源１１と、イオン源１１より発生したイオンを引き出す引き出し電極１２と、引き出し電極１２により引き出されたイオン２１より所望のイオン種を分離する質量分析部１３と、質量分析部１３で分離された所望のイオン２２に加速電圧を印加して加速する加速管１４とを備えたイオン注入装置１０において、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を発生する様に構成され、発生した昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を加速管１４に印加する様に加速管１４に接続された電源１５を備えたものであり、このイオン注入装置１０を用いて不純物領域を深い位置まで均一な濃度分布に形成するイオン注入方法であり、このイオン注入方法を用いて固体撮像素子の不純物領域を形成する製造方法であり、この製造方法により形成された固体撮像素子である。【選択図】図１
2007027024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源材料をイオン化するイオン源と、
前記イオン源より発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記引き出し電極により引き出されたイオンより所望のイオン種を分離する質量分析部と、
前記質量分析部で分離された所望のイオンに加速電圧を印加して加速する加速管と
を備えたイオン注入装置において、
昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を発生する様に構成され、前記発生した昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を前記加速管に印加する様に前記加速管に接続された電源
を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記電源は連続する三角波の加速電圧を発生する電源である
ことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射するイオン注入方法であって、
前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】
前記昇圧と降圧を繰り返す加速電圧は連続する三角波の電圧である
ことを特徴とする請求項３記載のイオン注入方法。
【請求項５】
光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子を含む固体撮像素子の製造方法において、
前記固体撮像素子を構成する領域を形成する工程にイオン注入により不純物を導入して形成する工程を備え、
前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
半導体基板と、該半導体基板上に形成された半導体層との間に第２導電型のウエル領域を形成する工程を備え、
前記半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部を形成する固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体層中の前記フォトセンサと前記ウエル領域との間に、前記ウエル領域とは逆導電型のウエル領域をイオン注入により形成する工程を備え、
前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子の製造方法であって、
前記固体撮像素子の画素間を分離する画素間分離領域をイオン注入により形成する工程を備え、
前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
半導体基板上に半導体層を備え、
前記半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部を形成する固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層と前記半導体基板とを接続する前記半導体基板と同じ導電型の領域をイオン注入により形成する工程を備え、
前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
半導体基板と、該半導体基板上に形成された半導体層との間にウエル領域を備え、
前記半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部を形成する固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層と前記ウエル領域とを接続する前記ウエル領域と同じ導電型の領域をイオン注入により形成する工程を備え、
前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記固体撮像素子はＣＭＯＳ型固体撮像素子であり、
前記イオン注入により不純物を導入して形成された領域は画素間分離領域である
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記固体撮像素子はＣＭＯＳ型固体撮像素子であり、
前記イオン注入により不純物を導入して形成された領域はウエル領域である
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子を含む固体撮像素子において、
前記固体撮像素子を構成する領域はイオン注入により不純物を導入して形成された領域を含み、
前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１３】
半導体基板上に形成された半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成され、
前記半導体基板と前記半導体層との間に第２導電型のウエル領域が形成された固体撮像素子であって、
前記半導体層中の前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に、前記第２導電型とは逆導電型の第１導電型のウエル領域が備えられ、
前記第1導電型のウエル領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１４】
入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子の画素間に画素間分離領域を備え、
前記画素間分離領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１５】
半導体基板上に形成された半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子の周辺部における前記半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層と前記半導体基板とを接続する前記半導体基板と同じ導電型の領域を備え、
前記半導体基板と同じ導電型の領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１６】
半導体基板上に形成された半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成され、
前記半導体基板と前記半導体層との間に前記半導体層よりも高濃度のウエル領域が形成された固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子の周辺部における前記半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層と前記ウエル領域とを接続する前記ウエル領域と同じ導電型の領域を備え、
前記ウエル領域と同じ導電型の領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１７】
前記固体撮像素子はＣＭＯＳ型固体撮像素子であり、
前記イオン注入により不純物を導入して形成された領域は画素間分離領域である
ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
前記固体撮像素子はＣＭＯＳ型固体撮像素子であり、
前記イオン注入により不純物を導入して形成された領域はウエル領域である
ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深い位置に微細パターンのイオン注入領域を形成することが容易なイオン注入装置、イオン注入方法およびそのイオン注入方法を用いた固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｎ型シリコン基板を用いたＨＡＤ（Hole Accumulated Diode）構造の固体撮像素子の感度を向上させるために、オーバーフローバリアを高エネルギーイオンインプラで形成し、フォトセンサのオーバーフローバリアのシリコン表面からの距離を伸ばす技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、画素の微細化と共にシリコン表面付近のポテンシャル変化の影響がオーバフローバリアの位置まで及ばなくなり、オーバーフローバリアのポテンシャルは位置によらずほぼ一定になる。そのため、画素間で混色が発生することになる。そこで画素間混色が起こらないようにするために、画素間にポテンシャルバリアを形成するための不純物を導入した場合、その３次元的な締め付け効果により、フォトセンサのオーバーフローバリアがシリコン表面側に移動するので、感度が低下するという問題が発生していた。
【０００３】
画素間混色の防止と高感度化を両立させるために、画素間にバリアを形成するための不純物とフォトセンサのオーバーフローバリアのシリコン表面からの距離を伸ばすための不純物を数種類の打ち込みエネルギーに分けて多段打ちする手法（例えば、特許文献２、３参照。）が用いられているが、各不純物のイオン注入エネルギーとドーズ量の最適化が非常に煩雑になり、工程数も増加するという問題があった。
【０００４】
また、不純物を数種類の打ち込みエネルギーに分けて多段打ちするイオン注入方法では、通常の加速電圧が一定電圧の場合に、被加工物に打ち込まれるイオンにより形成される不純物領域はガウス分布の不純物濃度プロファイルを持つ。このため、打ち込みエネルギーを変えて複数回のイオン注入を繰り返すことで、深い位置まで不純物注入領域を形成しようとすると、不純物注入領域全体の深さ方向の不純物濃度プロファイルが一定値にならず、不純物濃度の高い領域と低い領域とが混在した状態になるという問題点を有していた。このように、従来のイオン注入方法では、深い不純物注入領域を深さ方向の不純物濃度が一定になるように形成することは困難であった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２４６１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５４６２号公報
【特許文献３】特開平８−２２７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとするイオン注入装置およびイオン注入方法に関する問題点は、深い不純物注入領域を深さ方向の不純物濃度が一定になるように形成することが困難な点にある。
【０００７】
解決しようとする固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関する問題点は、固体撮像素子において画素間混色の防止と高感度化を両立させることが困難な点にある。
【０００８】
そこで、本発明のイオン注入装置およびイオン注入方法は、深さ方向に均一な不純物濃度プロファイルを有する不純物注入領域を形成することを課題とする。
【０００９】
また、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子は、画素間混色の防止と高感度化を両立させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のイオン注入装置は、イオン源材料をイオン化するイオン源と、前記イオン源より発生したイオンを引き出す引き出し電極と、前記引き出し電極により引き出されたイオンより所望のイオン種を分離する質量分析部と、前記質量分析部で分離された所望のイオンに加速電圧を印加する加速管とを備えたイオン注入装置において、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を発生する様に構成され、前記発生した昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を前記加速管に印加する様に前記加速管に接続された電源を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のイオン注入方法は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射するイオン注入方法であって、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子を含む固体撮像素子の製造方法において、前記固体撮像素子を構成する領域を形成する工程にイオン注入により不純物を導入して形成する工程を備え、前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された半導体層との間に第２導電型のウエル領域を形成する工程を備え、前記半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部を形成する固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体層中の前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に、前記第２導電型とは逆導電型の第１導電型のウエル領域をイオン注入により形成する工程を備え、前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子の製造方法であって、前記固体撮像素子の画素間を分離する画素間分離領域をイオン注入により形成する工程を備え、前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に半導体層を備え、前記半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層と前記半導体基板とを接続する前記半導体基板と同じ導電型の領域をイオン注入により形成する工程を備え、前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された半導体層との間にウエル領域を備え、前記半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層と前記ウエル領域とを接続する前記ウエル領域と同じ導電型の領域をイオン注入により形成する工程を備え、前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１７】
本発明の固体撮像素子は、光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子を含む固体撮像素子において、前記固体撮像素子を構成する領域はイオン注入により不純物を導入して形成された領域を含み、前記イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に形成された半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成され、前記半導体基板と前記半導体層との間にウエル領域が形成された固体撮像素子であって、前記半導体層中の前記フォトセンサと前記ウエル領域との間に、前記ウエル領域とは逆導電型の別のウエル領域が備えられ、前記別のウエル領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなることを特徴とする。
【００１９】
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、前記固体撮像素子の画素間に画素間分離領域を備え、前記画素間分離領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなることを特徴とする。
【００２０】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に形成された半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、前記固体撮像素子の周辺部における前記半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層と前記半導体基板とを接続する前記半導体基板と同じ導電型の領域を備え、前記半導体基板と同じ導電型の領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなることを特徴とする。
【００２１】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に形成された半導体層に、入射光を光電変換するフォトセンサ、前記フォトセンサから信号電荷を読み出す読み出し部および前記読み出された信号電荷の転送を行う電荷転送部が形成され、前記半導体基板と前記半導体層との間に前記半導体層よりも高濃度のウエル領域が形成された固体撮像素子であって、前記固体撮像素子の周辺部における前記半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層と前記ウエル領域とを接続する前記ウエル領域と同じ導電型の領域を備え、前記ウエル領域と同じ導電型の領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のイオン注入装置は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を発生する様に構成され、前記発生した昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を前記加速管に印加する様に前記加速管に接続された電源を備えているため、深さ方向に均一な不純物濃度となるようにイオン注入を行うことができるので、不純物領域を深さ方向に均一な濃度で形成することができるという利点がある。このため、本発明のイオン注入装置で形成すれる不純物領域は深さ方向において電気抵抗が均一になるという利点がある。また、従来は多段階に繰り返し行っていたイオン注入を、一回のイオン注入で行うことができるので、イオン注入工程の大幅なる削減が可能になる。
【００２３】
本発明のイオン注入方法は、イオンを加速する加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するため、深さ方向に均一な不純物濃度となるようにイオン注入を行うことができるので、不純物領域を深さ方向に均一な濃度で形成することができるという利点がある。このため、本発明のイオン注入方法で形成された不純物領域は深さ方向において電気抵抗が均一になるという利点がある。また、従来は多段階に繰り返し行っていたイオン注入を、一回のイオン注入で行うことができるので、イオン注入工程の大幅なる削減が可能になり、スループットの向上を図ることができる。
【００２４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、固体撮像素子を構成する領域を形成する工程にイオン注入により不純物を導入して形成する工程を備え、イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することから、深さ方向に均一な濃度で不純物領域を形成することができるという利点がある。これによって、深さ方向に均一な濃度の不純物領域を、例えば３μｍ程度以上の深い位置迄形成することが容易になる。
【００２５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体層中のフォトセンサと第２導電型のウエル領域との間に、第２導電型とは逆導電型の第１導電型のウエル領域を、本発明のイオン注入法により形成する工程を備えている。この製造方法を用いると、第１導電型のウエル領域を深さ方向に均一な濃度で形成することができるという利点がある。これによって、従来は多段階に繰り返し行っていた第１導電型のウエル領域を形成する為のイオン注入を、一回のイオン注入で行う様にイオン注入工程の大幅なる削減をしたとしても、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００２６】
また、画素間分離領域を、本発明のイオン注入法により形成する工程を備えている製造方法では、画素間分離領域を深さ方向に均一な濃度で形成することができるという利点がある。これによって、画素間分離領域の深さ方向の不純物濃度が一定値にならず、不純物濃度の高い領域と低い領域とが混在した状態になる事に起因する３次元的な締め付け効果により、フォトセンサのオーバーフローバリアがシリコン表面側に移動するという問題点を改善する事が出来、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００２７】
また、半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層と半導体基板とを接続する前記半導体基板と同じ導電型の領域を、本発明のイオン注入法により形成する工程を備えている製造方法では、前記半導体基板と同じ導電型の領域を深さ方向に均一な濃度で形成することができるという利点がある。これによって、例えば１０μｍ程度の厚い半導体層が形成された基板と前記半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層との接続領域を前記半導体基板と同じ導電型の領域により一回のイオン注入工程で形成することができるので、基板の取り出しを容易に半導体層表面で行うことができるという利点がある。
【００２８】
また、半導体層の深い位置、例えば５μｍ以上の深さに形成されたウエル領域と半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層との接続領域を前記ウエル領域と同じ導電型の領域により一回のイオン注入工程で形成することができるので、ウエル領域の取り出しを容易に半導体層表面で行うことができるという利点がある。
【００２９】
本発明の固体撮像素子は、固体撮像素子を構成する領域はイオン注入により不純物を導入して形成された領域を含み、イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、前記加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することから、上記イオン注入により不純物を導入して形成された不純物領域は、深さ方向に均一な濃度で形成されたものになっているという利点がある。これによって、例えば３μｍ程度以上の深い位置にも均一な濃度分布を有する不純物領域を設けることが可能となる。
【００３０】
本発明の固体撮像素子は、半導体層中のフォトセンサと第２導電型のウエル領域との間に、前記第２導電型とは逆導電型の第１導電型のウエル領域が備えられ、第１導電型のウエル領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有する。このため、従来は多段階に繰り返し行っていた第１導電型のウエル領域を形成する為のイオン注入を、一回のイオン注入で行う様にイオン注入工程の大幅なる削減をしたとしても、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００３１】
また、固体撮像素子の画素間に画素間分離領域を備え、画素間分離領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものからなる。このため、画素間分離領域の深さ方向の不純物濃度が一定値にならず、不純物濃度の高い領域と低い領域とが混在した状態になる事に起因する３次元的な締め付け効果により、フォトセンサのオーバーフローバリアがシリコン表面側に移動するという問題点を改善する事が出来、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００３２】
また、固体撮像素子の周辺部における半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層と前記半導体基板とを接続する前記半導体基板と同じ導電型の領域を備え、前記半導体基板と同じ導電型の領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものからなる。このため、例えば１０μｍ程度の厚い半導体層が形成された基板と前記半導体層表面に形成された前記半導体基板と同じ導電型の電極接続層との接続領域を前記半導体基板と同じ導電型の領域により一回のイオン注入工程で形成することができるので、基板の取り出しを容易に半導体層表面で行うことができるという利点がある。
【００３３】
また、固体撮像素子の周辺部における半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層と前記ウエル領域とを接続する前記ウエル領域と同じ導電型の領域を備え、前記ウエル領域と同じ導電型の領域は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものからなる。このため、半導体層の深い位置、例えば５μｍ以上の深さに形成された前記ウエル領域と半導体層表面に形成された前記ウエル領域と同じ導電型の電極接続層との接続領域を前記ウエル領域と同じ導電型の領域により一回のイオン注入工程で形成することができるので、ウエル領域の取り出しを容易に半導体層表面で行うことができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明のイオン注入装置に係る一実施形態を、図１の概略構成図によって説明する。
【００３５】
図１に示すように、イオン注入装置１０は、イオン源材料をイオン化するイオン源１１を備えている。このイオン源１１のイオンが発生する側には、イオン源１１より発生したイオンを正の電場によって引き出す引き出し電極１２が設置されている。そして、上記引き出し電極１２により引き出されたイオン２１の引き出し方向には、引き出されたイオンを例えば磁場を利用してイオンの質量、電荷量の相違から所望のイオン種に分離する質量分析部１３が設置されている。この質量分析部１３より分離されたイオン２２が放出される方向には、分離された所望のイオン２２に加速電圧を印加して打ち込みに必要な所望のエネルギーレベルまでエネルギーを引き上げる加速管１４が設置されている。この加速管１４には、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する電源１５が接続されている。上記加速管１４で上記加速電圧が印加され、打ち込みに必要な所望のエネルギーレベルまで加速されたイオン２３は被加工物（例えば半導体基板等）３１に照射される。その際、被加工物３１は接地されている。
【００３６】
上記電源１５には、例えば図２に示すような、連続する三角波の加速電圧を発生する電源を用いる。このような連続する三角波の加速電圧は、例えば矩形（方形）波の電圧を積分することにより発生させることができる。例えば積分器を用いることができる。この積分器は、一般に知られているものであり、例えば入力端子Ｖｉｎと出力端子Ｖｏｕｔの間に直列に抵抗ＲとキャパシタＣとを入力端子Ｖｉｎ側に抵抗Ｒが、出力端子Ｖｏｕｔ側にキャパシタＣが来る様に接続し、上記キャパシタＣに並列にオペアンプＯｐを接続する。その際、オペアンプＯｐの入力側の負側を上記抵抗Ｒと上記キャパシタＣとの接点に接続し、オペアンプＯｐの出力側を出力端子Ｖｏｕｔに接続し、オペアンプＯｐの入力端子の正側には直流電圧を印加する。このような積分器において、図２に示すような方形波を入力端子Ｖｉｎに入力することにより、出力端子Ｖｏｕｔより三角波の加速電圧が得られる。また、図２に示すような出力の直流成分は、オペアンプＯｐの非反転入力端子から入力すればよい。
【００３７】
また、上記方形波は、例えば直流電圧をスイッチングによって切り換えることにより得ることができる。もしくは正弦波をコンパレータに通すことにより得ることができる。
【００３８】
次に、上記イオン注入装置１０の動作について説明する。上記イオン注入装置１０のイオン源１１は、その内部に収納されたイオン源材料をイオン化して、所望のイオン種を含むイオンを発生させる。そして、引き出し電極１２によってイオン源１１中に発生したイオン２１を外部に引き出し、質量分析部１３に導く。この質量分析部１３は、磁場を利用して、イオン源１１で発生された各種のイオン種のうち、イオンの質量、電荷量の相違による飛行経路の違いにより所望のイオン種を選別する。そして加速管１４は、上記質量分析部１３により選別された所望のイオン２２に、打ち込みに必要なエネルギーレベルになるように加速電圧を印加する。上記電源１５は、加速管１４に電圧を供給する。例えば上記図２によって説明したような、連続する三角波の加速電圧が加速管１４に供給され、それがイオン２２に印加される。
【００３９】
上記イオン注入装置１０では、昇圧と降圧を繰り返す波形の加速電圧、例えば三角波形の加速電圧を加速管１４に印加することにより、高い電圧（三角波の頂点での電圧）が印加されたときはイオンのエネルギーが大きくなり、そのイオン２３は被加工物に対して深い位置に打ち込まれることになる。一方、低い電圧（三角波の底部での電圧）が印加されたときにはイオンのエネルギーが増加はするが前記のようには大きくならず、その加速されたイオン２３は被加工物に対して浅い位置に打ち込まれることになる。このように、時間の経過とともにイオンに印加される加速電圧が変化することから、その加速電圧に応じてイオン２３の打ち込み深さも変化し、その結果、イオン２３の打ち込み深さが平均化されて、深さ方向に均一な不純物濃度プロファイルを持つような不純物領域が形成されることになる。すなわち、加速電圧が昇圧されている状態のときのイオン注入では、浅い位置から深い位置に向かってイオン注入がなされ、加速電圧が降圧されている状態のときのイオン注入では、深い位置から浅い位置に向かってイオン注入がなされ、それを連続して繰り返し行うことから、イオン注入位置が深さ方向に平均化されて、イオン注入領域の深さ方向の不純物濃度プロファイルが均一となる。このため、本発明のイオン注入装置で形成される不純物領域は深さ方向において電気抵抗が均一になるという利点がある。
【００４０】
上記イオン注入装置１０の加速管１４に印加される昇圧と降圧を繰り返す電圧波形としては、上記説明した連続する三角波形の他に、正弦波や階段状の波形等種々のものを選択することも可能である。また、不純物の導電型に関係なく、Ｎ型不純物であってもＰ型不純物であっても、本発明のイオン注入方法によれば、深さ方向に均一な不純物濃度分布を持つ不純物領域を形成することができる。また、従来は多段階に繰り返し行っていたイオン注入を、一回のイオン注入で行うことができるので、イオン注入工程の大幅なる削減が可能になる。
【００４１】
次に、本発明のイオン注入方法に係る一実施形態を、図１の概略構成図によって説明する。
【００４２】
本発明のイオン注入方法は、例えば、前記図１によって説明した本発明のイオン注入装置１０を用いて実施することができる。
【００４３】
図１に示すように、本発明のイオン注入方法は、イオン源１１より引き出し電極１２により引き出されたイオン２１から質量分析部１３で所望のイオン種を選択し、その選択されたイオン２２に加速管１４で加速電圧を印加して打ち込みに必要な所望のエネルギーを与え、そのエネルギーを得たイオン２３を被加工物３１に照射する。上記加速管１４でイオンを加速する際に、上記加速管１４に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する。このような昇圧と降圧を繰り返す加速電圧としては連続する三角波の電圧を用いる。このような連続する三角波の電圧は、前記図２によって説明したような方法によって得ることができる。
【００４４】
例えば、深い位置へのイオン注入を行う際に、連続する三角波の加速電圧を加速管１４に印加した場合のイオン注入方法では、図３に示すように、深さ方向に不純物濃度が均一な不純物領域（図面ではＮ型不純物領域）を形成することが可能になる。一方、打ち込みエネルギーを変えて複数回（図面に示したのは５回）のイオン注入を繰り返し行う従来技術のイオン注入方法では、深さ方向に向かって均一な不純物濃度の不純物領域（図面ではＮ型不純物領域）を形成することは困難であった。図３では、一例として、Ｎ型基板上にＮ-型エピタキシャル層を形成し、そのＮ-型エピタキシャル層の表面側にＮ+型層を形成する。そして、Ｎ+型層とＮ型基板とを接続するＮ型不純物領域をＮ-型エピタキシャル層中に形成した一例を示した。また、本発明のイオン注入方法により形成されるＮ型不純物領域の不純物濃度プロファイルを実線で示した。また５回のイオン注入を繰り返し行った従来技術のイオン注入方法により形成されるＮ型不純物領域の不純物濃度プロファイルを２点鎖線で示し、その際の個々のイオン注入により形成される不純物領域の不純物濃度プロファイルを１点鎖線で示した。
【００４５】
本発明のイオン注入方法は、イオンを加速する加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するため、深さ方向に均一な不純物濃度となるようにイオン注入を行うことができるので、不純物領域を深さ方向に均一な濃度で形成することができるという利点がある。このため、本発明のイオン注入方法で形成された不純物領域は深さ方向において電気抵抗が均一になるという利点がある。また、従来は多段階に繰り返し行っていたイオン注入を、一回のイオン注入で行うことができるので、イオン注入工程の大幅なる削減が可能になり、スループットの向上を図ることができる。
【００４６】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法およびその固体撮像素子について以下に説明する。
【００４７】
まず、本発明の固体撮像素子に係る一実施形態を、図４および図５の概略構成断面図、図６の平面レイアウト図によって説明する。なお、図４は、図６中のＸ−Ｘ’線断面の概略を示す図面であり、図５は、図６中のＹ−Ｙ’線断面の概略を示す図面である。
【００４８】
図４〜図６に示すように、第１導電型（Ｎ型）の半導体基板（以下、基板という）１１１上に、第１導電型（Ｎ-型）の半導体層（例えばエピタキシャル層：以下、エピタキシャル層という）１１２が形成されている。上記基板１１１と上記エピタキシャル層１１２との間には、上記エピタキシャル層１１２よりも高濃度のオーバフローバリアとなる第２導電型の第１ウエル領域１１３が形成されている。例えば、第１ウエル領域１１３は、その濃度が例えば５．０×１０14／ｃｍ3〜２．０×１０15／ｃｍ3程度となっている。また、上記第１ウエル領域１１３は、例えば上記エピタキシャル層１１２表面からの深さが３μｍ以上、好ましくは４μｍ以上に形成されている。このように、深い位置にオーバフローバリアとなる第１ウエル領域１１３を形成することにより、高感度な固体撮像素子１０１となる。
【００４９】
また、上記エピタキシャル層１１２の表面側には、固体撮像素子１０１に入射した光を光電変換するフォトセンサ１２１が形成されている。このフォトセンサ１２１は、Ｎ型領域１２２からなり、その表層には、Ｐ+型領域からなるホール蓄積層１２３が形成されている。
【００５０】
上記フォトセンサ１２１の一方側（図４において）には読み出し部１３１を介して垂直電荷転送部１４１が形成されている。この垂直電荷転送部１４１は、Ｎ型領域１４２からなり、その下部にはＰ型領域の第２ウエル領域１４３が形成されている。さらに、上記垂直電荷転送部１４１の読み出し部１３１とは反対側にはＰ+型領域からなるチャネルストップ領域１５１が形成されている。また、上記フォトセンサ１２１の他方側（図４において）にもチャネルストップ領域（図示せず）が形成されている。さらに、上記チャネルストップ領域１５１の下部から上記第１ウエル領域１１３に接続する第２導電型（Ｐ型）の画素間分離領域１５２が形成されている。この画素間分離領域１５２は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる。このため、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものからなる。
【００５１】
上記フォトセンサ１２１と上記第２導電型の第１ウエル領域１１３との間には第１導電型（Ｎ-型）のウエル領域１１４が形成されている。上記第１導電型のウエル領域１１４は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる。このため、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものとなり、その濃度は、例えば３．０×１０14／ｃｍ3〜３．０×１０15／ｃｍ3程度となっている。
【００５２】
また、上記垂直電荷転送部１４１の下方で上記第２導電型の第１ウエル領域１１３を含み、上記第２導電型の第１ウエル領域１１３と上記垂直電荷転送部１４１との間における上記エピタキシャル層１１２には、上記垂直電荷転送部１４１の下部に形成された上記Ｐ型領域の第２ウエル領域１４３と離間して第３ウエル領域１１５が形成されている。この第３ウエル領域１１５は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる。このため、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものとなり、その濃度は、例えば２．０×１０14／ｃｍ3〜２．０×１０15／ｃｍ3程度となっている。
【００５３】
さらに、上記読み出し部１３１および上記垂直電荷転送部１４１における上記エピタキシャル層１１２上には、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）１６１が形成されている。さらに絶縁膜（図示せず）を介して遮光膜１６２が形成され、上記フォトセンサ１２１上の遮光膜１６２に開口部１６３が形成されている。
【００５４】
上記構成の固体撮像素子１０１では、エピタキシャル層１１２中のフォトセンサ１２１と第２導電型の第１ウエル領域１１３との間に、第１導電型のウエル領域１１４が備えられ、第1導電型のウエル領域１１４は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる。このため、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものとなるため、従来は多段階に繰り返し行っていた第１導電型のウエル領域１１４を形成する為のイオン注入を、一回のイオン注入で行う様にイオン注入工程の大幅なる削減をしたとしても、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００５５】
また、固体撮像素子１０１の画素間に画素間分離領域１５２を備え、前記画素間分離領域１５２は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる。このため、画素間分離領域１５２の深さ方向の不純物濃度が一定値にならず、不純物濃度の高い領域と低い領域とが混在した状態になる事に起因する３次元的な締め付け効果により、フォトセンサのオーバーフローバリアがシリコン表面側に移動するという問題点を改善する事が出来、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００５６】
さらに、フォトセンサ１２１以外の領域に於けるオーバーフローバリアとなる領域には垂直電荷転送部１４１の下部に形成されたＰ型領域の第２ウエル領域１４３と離間してオーバーフローバリアとなるＰ型の不純物領域、すなわち第３ウエル領域１１５が形成されている。その結果、隣接するフォトセンサ１２１間には隣接画素間の混色を阻止するバリア領域が形成されるとともに、垂直電荷転送部１４１の下方で光電変換された電子は基板１１１側には抜けずに各垂直電荷転送部１４１に対応する１つのフォトセンサ１２１に流れ込むことになり、その分、画素間混色を起こすこと無しに固体撮像素子１０１の感度が向上することになる。
【００５７】
また、上記固体撮像素子１０１は、フォトセンサ１２１と第２導電型のウエル領域１１３との間に第１導電型のウエル領域１１４が形成されているため、感度を向上させることができるとともに、フォトセンサの飽和電荷量が低下することがない。
【００５８】
次に、本発明の固体撮像素子に係る一実施形態を、図７の概略構成断面図によって説明する。図７は、前記固体撮像素子１０１の周辺部を示す図面である。
【００５９】
図７に示すように、前記固体撮像素子１０１の周辺部には、第１導電型（Ｎ型）の半導体基板（以下、基板という）１１１と、第１導電型（Ｎ-型）の半導体層（例えばエピタキシャル層：以下、エピタキシャル層という）１１２と、前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された第１導電型（Ｎ+型）の電極接続層１７１と、前記基板１１１と前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された第１導電型（Ｎ+型）の電極接続層１７１とを接続する第１導電型領域１７２が備えられている。さらに、上記電極接続層１７１上には電極１７３が形成されている。この第１導電型領域１７２は、図８に示すように、深さ方向に不純物濃度が均一な不純物濃度プロファイルを有するものとなっている。なお、図８は、図７に示したＺ−Ｚ’線における不純物濃度プロファイルを示したものである。
【００６０】
なお、図面では、第１導電型領域１７２が基板１１１に入り込んで形成された状態を描いたが、第１導電型領域１７２は少なくとも基板１１１に接続するように形成されていればよい。同様に、第１導電型領域１７２は、少なくとも電極接続層１７１に接続していればよく、電極接続層１７１に入り込むように形成されていても問題はない。
【００６１】
また、図７に示すように、前記固体撮像素子１０１の周辺部には、第２導電型（Ｐ型）の第１ウエル領域１１３と、第１導電型（Ｎ-型）のエピタキシャル層１１２の表面に形成された第２導電型（Ｐ+型）の電極接続層１８１と、前記第２導電型の第１ウエル領域１１３と前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された第２導電型（Ｐ+型）の電極接続層１８１とを接続する第２導電型領域１８２が備えられている。さらに、上記電極接続層１８１上には電極１８３が形成されている。この第２導電型領域１８２は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に不純物濃度が均一な不純物濃度プロファイルを有するものとなっている。
【００６２】
なお、図面では、第２導電型領域１８２が第１ウエル領域１１３に入り込んで形成された状態を描いたが、第２導電型領域１８２は少なくとも第１ウエル領域１１３に接続するように形成されていればよい。同様に、第２導電型領域１８２は、少なくとも電極接続層１８１に接続していればよく、電極接続層１８１に入り込むように形成されていても問題はない。
【００６３】
以上説明したように、固体撮像素子１０１の周辺部におけるエピタキシャル層１１２の表面に形成された第１導電型の電極接続層１７１と基板１１１とを接続する第１導電型領域１７２を備え、第１導電型領域１７２は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものとなっている。このため、例えば１０μｍ程度の厚いエピタキシャル層１１２が形成された基板１１１と前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された前記第１導電型（Ｎ+型）の電極接続層１７１との接続領域を前記基板１１１と同じ導電型の領域により一回のイオン注入工程で形成することができるので、基板１１１の取り出しを容易にエピタキシャル層１１２の表面で行うことができるという利点がある。
【００６４】
また、固体撮像素子１０１の周辺部におけるエピタキシャル層１１２の表面に形成された第２導電型の電極接続層１８１と第２導電型のウエル領域１１３とを接続する第２導電型領域１８２を備え、第２導電型領域１８２は、昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなるので、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものとなっている。このため、エピタキシャル層１１２の深い位置、例えば５μｍ以上の深さに形成された第２導電型のウエル領域１１３と前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された前記第２導電型（Ｐ+型）の電極接続層１８１との接続領域を前記第２導電型のウエル領域１１３と同じ導電型の領域により一回のイオン注入工程で形成することができるので、第２導電型のウエル領域１１３の取り出しを容易にエピタキシャル層１１２の表面で行うことができるという利点がある。
【００６５】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施形態を、図９〜図１１の製造工程断面図によって説明する。なお、この製造工程では、前記固体撮像素子１０１を製造する工程を説明する。また、図９〜図１１は図６における図４と同様な位置の断面を示している。なお、図９〜図１１で説明する製造工程は、前記固体撮像素子１０１の製造工程であり、以下に説明する各構成部品には前記固体撮像素子１０１の構成部品と同一の符号を付与した。
【００６６】
図９（１）に示すように、半導体基板（以下、基板という）１１１を用意する。この基板１１１は、第１導電型（Ｎ型）シリコン基板からなり、１Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するものを用いた。
【００６７】
次に、図９（２）に示すように、エピタキシャル成長法によって、上記半導体基板（以下、基板という）１１１上にＮ-型の半導体層（例えばエピタキシャル層：以下、エピタキシャル層という）１１２を形成する。このエピタキシャル層１１２は、例えば１００Ω・ｃｍ〜５００Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するものとする。
【００６８】
次に、図１０（３）に示すように、上記基板１１１と上記エピタキシャル層１１２との間に第２導電型（Ｐ型）の第１ウエル領域１１３を形成する。この第１ウエル領域１１３は、例えばイオン注入方法により形成することができる。もしくは、予め基板１１１表面に第１ウエル領域１１３を形成しておき、その後に基板１１１上にエピタキシャル層１１２を形成する事により、基板１１１とエピタキシャル層１１２との間に第１ウエル領域１１３を形成することもできる。
【００６９】
次に、図１０（４）に示すように、上記エピタキシャル層１１２中の電荷転送部が形成される領域の下方に第２導電型（Ｐ型）の第３ウエル領域１１５を形成する。具体的には、例えば、エピタキシャル層１１２上に、上記第３ウエル領域１１５が形成される領域上に開口部を設けたイオン注入マスク（図示せず）を形成し、上記説明した本発明のイオン注入法によって第２導電型の所望の不純物イオンを上記エピタキシャル層１１２中の電荷転送部が形成される領域の下方にドーピングする。すなわち、イオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することにより行う。その後、上記イオン注入マスクを除去する。この結果、第３ウエル領域１１５は２．０×１０14／ｃｍ3〜２．０×１０15／ｃｍ3程度の濃度に形成される。
【００７０】
次に、図１１（５）に示すように、上記エピタキシャル層１１２中のフォトセンサが形成される領域と上記第１ウエル領域１１３との間に、第１導電型（Ｎ-型）のウエル領域１１４を形成する。具体的には、例えば、エピタキシャル層１１２上に、上記ウエル領域１１４が形成される領域上に開口部を設けたイオン注入マスク（図示せず）を形成し、上記説明した本発明のイオン注入法によって第１導電型の所望の不純物イオンを、上記エピタキシャル層１１２中のフォトセンサが形成される領域と上記第１ウエル領域１１３との間にドーピングする。すなわち、このイオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することにより行う。その後、イオン注入マスクを除去する。
【００７１】
その後、図１１（６）に示すように、通常の固体撮像素子の製造方法によって、上記エピタキシャル層１１２表層の所定位置にＰ+型領域からなるチャネルストップ領域１５１を形成し、上記エピタキシャル層１１２表層の所定位置に上記チャネルストップ領域１５１に隣接して、垂直電荷転送部が形成される領域にＰ型領域からなる第２ウエル領域１４３を形成し、上記エピタキシャル層１１２表層の所定位置に上記チャネルストップ領域１５１に隣接して、Ｎ型領域からなる垂直電荷転送部１４１のＮ型領域１４２を形成する。
【００７２】
さらに、上記エピタキシャル層１１２上の垂直電荷転送部１４１上および読み出し部１３１となる領域上に、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）１６１を形成する。この電極１６１は、チャネルストップ領域１５１上にオーバーラップするように形成されてもよい。上記電極形成は、例えば、エピタキシャル層１１２表面に絶縁膜を形成した後、電極形成膜としてポリシリコン膜を成膜する。その後、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術によりポリシリコン膜を転送電極１６１にパターニングして形成することができる。
【００７３】
次に、上記エピタキシャル層１１２表層の上記読み出し部１３１に隣接して、フォトセンサ１２１のＮ型領域１２２を形成する。次いで上記フォトセンサ１２１のＮ型領域１２２表層にＰ+型領域からなるホール蓄積層１２３を形成する。
【００７４】
次に、全面に光透過性を有する層間絶縁膜（図示せず）を形成した後、全面に遮光膜１６２を形成する。その後、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術により上記遮光膜１６２をエッチング加工して、上記フォトセンサ１２１上に開口部１６３を形成する。このようにして、固体撮像素子１０１が形成される。
【００７５】
上記構成の固体撮像素子１０１の製造方法では、本発明のイオン注入方法によって、第１導電型のウエル領域１１４を形成することから、第１導電型のウエル領域１１４をエピタキシャル層１１２の深い位置、例えば３μｍ程度以上の深い位置迄形成することが容易にできるとともに、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するように形成することができる。また、エピタキシャル層１１２中のフォトセンサ１２１と第２導電型の第１ウエル領域１１３との間に、上記ウエル領域１１４が形成されることから、画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００７６】
さらに、垂直電荷転送部１４１の下方で第１ウエル領域１１３を含み、上記第１ウエル領域１１３の上方のエピタキシャル層１１２中には、垂直電荷転送部１４１の下部に形成されたＰ型領域の第２ウエル領域１４３と離間してオーバーフローバリアとなるＰ型の不純物領域、すなわち第３ウエル領域１１５が形成されている。その結果、隣接するフォトセンサ１２１間には隣接画素間の混色を阻止するバリア領域が形成されるとともに、垂直電荷転送部１４１の下方で光電変換された電子は基板１１１側には抜けずに各垂直電荷転送部１４１に対応する１つのフォトセンサ１２１に流れ込むことになり、その分、画素間混色を起こすこと無しに固体撮像素子１０１の感度が向上することになる。
【００７７】
また、上記固体撮像素子１０１は、フォトセンサ１２１と第２導電型のウエル領域１１３との間に第１導電型のウエル領域１１４が形成されているため、感度を向上させることができるとともに、フォトセンサの飽和電荷量が低下することがない。
【００７８】
さらに、上記固体撮像素子１０１では、フォトセンサ１２１のオーバーフローバリアとなる第１ウエル領域１１３を、エピタキシャル層１１２表面からの深さが３μｍ以上になるように形成することから、この点からも固体撮像素子１０１は高感度なものとなる。
【００７９】
また、上記固体撮像素子１０１の画素間分離領域の製造方法に係わる一実施形態を、図１２の概略構成断面図によって説明する。又、図１２は図６における図５と同様な位置の断面を示している。
【００８０】
図１２に示すように、例えば、半導体層（例えばエピタキシャル層：以下、エピタキシャル層という）１１２上に、画素間分離領域１５２が形成される領域上に開口部を設けたイオン注入マスク（図示せず）を形成し、上記説明した本発明のイオン注入法によって第２導電型の所望の不純物イオンを、上記エピタキシャル層１１２中のチャネルストップ領域１５１と上記第１ウエル領域１１３との間にドーピングする。すなわち、このイオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することにより行う。その後、イオン注入マスクを除去する。上記画素間分離領域１５２の形成工程は、チャネルストップ領域１５１を形成した後に行うことができ、またチャネルストップ領域１５１を形成する直前の工程で行うこともできる。
【００８１】
上記構成の固体撮像素子１０１の製造方法では、本発明のイオン注入方法によって、固体撮像素子１０１の画素間に画素間分離領域１５２を形成することから、画素間分離領域１５２は昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加するイオン注入方法で形成されたものからなる。このため、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するものからなるため、従来は多段階に繰り返し行っていた画素間分離領域１５２を形成する為のイオン注入を、一回のイオン注入で行う様にイオン注入工程の大幅なる削減をしたとしても画素間混色を起こすこと無く高感度化を実現することができるという利点がある。
【００８２】
また、上記固体撮像素子１０１の周辺部における基板の取り出しと第１ウエル領域の取り出しに係わる製造方法の一実施形態を、図１３の概略構成断面図によって説明する。図１３は、前記固体撮像素子１０１の周辺部を示す断面図面である。
【００８３】
図１３に示すように、前記固体撮像素子１０１の周辺部に於いて、半導体基板（以下、基板という）１１１を半導体層（例えばエピタキシャル層：以下、エピタキシャル層１１２という）表面側に取り出すには、先ず、通常のレジストマスク（図示せず）を用いたイオン注入技術によって、エピタキシャル層１１２表面に第１導電型（Ｎ+型）の不純物をドーピングして電極接続層１７１を形成する。その後、上記レジストマスクを除去する。次いで、例えば、エピタキシャル層１１２上に、上記基板の取り出しとなる第１導電型領域が形成される領域上に開口部を設けたイオン注入マスク（図示せず）を形成し、上記説明した本発明のイオン注入法によって、上記エピタキシャル層１１２中に、第１導電型の所望の不純物イオンを電極接続層１７１と基板１１１とが接続されるようにドーピングして、第１導電型領域１７２を形成する。すなわち、このイオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することにより行う。したがって、この第１導電型領域１７２は、深さ方向に不純物濃度が均一な不純物濃度プロファイルを有するように形成される。その後、イオン注入マスクを除去する。
【００８４】
また、前記固体撮像素子１０１の周辺部に於いて、図１３に示すように、第１ウエル領域１１３をエピタキシャル層１１２表面側に取り出すには、先ず、通常のレジストマスク（図示せず）を用いたイオン注入技術によって、エピタキシャル層１１２表面に第２導電型（Ｐ+型）の不純物をドーピングして電極接続層１８１を形成する。その後、上記レジストマスクを除去する。次いで、例えば、エピタキシャル層１１２上に、上記第１ウエル領域１１３の取り出しとなる第２導電型領域が形成される領域上に開口部を設けたイオン注入マスク（図示せず）を形成し、上記説明した本発明のイオン注入法によって、上記エピタキシャル層１１２中に、第２導電型の所望の不純物イオンを電極接続層１８１と第１ウエル領域１１３とが接続されるようにドーピングして、第２導電型領域１８２を形成する。すなわち、このイオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することにより行う。したがって、この第２導電型領域１８２は、深さ方向に不純物濃度が均一な不純物濃度プロファイルを有するように形成される。その後、イオン注入マスクを除去する。
【００８５】
なお、図１３では、第１導電型領域１７２が基板１１１に入り込んで形成された状態を描いたが、第１導電型領域１７２は少なくとも基板１１１に接続するように形成されていればよい。同様に、第１導電型領域１７２は、少なくとも電極接続層１７１に接続していればよく、電極接続層１７１に入り込むように形成されていても問題はない。また、第２導電型領域１８２が第１ウエル領域１１３に入り込んで形成された状態を描いたが、第２導電型領域１８２は少なくとも第１ウエル領域１１３に接続するように形成されていればよい。同様に、第２導電型領域１８２は、少なくとも電極接続層１８１に接続していればよく、電極接続層１８１に入り込むように形成されていても問題はない。
【００８６】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子１０１の製造方法では、固体撮像素子１０１の周辺部におけるエピタキシャル層１１２表面に形成された第１導電型の電極接続層１７１と基板１１１とを接続する第１導電型領域１７２を、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するように形成するため、例えば１０μｍ程度の厚いエピタキシャル層１１２が形成された基板１１１と前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された前記第１導電型（Ｎ+型）の電極接続層１７１との接続領域を前記基板１１１と同じ導電型の領域により形成することができるので、基板１１１の取り出しをエピタキシャル層１１２の表面で容易に行うことができるという利点がある。
【００８７】
また、本発明の固体撮像素子１０１の製造方法では、固体撮像素子１０１の周辺部におけるエピタキシャル層１１２表面に形成された第２導電型の電極接続層１８１と第２導電型のウエル領域１１３とを接続する第２導電型領域１８２を、深さ方向に一定の不純物濃度分布を有するように形成するため、例えば５μｍ以上の深さに形成された第２導電型のウエル領域１１３と前記エピタキシャル層１１２の表面に形成された前記第２導電型（Ｐ+型）の電極接続層１８１との接続領域を前記第２導電型のウエル領域１１３と同じ導電型の領域により形成することができるので、第２導電型のウエル領域１１３の取り出しをエピタキシャル層１１２の表面で容易に行うことができるという利点がある。
【００８８】
また、上記第１導電型領域１７２、第２導電型領域１８２ともに、１回のイオン注入工程で形成することができるので、工程数の大幅なる削減が実現でき、スループットの向上が図れる。
【００８９】
次に、裏面受光型固体撮像素子の一例として裏面受光型のＣＭＯＳセンサに本発明のイオン注入方法を適用する一例を、図１４の概略構成断面図によって説明する。
【００９０】
図１４に示すように、裏面照射型のＣＭＯＳセンサ２０１は、シリコン層２１１に、画素部と周辺回路部が形成されている。上記シリコン層２１１にはＮ-型シリコン基板を例えば化学的機械研磨により所望の厚さに研磨したものを用い、通常、可視光線を受光する領域では、５μｍ〜１５μｍの厚さに形成されている。また、赤外光を受光する場合には、１５μｍ〜５０μｍの厚さに、紫外光を受光する場合には３μｍ〜７μｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００９１】
上記シリコン層２１１の画素部には光電変換領域となるＮ-型層からなるフォトセンサ２１２が形成されている。このＮ-型層は上記Ｎ-型シリコン基板を用いている。上記フォトセンサ２１２の上部にはＮ+層２１３が形成され、さらに上部には埋め込みフォトダイオードとするためのＰ+層からなる電荷蓄積層２１４が形成されている。
【００９２】
また上記シリコン層２１１の画素部には、上記フォトセンサ２１２から電荷蓄積層２１４の側周を囲むように、Ｐ型のウエル領域２１５が形成されている。このＰ型ウエル領域２１５の一部は、シリコン層２１１を貫通するように形成され、その部分が画素間分離領域２１６となっている。さらに上記シリコン層２１１の下部側には上記Ｐ型のウエル領域２１６に接続するＰ+層２１７が形成されている。このＰ+層２１７側が、光が入射される側になっている。そして、上記フォトセンサ２１２は、受光領域を広く確保するため、上記Ｐ+層２１７側のレイアウト上の占有面積が広くなるように形成されている。
【００９３】
上記Ｎ+層２１３および電荷蓄積層２１４の一方側には読み出し領域２２１がＰ-層で形成されている。上記読み出し領域２２１上にはゲート絶縁膜を介して読み出しゲート２２２が形成されている。さらに上記読み出しゲート２２２の電荷蓄積層２１４とは反対側には読み出し領域２２１に隣接してＮ+層からなるフローティングディフュージョン層２２３が形成されている。このように、読み出しトランジスタ２２０が構成されている。
【００９４】
また、上記Ｐ型のウエル領域２１５には、上記読み出しトランジスタ２２０以外のトランジスタ２３０が形成されている。このトランジスタ２３０としては、例えばリセットトランジスタ、増幅トランジスタ、垂直選択トランジスタ等があり、ＮＭＯＳトランジスタで構成されている。
【００９５】
上記シリコン層２１１の一方側の面（図面では上部側の面、以下表面という）には、上記読み出しトランジスタ２２０、トランジスタ２３０等を覆う絶縁膜２４０が形成され、その絶縁膜中には、複数層に形成された配線からなる配線層２５０が形成され、さらに支持基板２６０が設けられている。
【００９６】
また、上記シリコン層２１１の他方側の面（図面では下部側の面、以下裏面という）には、透明絶縁膜２７１を介して遮光膜２７２が形成されている。この遮光膜２７２のフォトセンサ２１２が形成される領域上にはフォトセンサ２１２に光が入射されるように開口部２７３が形成されている。さらに透明絶縁膜２７４を介してカラーフィルター２７５が形成されている。このカラーフィルター２７５は、例えば光の３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色からなり、それぞれ、所定の色を受光するフォトセンサ２１２上に設けられている。さらに各カラーフィルター２７５上にマイクロレンズ２７６が形成されている。
【００９７】
上記構成の裏面受光型ＣＭＯＳセンサ２０１では、比較的浅い位置に形成されるＰ型のウエル領域２１５は通常のイオン注入方法を用いて形成する事が出来るが、Ｐ型のウエル領域２１５に連続して形成されている画素間分離領域２１６は、前記シリコン層２１１の表面側に形成されたＰ型のウエル領域２１５と前記シリコン層２１１の裏面側に形成されたＰ+層２１７を接続する為に、例えば３μｍ〜５０μｍ程度の厚さのシリコン層２１１を貫通するように形成する必要があるので、前記説明したような昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加する本発明のイオン注入方法を用いて形成されている。すなわち、本発明のイオン注入は、イオン源より引き出された所望のイオン種を加速管で加速してその加速したイオンを被加工物に照射する際に、加速管に昇圧と降圧を繰り返す加速電圧を印加することにより行う。
【００９８】
以上説明したように、本発明のイオン注入方法を用いる事により、固体撮像素子の不純物領域、例えば電荷結合型の固体撮像素子１０１において、第１導電型のウエル領域１１４（図４参照）、第３ウエル領域１１５（図４参照）、画素間分離領域１５２（図５参照）等が深さ方向に均一な濃度で形成されるので、画素間混色を起こすこと無く固体撮像素子１０１の感度を向上させることが可能になり、また、不純物領域を、均一な不純物濃度で、少ない工程数で形成することができるようになる。また、周辺部において、１０μｍ程度の深い位置に形成された基板１１１や５μｍ以上の深さに形成された不純物領域（例えば第１ウエル領域１１３）を取り出すための第１導電型領域１７２（図７参照）や第２導電型領域１８２（図７参照）等を少ない工程数でＳｉ表面側から効率的に取り出すことが可能になる。また、上記ＣＭＯＳ型の固体撮像素子２０１においても、画素間分離領域２１６（図１４参照）を深さ方向に均一な濃度で形成することができるので、画素間混色を起こすこと無く固体撮像素子２０１（図１４参照）の感度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のイオン注入装置に係る一実施形態を示した概略構成図である。
【図２】加速電圧の電圧波形（電圧と時間の関係）を示した図面である。
【図３】本発明のイオン注入方法と従来のイオン注入方法による深さ方向の不純物濃度プロファイルを示した図面である。
【図４】本発明の固体撮像素子に係る一実施形態を示した概略構成断面図であり、図６中のＸ−Ｘ’線断面の概略を示した図である。
【図５】本発明の固体撮像素子に係る一実施形態を示した概略構成断面図であり、図６中のＹ−Ｙ’線断面の概略を示した図である。
【図６】本発明の固体撮像素子に係る一実施形態を示した平面レイアウト図である。
【図７】本発明の固体撮像素子に係る一実施形態を示した概略構成断面図であり、固体撮像素子１０１の周辺部を示した図である。
【図８】第１導電型領域の深さ方向の不純物濃度プロファイルを示した図である。
【図９】本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施形態を示した製造工程断面図であり、図６における図４と同様な位置の断面を示した図である。
【図１０】本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施形態を示した製造工程断面図であり、図６における図４と同様な位置の断面を示した図である。
【図１１】本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施形態を示した製造工程断面図であり、図６における図４と同様な位置の断面を示した図である。
【図１２】本発明の固体撮像素子の画素間分離領域の製造方法に係わる一実施形態を示した概略構成断面図であり、図６における図５と同様な位置の断面を示した図である。
【図１３】固体撮像素子の周辺部における基板の取り出しと第１ウエル領域の取り出しに係わる製造方法の一実施形態を示した概略構成断面図である。
【図１４】裏面受光型固体撮像素子の一例として裏面受光型のＣＭＯＳセンサに本発明のイオン注入方法を適用する一例を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０…イオン注入装置、１１…イオン源、１２…引き出し電極、１３…質量分析部、１４…加速管、１５…電源
【図１】
2007027024.tif 000003
【図２】
2007027024.tif 000004
【図３】
2007027024.tif 000005
【図４】
2007027024.tif 000006
【図５】
2007027024.tif 000007
【図６】
2007027024.tif 000008
【図７】
2007027024.tif 000009
【図８】
2007027024.tif 000010
【図９】
2007027024.tif 000011
【図１０】
2007027024.tif 000012
【図１１】
2007027024.tif 000013
【図１２】
2007027024.tif 000014
【図１３】
2007027024.tif 000015
【図１４】
2007027024.tif 000016