(57)【要約】【課題】ＳＴＩによって分離された増幅トランジスタが微細化された場合でも、ＲＴＳノイズの発生を抑制し、Ｓ／Ｎ特性を向上させることができる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】増幅トランジスタ３０のゲート電極３３の下側に位置するＰウェル２の表面部（チャネル領域）に低濃度不純物領域３６が形成されている。低濃度不純物領域３６の不純物濃度はＰウェル２の不純物濃度よりも低い。【選択図】図２
2009283649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により生成された信号電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散層の電位を初期状態に戻すリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタとを有する固体撮像装置であって、
前記増幅トランジスタのウェル領域となる第１導電型半導体領域と、
前記増幅トランジスタのゲート電極の下側に位置する前記第１導電型半導体領域の表面部に形成されており、且つ前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度が低い低濃度不純物領域とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記低濃度不純物領域は実質的に真性半導体領域であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記低濃度不純物領域は、３×１０16ｃｍ3 以下の不純物濃度を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記低濃度不純物領域は、前記第１導電型半導体領域の１／２以下の不純物濃度を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記低濃度不純物領域は、前記増幅トランジスタのゲート絶縁膜界面から深さ６０ｎｍまでの範囲に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとの間に位置する前記第１導電型半導体領域にＳＴＩが形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
光電変換により生成された信号電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散層の電位を初期状態に戻すリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタとを有する固体撮像装置の製造方法であって、
基板上に前記増幅トランジスタのウェル領域となる第１導電型半導体領域を形成する工程（ａ）と、
前記第１導電型半導体領域の表面部に第２導電型不純物を導入することにより、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度が低く且つ前記増幅トランジスタのチャネル領域となる低濃度不純物領域を形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記工程（ａ）を行う前に前記工程（ｂ）を行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記低濃度不純物領域は実質的に真性半導体領域であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記第２導電型不純物はヒ素又はリンであることを特徴とする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、ディジタルカメラ等に使用される固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型固体撮像装置は、フォトダイオードにより検出された信号を増幅するＭＯＳトランジスタを各画素に備えているため、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型固体撮像装置と比べて高感度であるという特徴を有している。
【０００３】
図８は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置における単位画素及び増幅トランジスタの構造を模式的に示す断面図である。尚、図８では、単位画素として、フォトダイオードと転送トランジスタとを示している。また、図８に示す増幅トランジスタの構造は、半導体基板上に形成された転送トランジスタ以外のトランジスタ（リセットトランジスタ、列選択トランジスタ等：いずれもＮ型ＭＯＳトランジスタ）の構造を代表するものである。
【０００４】
図８に示すように、単位画素１５０と増幅トランジスタ１７０とはそれぞれ、Ｐ型のウェル領域１０１（Ｐウェル１０１）が形成された半導体基板１００表面部における素子分離１０２により区分された領域に形成されている。
【０００５】
単位画素１５０を構成するフォトダイオード１１０は、基板表面から順に、Ｐ型不純物領域１１２とＮ型不純物領域１１１とを有する。単位画素１５０を構成する転送トランジスタ１２０は、フォトダイオード１１０のＮ型不純物領域１１１をソース領域として有し、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）１６０をドレイン領域として有し、Ｎ型不純物領域１１１と浮遊拡散層１６０との間のＰウェル１０１上にゲート電極１２３を有している。浮遊拡散層１６０は、転送トランジスタ１２０のゲート電極１２３に隣接した低濃度不純物領域１２１と、当該低濃度不純物領域１２１と電気的に接続された高濃度不純物領域１２２とにより構成されている。
【０００６】
増幅トランジスタ１７０は、Ｐウェル１０１上に形成されたゲート電極１７３を有すると共に、Ｐウェル１０１表面部におけるゲート電極１７３の両側に形成されたソース・ドレイン領域として、ゲート電極１７３に隣接した低濃度不純物領域１７１と、当該低濃度不純物領域１７１と電気的に接続された高濃度不純物領域１７２とを有する。
【０００７】
尚、ソース領域やドレイン領域とのコンタクトの寄生抵抗を低減するために、浮遊拡散層１６０の高濃度不純物領域１２２、及び増幅トランジスタ１７０の高濃度不純物領域１７２のそれぞれの上に金属シリサイド層１２４及び１７４が形成されている。
【０００８】
図８に示す従来構成の単位画素１５０においては、フォトダイオード１１０の光電変換によって生成されてＰＮ接合に蓄積された信号電荷（電子）が、転送トランジスタ１２０を導通状態にすることにより浮遊拡散層１６０に転送される。浮遊拡散層１６０は、増幅トランジスタ１７０のゲート電極１７３に接続されており、これによって、浮遊拡散層１６０の電位が増幅トランジスタ１７０を介して読み出されて画素信号が出力される。
【特許文献１】特開平７−１２２７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、固体撮像装置の高画素化に伴い、増幅トランジスタを含む画素セルのサイズが縮小される傾向にある。しかし、一般的にＲＴＳ（Random telegraph Signal ）ノイズは、増幅トランジスタのキャリア数をＮとして、１／Ｎ2 に比例することが知られている。この関係を図９に示す。ここで、キャリア数Ｎは次式（１）で定義される。
【００１０】
Ｎ＝Ｗ×Ｌｇ×Ｃｏｘ×（Ｖｇ−Ｖｔｈ）／ｑ  ・・・  （１）
尚、Ｗはゲート幅、Ｌｇはゲート長、Ｃｏｘはゲート酸化膜容量、Ｖｇはゲート電圧、Ｖｔｈはしきい値電圧、ｑは素電荷量を表す。式（１）に示すように、画素セルのサイズの縮小に伴い、増幅トランジスタのサイズが縮小されると、キャリア数Ｎが小さくなる結果、ＲＴＳノイズが発生しやすくなり、回路のＳ／Ｎ特性が劣化する。
【００１１】
ところで、キャリア数Ｎの低下に起因してＲＴＳノイズが顕著になる原因の一つとして、ゲート酸化膜界面に存在するキャリアトラップによる捕獲・放出現象の影響が挙げられる。すなわち、キャリア数Ｎが多い場合には平均化されることにより影響の少なかった捕獲・放出現象が、キャリア数Ｎが少なくなるに従って顕在化するのである。
【００１２】
それに対して、固体撮像装置におけるＲＴＳノイズ対策として、増幅トランジスタのチャネル領域に、リンを注入エネルギー３００ｋｅＶの加速エネルギーを用いてイオン注入することにより、酸化膜界面から離れた領域にＮ型層を形成し、それにより得られる埋め込みチャネル型のトランジスタ構造によって、酸化膜界面に存在するキャリアトラップの影響を低減させる方法が提案されている（例えば特許文献１等参照）。
【００１３】
しかしながら、ＳＴＩ（shallow trench isolation）によって分離された増幅トランジスタのゲート幅が画素セルの微細化に伴い短くなった場合において、前述の埋め込みチャネル層を形成すると、当該埋め込みチャネル層の形成深さがＳＴＩの形成深さと同程度以上であるために素子分離耐圧が低下してリークが発生しやすくなる。
【００１４】
以上のように、増幅トランジスタのキャリア数を増加させてＲＴＳノイズ特性を改善することができる新たな手法が必要とされている。
【００１５】
すなわち、本発明は、前述のような従来技術の諸問題を鑑みて提案されたものであって、ＳＴＩによって分離された増幅トランジスタが微細化された場合でも、ＲＴＳノイズ特性を改善することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本願発明者は、光電変換により生成された信号電荷を浮遊拡散層に転送し、当該浮遊拡散層の電位に応じた信号を増幅トランジスタを介して出力する複数の画素と、周辺回路を構成するトランジスタとを半導体層上に備えた固体撮像装置の製造方法を前提として、半導体層の表面部にフォトダイオード形成領域とトランジスタ形成領域とを区分する素子分離を形成した後、フォトダイオード形成領域及びトランジスタ形成領域に第１導電型のウェル領域を形成し、その後、第２導電型不純物のイオン注入により、増幅トランジスタのチャネル領域となる半導体層の最表面部の不純物濃度を低減するという発明を想到した。
【００１７】
本発明の構成によれば、増幅トランジスタにおけるゲート絶縁膜直下のチャネル領域に、ウェル領域よりも低濃度の不純物領域を形成するため、増幅トランジスタのしきい値電圧を効果的に低下させ、キャリア数を増加させることができる。従って、ゲート絶縁膜界面に存在するキャリアトラップの影響を低減できるので、ＲＴＳノイズ特性を改善することができる。また、埋め込みチャネル層を形成することなく、キャリア数を増加させることができるため、微細化に伴って増幅トランジスタがＳＴＩによって分離されている場合でも、素子分離耐圧の低下に伴うリークの発生を抑制しつつ、ＲＴＳノイズ特性を改善することができる。尚、本発明において、チャネル領域となる低濃度不純物領域を形成するための第２導電型不純物のイオン注入は、増幅トランジスタの移動度を低減させることのない条件で行われる。
【００１８】
具体的には、本発明に係る固体撮像装置は、光電変換により生成された信号電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散層の電位を初期状態に戻すリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタとを有する固体撮像装置であって、前記増幅トランジスタのウェル領域となる第１導電型半導体領域と、前記増幅トランジスタのゲート電極の下側に位置する前記第１導電型半導体領域の表面部に形成されており、且つ前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度が低い低濃度不純物領域とを備えている。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置において、前記低濃度不純物領域は実質的に真性半導体領域であってもよい。
【００２０】
前述の本発明の効果を確実に得るためには、本発明に係る固体撮像装置において、前記低濃度不純物領域は、３×１０16ｃｍ3 以下の不純物濃度を有するか、又は前記低濃度不純物領域は、前記第１導電型半導体領域の１／２以下の不純物濃度を有することが好ましく、また、前記低濃度不純物領域は、前記増幅トランジスタのゲート絶縁膜界面から深さ６０ｎｍまでの範囲に形成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る固体撮像装置において、前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとの間に位置する前記第１導電型半導体領域にＳＴＩが形成されていてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換により生成された信号電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散層の電位を初期状態に戻すリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタとを有する固体撮像装置の製造方法であって、基板上に前記増幅トランジスタのウェル領域となる第１導電型半導体領域を形成する工程（ａ）と、前記第１導電型半導体領域の表面部に第２導電型不純物を導入することにより、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度が低く且つ前記増幅トランジスタのチャネル領域となる低濃度不純物領域を形成する工程（ｂ）とを備えている。
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法において、前記工程（ａ）を行う前に前記工程（ｂ）を行ってもよい。すなわち、増幅トランジスタのチャネル領域となる低濃度不純物領域を形成した後、増幅トランジスタのウェル領域となる第１導電型半導体領域を形成してもよい。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法において、前記低濃度不純物領域は実質的に真性半導体領域であってもよい。
【００２５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法において、前記第２導電型不純物はヒ素又はリンであってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＳＴＩによって分離された増幅トランジスタのゲート幅が、画素セルの微細化に伴い短くなった場合においても、増幅トランジスタのキャリア数を増加させてＲＴＳノイズの発生を抑制することができる。その結果、回路のＳ／Ｎ特性を向上させることができるので、高感度の固体撮像装置を高い歩留まりで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置、具体的にはＭＯＳ型固体撮像装置の構成を模式的に示す回路図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の単位画素部分を拡大して示す回路図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態のＭＯＳ型固体撮像装置の感光領域５０は、２次元状に配列された複数の単位画素５１により構成されている。また、感光領域５０の周囲には、列方向に画素を選択する垂直シフトレジスタ５２、行方向に画素を選択する水平シフトレジスタ５３、及び、垂直シフトレジスタ５２と水平シフトレジスタ５３とにタイミングパルスを供給するパルス発生回路５４等の周辺回路が配置されている。また、図１（ｂ）に示すように、単位画素５１は、フォトダイオード１０、転送トランジスタ２０、増幅トランジスタ３０、リセットトランジスタ７０、及び列選択トランジスタ８０により構成されている。詳しくは、転送トランジスタ２０は、フォトダイオード１０の不純物領域をソース領域として有し、浮遊拡散層６０をドレイン領域として有し、垂直シフトレジスタ５２から延びる列方向選択信号線５２ａに接続されたゲート電極を有している。浮遊拡散層６０は、増幅トランジスタ３０のゲート電極に接続されていると共に、リセットトランジスタ７０のソース領域に接続されている。リセットトランジスタ７０のゲート電極は、垂直シフトレジスタ５２から延びるリセット信号線５２ｂに接続されている。増幅トランジスタ３０のドレイン領域とリセットトランジスタ７０のドレイン領域とは共通化されており、図示しない電源供給線に接続されている。増幅トランジスタ３０のソース領域と列選択トランジスタ８０のドレイン領域とは共通化されている。列選択トランジスタ８０のソース領域は、水平シフトレジスタ５３から延びる行方向選択信号線５３ａに接続されていると共に、列選択トランジスタ８０のゲート電極は、垂直シフトレジスタ５２から延びる制御信号線５２ｃに接続されている。
【００２９】
尚、本実施形態のＭＯＳ型固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complementary-MOS ）イメージセンサを構成する場合、周辺回路はＮ型ＭＯＳトランジスタとＰ型ＭＯＳトランジスタとを組み合わせたＣＭＯＳ論理回路により構成される。一方、単位画素５１を構成する転送トランジスタ２０、増幅トランジスタ３０，リセットトランジスタ７０、及び列選択トランジスタ８０は、全てＮ型ＭＯＳトランジスタにより構成されている。
【００３０】
また、本実施形態のＭＯＳ型固体撮像装置として、周辺回路がＮ型ＭＯＳトランジスタのみにより構成されたＭＯＳ型固体撮像装置を構成する場合、ＭＯＳ型固体撮像装置全体をＮ型ＭＯＳトランジスタのみによって構成することが可能となるため、製造工程を簡単化することができる。
【００３１】
図２は、本実施形態のＭＯＳ型固体撮像装置における単位画素（フォトダイオード、転送トランジスタ及び増幅トランジスタ）の構造を模式的に示す断面図である。尚、図２において、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付す。また、図２に示す増幅トランジスタの構造は、半導体基板上に形成された転送トランジスタ以外のトランジスタ（リセットトランジスタ、列選択トランジスタ等：いずれもＮ型ＭＯＳトランジスタ）の構造を代表するものである。また、図２に示すＭＯＳ型固体撮像装置においては、図中左側から順に、フォトダイオード１０、転送トランジスタ２０及び増幅トランジスタ３０が配置されている。但し、後述するように、フォトダイオード１０のＮ型不純物領域が転送トランジスタ２０のソース領域と共通であるため、図２においては、転送トランジスタ２０のゲート電極とドレイン領域（浮遊拡散層６０）とを転送トランジスタ２０として示している。
【００３２】
図２に示すように、フォトダイオード１０及び転送トランジスタ２０と、増幅トランジスタ３０とはそれぞれ、Ｐ型のウェル領域２（Ｐウェル２）が形成された半導体基板１表面部における素子分離（ＳＴＩ）３により区分された領域に形成されている。
【００３３】
フォトダイオード１０は、基板表面から順に、Ｐ型不純物領域１２とＮ型不純物領域１１とを有する。転送トランジスタ２０は、フォトダイオード１０のＮ型不純物領域１１をソース領域として有し、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）６０をドレイン領域として有し、Ｎ型不純物領域１１と浮遊拡散層６０との間のＰウェル２上にゲート電極２３を有している。ゲート電極２３下側のゲート絶縁膜については図示を省略している。浮遊拡散層６０は、転送トランジスタ２０のゲート電極２３に隣接した低濃度不純物領域２１と、当該低濃度不純物領域２１と電気的に接続された高濃度不純物領域２２とにより構成されている。浮遊拡散層６０の高濃度不純物領域２２及びゲート電極３３のそれぞれの表面部には金属シリサイド層２４が形成されている。ゲート電極２３の浮遊拡散層６０側の側面には絶縁性サイドウォールスペーサ２５が形成されており、低濃度不純物領域２１は絶縁性サイドウォールスペーサ２５の下側に形成されている。
【００３４】
増幅トランジスタ３０は、Ｐウェル２上に形成されたゲート電極３３を有すると共に、Ｐウェル２表面部におけるゲート電極３３の両側に形成されたソース・ドレイン領域として、ゲート電極３３に隣接した低濃度不純物領域３１と、当該低濃度不純物領域３１と電気的に接続された高濃度不純物領域３２とを有する。ゲート電極３３下側のゲート絶縁膜については図示を省略している。高濃度不純物領域３２及びゲート電極３３のそれぞれの表面部には金属シリサイド層３４が形成されている。ゲート電極３３の両側面には絶縁性サイドウォールスペーサ３５が形成されており、低濃度不純物領域３１は絶縁性サイドウォールスペーサ３５の下側に形成されている。
【００３５】
本実施形態の特徴として、増幅トランジスタ３０のゲート電極３３の下側に位置するＰウェル２の表面部（チャネル領域）に低濃度不純物領域３６が形成されている。低濃度不純物領域３６の不純物濃度（例えば３×１０16ｃｍ3 程度以下）は、Ｐウェル２の不純物濃度（例えば２×１０17ｃｍ3 程度）よりも低い。これにより、増幅トランジスタ３０のしきい値電圧を効果的に低下させ、キャリア数を増加させることができる。従って、ゲート絶縁膜界面に存在するキャリアトラップの影響を低減できるので、ＲＴＳノイズ特性を改善することができる。また、埋め込みチャネル層を形成することなく、キャリア数を増加させることができるため、微細化に伴って増幅トランジスタ３０がＳＴＩ３によって分離されている場合でも、素子分離耐圧の低下に伴うリークの発生を抑制しつつ、ＲＴＳノイズ特性を改善することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、ＳＴＩ３によって分離された増幅トランジスタ３０のゲート幅が、画素セルの微細化に伴い短くなった場合においても、増幅トランジスタ３０のキャリア数を増加させてＲＴＳノイズの発生を抑制することができる。その結果、回路のＳ／Ｎ特性を向上させることができるので、高感度の固体撮像装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００３７】
以下、本実施形態のＭＯＳ型固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のＭＯＳ型固体撮像装置の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）において、図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばＮ型のシリコン基板からなる半導体基板１の表面部に公知の手法により素子分離３を形成する。ここで、素子分離３は例えば深さ３００ｎｍ程度のＳＴＩ構造を有している（以下、素子分離３をＳＴＩ３という）。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、イオン注入法により半導体基板１の各素子形成領域にＰ型不純物、例えばボロンを導入して、Ｐウェル２を形成する。Ｐウェル２の不純物濃度は例えば２×１０17ｃｍ3 程度である。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトダイオード形成領域Ｒ１のみに開口を有するレジストパターン４０をマスクとして、イオン注入法により半導体基板１の表面部にＮ型不純物を導入して、フォトダイオード１０を構成するＮ型不純物領域１１を形成する。
【００４１】
次に、図３（ｄ）に示すように、増幅トランジスタ形成領域Ｒ３のみに開口を有するレジストパターン４１をマスクとして、イオン注入法により半導体基板１の表面部（増幅トランジスタ３０のチャネル領域となる部分）にＮ型不純物を導入して、低濃度不純物領域３６を形成する。ここでは、注入エネルギーが６０ｋｅＶ、ドーズ量が４．１×１０12／ｃｍ2 の注入条件で砒素（Ａｓ）をイオン注入している。この条件下では、低濃度不純物領域３６の導電型はＮ型にはなっておらず、基板表面から深さ６０ｎｍ程度までの範囲に、実効的な不純物濃度が３×１０16ｃｍ3 以下の低濃度不純物領域３６が形成される。
【００４２】
次に、例えば熱酸化法により半導体基板１の表面に、膜厚５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜（図示省略）を形成した後、例えば減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法等により当該ゲート絶縁膜上に膜厚１８０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の導電性ポリシリコン膜を形成する。その後、当該ポリシリコン膜に対して公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を適用することにより、図４（ａ）に示すように、半導体基板１上に、転送トランジスタ２０のゲート電極２３及び増幅トランジスタ３０のゲート電極３３を形成する。
【００４３】
次に、図４（ｂ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により、転送トランジスタ２０のゲート電極２３のソース側端部から所定の間隔離れた位置から、フォトダイオード形成領域Ｒ１（転送トランジスタ２０のソース領域）の端部を規定するＳＴＩ３までの間に開口が設けられたレジストパターン４２を形成する。その後、レジストパターン４２をマスクとして、イオン注入法によりＮ型不純物領域１１の上部にＰ型不純物を導入して、フォトダイオード１０を構成するＰ型不純物領域１２を形成する。
【００４４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、転送トランジスタ形成領域Ｒ２及び増幅トランジスタ形成領域Ｒ３に開口を有するレジストパターン４３、並びに転送トランジスタ２０のゲート電極２３及び増幅トランジスタ３０のゲート電極３３をそれぞれマスクとして、イオン注入法により半導体基板１の表面部にＮ型不純物を導入して、転送トランジスタ２０のドレイン領域の一部を構成するＮ型の低濃度不純物領域２１を形成すると共に増幅トランジスタ３０のソース領域及びドレイン領域のそれぞれの一部を構成するＮ型の低濃度不純物領域３１を形成する。ここでは、注入エネルギーが４５ｋｅＶ、ドーズ量が２×１０13／ｃｍ2 の注入条件でリン（Ｐ）をイオン注入していると共に、注入エネルギーが４５ｋｅＶ、ドーズ量が１．２×１０13／ｃｍ2 の注入条件でヒ素（Ａｓ）をイオン注入している。これにより、接合深さが６０ｎｍ程度で最大不純物濃度が１．０×１０18／ｃｍ3 程度の低濃度不純物領域２１及び３１が形成される。
【００４５】
次に、図５（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ法等により半導体基板１上の全面に例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等からなる絶縁膜１６を堆積した後、フォトリソグラフィ等によりフォトダイオード形成領域Ｒ１を被覆するレジストパターン４４を形成する。その後、レジストパターン４４をマスクとして、絶縁膜１６に対して例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によるエッチバックを行う。これにより、ゲート電極２３のドレイン側の側面に絶縁性サイドウォールスペーサ２５が形成されると共に、ゲート電極３３の両側面に絶縁性サイドウォールスペーサ３５が形成される。また、このとき、レジストパターン４４の下側に、フォトダイオード形成領域Ｒ１を被覆する絶縁膜１６が残存する。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン４４をアッシング等により除去した後、転送トランジスタ２０のゲート電極２３及び絶縁性サイドウォールスペーサ２５、増幅トランジスタ３０のゲート電極３３及び絶縁性サイドウォールスペーサ３５、並びに残存する絶縁膜１６をそれぞれマスクとして、イオン注入法により半導体基板１の表面部にＮ型不純物、例えばリン（Ｐ）を導入して、転送トランジスタ２０のドレイン領域（浮遊拡散層６０）の一部を構成するＮ型の高濃度不純物領域２２を形成すると共に、増幅トランジスタ３０のソース領域及びドレイン領域のそれぞれの一部を構成するＮ型の高濃度不純物領域３２を形成する。尚、リンのイオン注入は、注入エネルギーが１０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０15／ｃｍ2 の注入条件で行われる。これにより、接合深さが２００ｎｍ程度で、最大不純物濃度が１×１０20／ｃｍ3 程度の高濃度不純物領域２２及び２３が形成される。また、リンのイオン注入後には、例えば８５０℃で１０分間程度の活性化アニール処理を行う。
【００４７】
次に、例えばコバルトからなる高融点金属材料膜を半導体基板１上の全面に堆積した後、ランプアニールを行う。これにより、図５（ｃ）に示すように、高融点金属材料膜が直接接触するシリコン基板やポリシリコン膜（ゲート電極）の表面部に金属シリサイド層が形成される。本実施形態では、転送トランジスタ２０の高濃度不純物領域２２及びゲート電極２３のそれぞれの表面部にコバルトシリサイドからなる金属シリサイド層２４が形成されると共に、増幅トランジスタ３０の高濃度不純物領域３２及びゲート電極３３のそれぞれの表面部にコバルトシリサイドからなる金属シリサイド層３４が形成される。尚、金属シリサイド層２４及び３４は２段階アニール法を用いて形成される。具体的には、１ｓｔアニールを４４０℃で６６秒間実施した後、２ｎｄアニールを７５０℃で３６秒間実施する。また、シリコン基板やポリシリコン膜と反応しなかった高融点金属材料膜については、１ｓｔアニール後にウェットエッチング等により選択的に除去する。
【００４８】
その後、半導体基板１の全面に層間絶縁膜を堆積した後、金属シリサイド層２４及び３４のそれぞれの上にコンタクトホールを形成し、さらに、上層配線を形成することによって、ＭＯＳ型固体撮像装置が完成する。
【００４９】
以上に説明したように、本実施形態では、増幅トランジスタ３０のチャネル領域となる基板表面部に例えば砒素を使用したイオン注入を行っている。これにより、増幅トランジスタ３０のチャネル領域として、Ｐウェル２よりも不純物濃度が低い低濃度不純物領域３６を形成することができるので、増幅トランジスタ３０のしきい値電圧を効果的に低下させ、キャリア数を増加させることができる。従って、ゲート絶縁膜界面に存在するキャリアトラップの影響を低減できるので、ＲＴＳノイズ特性を改善することができる。
【００５０】
ここで、前述のように、増幅トランジスタ３０のチャネル領域となる基板表面部の不純物濃度を実質的に低下させると、しきい値電圧が低下するため、キャリア数が増加してＲＴＳノイズは低減するが、本願発明者は、図６に示すように、増幅トランジスタ３０のしきい値電圧とＲＴＳノイズの大きさとの関係においてＲＴＳノイズの極小値が存在することを見出した。図６においては、しきい値電圧が低下することによりＲＴＳノイズが改善する領域をＲVAと表している。しかし、チャネル領域となる基板表面部の砒素濃度が高くなり、導電型がＮ型に変化すると、ＲＴＳノイズは次第に増加する。この領域を図６においてはＲVBと表している。これは、チャネル領域の導電型がＰ型からＮ型に変化すると、ゲート絶縁膜（酸化膜）界面での電荷量が増加するため、当該界面での移動度が低下してＲＴＳノイズが次第に増加するためである。従って、増幅トランジスタ３０のチャネル領域となる基板表面部の実質的な不純物濃度が最も低くなる場合（言い換えると、低濃度不純物領域３６が実質的に真性半導体領域である場合）のしきい値電圧ＶthでＲＴＳノイズは最小となる。具体的には、本実施形態においては、低濃度不純物領域３６の不純物濃度を３×１０16ｃｍ3 程度以下に設定した場合のしきい値電圧−０．３ＶでＲＴＳノイズを最小にすることができた。このとき、チャネル領域を高濃度のＰウェルのみによって形成した従来型の増幅トランジスタと比べて、約４ｄＢのＲＴＳノイズ改善効果が得られた。
【００５１】
以上のように、ＲＴＳノイズを効果的に低減させるためには、増幅トランジスタのチャネル領域となる基板表面部の実質的な不純物濃度をウェル領域よりも低くすることが必要である。すなわち、図７に示すように、回路のＳ／Ｎ特性を劣化させることのないＲＴＳノイズのレベルをＬN とし、前記の不純物濃度を、ノイズレベルＬN が得られる濃度ＣS 以下に設定することが望ましい。本実施形態においては、基板表面（ゲート絶縁膜界面）から深さ６０ｎｍまでの範囲に、Ｐウェル２の不純物濃度（２×１０17ｃｍ3 程度）の半分である１×１０17ｃｍ3 程度以下の不純物濃度を持つ低濃度不純物領域３６を形成することによって、回路のＳ／Ｎ特性の劣化を防止できることが分かった。
【００５２】
以上に説明したように、本実施形態によれば、増幅トランジスタ３０のチャネル領域となる基板表面部（Ｐウェル２の表面部）に比較的低濃度のＮ型不純物をイオン注入することにより、Ｐウェル２と比べて実質的に不純物濃度が低い低濃度不純物領域３６を形成する。このため、増幅トランジスタ３０のキャリア数を増加させることができるので、ＲＴＳノイズの発生を抑制することができる。従って、高感度の固体撮像装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００５３】
尚、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。ここで、本発明の特徴は、界面電荷の増加によって移動度が低下しない範囲で、増幅トランジスタのチャネル領域となる基板表面部の不純物濃度を低減させ、それによって、増幅トランジスタのしきい値電圧を低下させることである。従って、この技術的思想を逸脱しない範囲において、前述の各工程で使用したプロセスを他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることや、材料種を変更することも可能である。例えば、本実施形態において、Ｐウェル２を形成してから低濃度不純物領域３６を形成したが、これに代えて、低濃度不純物領域３６を形成してからＰウェル２を形成してもよい。また、本実施形態において、ゲート電極２３及び３３を形成する前に、詳しくは、Ｐウェル２を形成してから低濃度不純物領域３６を形成するまでの間に、フォトダイオード１０を構成するＮ型不純物領域１１を形成したが、これに代えて、ゲート電極２３及び３３を形成した後に、フォトダイオード形成領域Ｒ１のみに開口を有するレジストパターンをマスクとして、Ｎ型不純物領域１１を形成してもよい。或いは、Ｎ型不純物領域１１を形成してからＰウェル２を形成してもよい。さらに、本実施形態において、砒素（Ａｓ）のイオン注入によって低濃度不純物領域３６を形成したが、これに代えて、リン（Ｐ）のイオン注入によって低濃度不純物領域３６を形成してもよい。
【００５４】
また、本発明は、ＭＯＳ型固体撮像装置の製造に特に好適であるが、浮遊拡散層と、当該浮遊拡散層にゲート電極が接続された増幅トランジスタとを備える全てのタイプの固体撮像装置に本発明を適用することができる。すなわち、その増幅トランジスタのチャネル構造を本実施形態の増幅トランジスタと同じにすることによって、高感度の固体撮像装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、高感度の固体撮像装置を安定して製造できるという効果を有し、固体撮像装置及びその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す回路図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の単位画素部分を拡大して示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置における単位画素（フォトダイオード、転送トランジスタ及び増幅トランジスタ）の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本願発明者が見出した、増幅トランジスタのしきい値電圧とＲＴＳノイズの大きさとの関係を示す図である。
【図７】図７は、本願発明者が見出した、増幅トランジスタのチャネル領域となる基板表面部の実質的な不純物濃度とＲＴＳノイズの大きさとの関係を示す図である。
【図８】図８は従来のＭＯＳ型固体撮像装置における単位画素及び増幅トランジスタの構造を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、増幅トランジスタのキャリア数Ｎの２乗の逆数とＲＴＳノイズの大きさとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    半導体基板
２    Ｐウェル
３    素子分離（ＳＴＩ）
１０    フォトダイオード
１１    Ｎ型不純物領域
１２    Ｐ型不純物領域
１６    絶縁膜
２０    転送トランジスタ
２１    低濃度不純物領域
２２    高濃度不純物領域
２３    ゲート電極
２４    金属シリサイド層
２５    絶縁性サイドウォールスペーサ
３０    増幅トランジスタ
３１    低濃度不純物領域
３２    高濃度不純物領域
３３    ゲート電極
３４    金属シリサイド層
３５    絶縁性サイドウォールスペーサ
３６    低濃度不純物領域
４０    レジストパターン
４１    レジストパターン
４２    レジストパターン
４３    レジストパターン
４４    レジストパターン
５０    感光領域
５１    単位画素
５２    垂直シフトレジスタ
５２ａ  列方向選択信号線
５２ｂ  リセット信号線
５２ｃ  制御信号線
５３    水平シフトレジスタ
５３ａ  行方向選択信号線
５４    パルス発生回路
６０    浮遊拡散層
７０    リセットトランジスタ
８０    列選択トランジスタ
【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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【図８】
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【図９】
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