JP3141691B2

JP3141691B2 - 冷却赤外線固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JP3141691B2
Application number: JP06189137A
Authority: JP
Inventors: 昌宏正田; 圭一赤川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH07231078A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却を必要とする冷却
赤外線固体撮像素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】固体撮像素子は、光電変換部と電荷転送部
からなる画素を複数有し、産業用ビデオカメラのみなら
ず、広く、民生用ビデオカメラにまで使用されている。
光電変換部は、感知する光の種類により構造を異にす
る。電荷転送部は、ＭＯＳ型固体撮像素子のように配線
にて構成されることもあるが、一般にはＣＣＤ（電荷結
合素子）で構成される。

【０００３】初期のＣＣＤは、半導体基板表面に沿って
信号電荷を転送する表面チャネル型と称されるものであ
った。このＣＣＤは、転送できる信号電荷量が大きい利
点が有るものの、転送効率（信号電荷を失う事なく転送
できる割合）が低く、現在、一般に使用されている３５
万以上の画素からなる固体撮像素子には好ましくない。
そこで、埋め込みチャネル型と呼ばれるＣＣＤが開発さ
れた。埋め込みチャネル型ＣＣＤは、半導体基板の導電
型（第１導電型）とは逆の導電型（第２導電型）の不純
物を拡散した領域（埋め込みチャネル）を電荷の転送路
とし、この領域と半導体基板の間に逆バイアスを印加
し、埋め込みチャネル上の絶縁膜を介して配置した転送
電極に印加する電圧を順次変化させて半導体基板の表面
から離れた埋め込みチャネル中に信号電荷を蓄え、転送
するものである。埋め込みチャネル型のＣＣＤは、転送
できる信号電荷量が少ないものの、転送効率が高く、多
数の画素を含む固体撮像素子に適する。

【０００４】まず、可視光線を感知するのに室温で用い
られる従来の固体撮像素子（以下、室温可視固体撮像素
子と称す）を説明する。図１４は、インターライントラ
ンスファー型と呼ばれる室温可視固体撮像素子の平面概
念図である。基板上に光電変換部１８が垂直および水平
方向にマトリクス状に配置されている。それに隣接して
複数列の垂直ＣＣＤ１９が配置されており、これは、光
電変換部１８で光電変換された信号電荷を垂直方向に転
送するものである。垂直ＣＣＤ１９の一端は、水平ＣＣ
Ｄ２０と接続されており、垂直ＣＣＤ１９からの信号電
荷を水平方向に転送させる。なお、垂直、水平と言う位
置関係は、相対的なものであり、例えば、素子の向きを
変えて逆に表現しても構わない。しかし、一般には、光
電変換部に隣接したものを垂直ＣＣＤと称し、また、そ
れより信号電荷を転送されるものを水平ＣＣＤと称す。
ここでも、その慣用的な表現に従う。

【０００５】各ＣＣＤは、基板とは逆導電型（第２導電
型）の埋め込みチャネルとその上に絶縁膜を介して配置
された転送電極（図示されていない）からなる。光電変
換部１８にて生じた信号電荷は、この電極に加える電圧
を順次変化させることにより、順次転送される。垂直Ｃ
ＣＤ１９の埋め込みチャネル（以下、第１埋め込みチャ
ネルと言う）と、水平ＣＣＤ２０の埋め込みチャネル
（以下、第２埋め込みチャネルと言う）は、工程を簡略
にするため同時に形成される。その拡散深さは、現在、
一般に使用されている３５万画素以上のもので０．６μ
ｍ以下である。

【０００６】次に、ＣＣＤの駆動方法について説明す
る。垂直ＣＣＤ１９は一般に４相駆動方式が、水平ＣＣ
Ｄ２０は一般に２相駆動方式が採用されている。これ
は、第１に固体撮像素子の性能を向上させるためであ
り、第２に製造を容易にするためである。４相駆動方式
は、４つの転送電極を１グループとし、それぞれの転送
電極に時系列的にずれた４種類のパルスを与え、転送電
極下に形成されるポテンシャル井戸を移動させ信号電荷
を転送させる。２相駆動方式は、２種類のパルスで信号
電荷を転送させる。ただし、信号電荷の転送方向を定め
るため、各々のパルス信号は、それぞれ２つの転送電極
に印加されるのが一般的である。そして、この２つの転
送電極の下に形成されるポテンシャルの高さには、差を
生じさせる。このようにすれば、見かけ上４相駆動方式
と同様４つの転送電極が１グループとなる。

【０００７】固体撮像素子は、近年、可視光領域での撮
像に使用されるだけでなく、赤外線固体撮像素子として
赤外線領域での撮像にも使用されている。赤外線固体撮
像素子は、光電変換部１８を白金シリサイド（ＰｔＳ
ｉ）ショットキー接合にて形成し、この光電変換部で赤
外線を信号電荷に変換する。変換された信号電荷は、垂
直ＣＣＤ１９、水平ＣＣＤ２０に順次転送され読み出さ
れる。すなわち、赤外線固体撮像素子は、室温可視固体
撮像素子のＣＣＤ部をそのまま転用し、光電変換部１８
だけを赤外線の感知可能な構造に置換したものに相当す
る。赤外線固体撮像素子は、一般に、液体窒素温度程度
（７７ケルビン）まで冷却して使用される。そこで、冷
却して使用するものを特に「冷却型赤外線固体撮像素
子」と呼ぶ。ここでは、単にこれを略してＩＲ固体撮像
素子と呼ぶ。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のＩＲ固体撮像素
子は、液体窒素温度程度まで冷却して使用すると、ＣＣ
Ｄの転送効率が低いと言う問題点を有していた。また、
いわゆるニジミという現象が発生した。ニジミ現象と
は、高温物体を撮像し、ＣＲＴ等に画像として表示せさ
ると、高温物体が実際の寸法より大きく表示（特に画像
の下側）されてしまう現象を言う。このため、高温物体
は、歪んで表示され、画像が見にくいという問題点があ
った。

【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、転送効率
が低下するのは、ＩＲ固体撮像素子の垂直ＣＣＤではな
く、水平ＣＣＤであることを突き止めた。そして、水平
ＣＣＤの埋め込みチャネルにおける不純物拡散濃度と深
さの様々な組み合わせのＩＲ固体撮像素子と室温可視固
体撮像素子を試作し転送効率を評価した。その結果、驚
くべきことに、従来は、転送効率が濃度に強く依存する
と考えられていたのであるが、転送効率は濃度依存性が
小さく、深さ依存性を強く受けることが判明した。更
に、本発明者らは、ＩＲ固体撮像素子における好適な埋
め込みチャネルの深さを突き止めた。

【００１１】また、本発明者らは、ニジミ現象が垂直Ｃ
ＣＤの最大電荷転送量が少ないために生ずることを突き
止めた。最大電荷転送量とは、転送できる信号電荷の最
大量である。最大電荷転送量が少ないと、信号電荷はポ
テンシャルの井戸から漏れる。漏れた信号電荷は、別の
ポテンシャルの井戸に入りノイズとなり、ニジミ現象が
生じたのである。最大電荷転送量は、一つ一つの転送電
極の面積と、埋め込みチャネルの拡散濃度及び深さによ
って規定される。一般に、最大電荷転送量は、転送電極
の面積が大きく、埋め込みチャネルの拡散濃度が濃く、
その拡散深さが浅いほど、増大すると考えられていた。
そこで、本発明者らは、垂直ＣＣＤの最大電荷転送量に
関しても検討した。その結果、最大電荷転送量は、転送
効率とは逆で、深さ依存性が小さく、濃度依存性を強く
受けることを突き止めた。すなわち、埋め込みチャネル
の不純物拡散濃度が濃いほど、最大電荷転送量を増大で
きることは、従来知られていた通りであったものの、そ
の深さは、最大電荷転送量に大きな影響を与えていなか
ったのである。

【００１２】従って、本発明者等は、これらの冷却赤外
線固体撮像素子の製造方法を発明した。本発明は、第１
に「第１導電型の半導体基板を準備し、光電変換を行う
ための光電変換部をマトリックス状に形成する工程と、
第２導電型の第１埋め込みチャネルを有する垂直ＣＣＤ
と第２導電型の第２埋め込みチャネルを形成する水平Ｃ
ＣＤを形成する冷却赤外線固体撮像素子の製造方法であ
って、第１に前記第１及び第２埋め込みチャネルに共通
の同一の拡散深さを有する低濃度領域を形成する工程、
第２にＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形成する工
程、第３に第１埋め込みチャネルの表面には第２埋め込
みチャネルより高濃度の第２導電型の高濃度領域を形成
する工程としたことを特徴とする冷却赤外線固体撮像素
子の製造方法（請求項１）」を提供する。

【００１３】また、本発明は、第２に「第１導電型の半
導体基板を準備し、光電変換を行うための光電変換部を
マトリックス状に形成する工程と、第２導電型の第１埋
め込みチャネルを有する垂直ＣＣＤと第２導電型の第２
埋め込みチャネルを形成する水平ＣＣＤを形成する冷却
赤外線固体撮像素子の製造方法であって、前記垂直ＣＣ
Ｄ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、(a)第１埋め
込みチャネルを形成する予定の第１領域及び第２埋め込
みチャネルを形成する予定の第２領域を開口部とする第
１レジストパターンを形成する工程；(b)第２導電型の
不純物をイオン注入する第１イオン注入工程；(c)第１
レジストパターンを除去する工程；(d)熱処理すること
により前記第１及び第２埋め込みチャネルに共通の同一
の拡散深さを有する低濃度領域を形成する工程；(e)Ｃ
ＣＤチャネル間の素子分離領域を形成する工程；(f)前
記第１領域を開口部とする第２レジストパターンを形成
する工程；(g)第２導電型の不純物をイオン注入する第
２イオン注入工程；(h)前記第２レジストパターンを除
去する工程；(i)熱処理することにより、前記第１埋め
込みチャネルの表面に前記第２埋め込みチャネルより高
濃度の第２導電型の高濃度領域を形成する工程；及び
(j)転送電極を形成する工程；からなることを特徴とす
る冷却赤外線固体撮像素子の製造方法（請求項２）」を
提供する。

【００１４】また、本発明は、第３に「第１導電型の半
導体基板を準備し、光電変換を行うための光電変換部を
マトリックス状に形成する工程と、第２導電型の第１埋
め込みチャネルを有する垂直ＣＣＤと第２導電型の第２
埋め込みチャネルを形成する水平ＣＣＤを形成する冷却
赤外線固体撮像素子の製造方法であって、前記垂直ＣＣ
Ｄ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、(a)第１埋め
込みチャネルを形成する予定の第１領域及び第２埋め込
みチャネルを形成する予定の第２領域を開口部とする第
１レジストパターンを形成する工程；(b)第２導電型の
不純物を後に実施する第２イオン注入工程で使用するイ
オンより拡散定数が大きなイオンを使用し１回以上イオ
ン注入する第１イオン注入工程；(c)第１レジストパタ
ーンを除去する工程；(d)前記第１領域を開口部とする
第２レジストパターンを形成する工程；(e)第２導電型
の不純物を前記第１イオン注入に使用するイオンより拡
散定数の小さなイオンを使用し１回以上イオン注入する
第２イオン注入工程；(f)第２レジストパターンを除去
する工程；(g)熱処理することにより前記第１及び第２
埋め込みチャネルに共通の同一の拡散深さを有する低濃
度領域と、前記第１埋め込みチャネルの表面に前記第２
埋め込みチャネルより高濃度の第２導電型の高濃度領域
を同時に形成する工程；(h)ＣＣＤチャネル間の素子分
離領域を形成する工程；及び(i)転送電極を形成する工
程；からなることを特徴とする冷却赤外線固体撮像素子
の製造方法（請求項３）」を提供する。

【００１５】また、本発明は、第４に「第１導電型の半
導体基板を準備し、光電変換を行うための光電変換部を
マトリックス状に形成する工程と、第２導電型の第１埋
め込みチャネルを有する垂直ＣＣＤと第２導電型の第２
埋め込みチャネルを形成する水平ＣＣＤを形成する冷却
赤外線固体撮像素子の製造方法であって、前記垂直ＣＣ
Ｄ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、(a) 第１埋め
込みチャネルを形成する予定の第１領域及び第２埋め込
みチャネルを形成する予定の第２領域を開口部とする第
１レジストパターンを形成する工程；(b) 第２導電型の
不純物をイオン注入する第１イオン注入工程；(c) 第１
レジストパターンを除去する工程；(d) 熱処理すること
により前記第１及び前記第２埋め込みチャネルに共通の
同一の拡散深さを有する低濃度領域を形成する工程；
(e)ＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形成する工程；
(f) 前記第１領域及びそれに連なる第２領域の一部を開
口部とする第２レジストパターンを形成する工程；(g)
第２導電型の不純物をイオン注入する第２イオン注入工
程；(h) 前記第２レジストパターンを除去する工程；
(i) 熱処理することにより、前記第１埋め込みチャネル
の表面と第２埋め込みチャネル表面の一部に前記第２埋
め込みチャネルより高濃度の第２導電型の高濃度領域を
形成する工程；及び(j) 転送電極を形成する工程；から
なることを特徴とする冷却赤外線固体撮像素子の製造方
法（請求項４）」を提供する。

【００１６】更に、本発明は、第５に「第１導電型の半
導体基板を準備し、光電変換を行うための光電変換部を
マトリックス状に形成する工程と、第２導電型の第１埋
め込みチャネルを有する垂直ＣＣＤと第２導電型の第２
埋め込みチャネルを形成する水平ＣＣＤを形成する冷却
赤外線固体撮像素子の製造方法であって、前記垂直ＣＣ
Ｄ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、(a) 第１埋め
込みチャネルを形成する予定の第１領域及び第２埋め込
みチャネルを形成する予定の第２領域を開口部とする第
１レジストパターンを形成する工程；(b) 第２導電型の
不純物をイオン注入する第１イオン注入工程；(c) 第１
レジストパターンを除去する工程；(d) 熱処理すること
により前記第１及び前記第２埋め込みチャネルに共通の
同一の拡散深さを有するの低濃度領域を形成する工程；
(e)ＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形成する工程；
(f) 少なくとも前記垂直ＣＣＤと隣接する前記水平ＣＣ
Ｄの転送電極を形成する工程；(g) 前工程で形成された
転送電極及び前記第１領域を開口部とする第３レジスト
パターンを形成する工程；(h) 第２導電型の不純物をイ
オン注入する第２イオン注入工程；(i) 前記第３レジス
トパターンを除去する工程；(h) 熱処理することによ
り、前記第２埋め込みチャネルより高濃度の第２導電型
の高濃度領域を形成する工程；及び(j) 残りの転送電極
を形成する工程；からなることを特徴とする冷却赤外線
固体撮像素子の製造方法（請求項５）」を提供する。

【００１７】

【作用】ショットキー型のＩＲ固体撮像素子は、液体窒
素温度程度（７７ケルビン）まで冷却して使用する。冷
却しなければ、暗電流が大きくなり、赤外線を信号とし
て検出できない。一方、ＩＲ固体撮像素子の光電変換部
と電荷転送部は、分離することができない。従って、光
電変換部１８のみならず、電荷転送部であるＣＣＤも冷
却されてしまう。しかし、７７ケルビン近辺の温度で
は、ＣＣＤの転送効率は、室温で動作させたときに比べ
て低い（悪い）。また、転送効率は、転送速度によって
も変化し、転送速度が速いほど低い。

【００１８】転送効率が低いと、ＣＣＤにおいて、信号
電荷が各転送電極下に形成されるポテンシャルの井戸に
取り残され、次に送られてくる信号電荷と混合してしま
う。取り残された信号電荷はノイズとして作用する。こ
のため、信号とノイズの大きさの比であるＳ／Ｎ比が小
さくなり、固体撮像素子の特性は低下してしまうのであ
る。垂直ＣＣＤ１９は、水平ＣＣＤ２０に比べて転送速
度を遅くして使用するため、低温で使用することによる
転送効率の低下は障害とならない。しかし、垂直ＣＣＤ
１９より高速で信号電荷を転送する水平ＣＣＤ２０にお
いては、Ｓ／Ｎ比の低下をきたし、固体撮像素子の特性
が悪化してしまう。

【００１９】そこで、水平ＣＣＤ２０における埋め込み
チャネルの不純物濃度と拡散深さを様々に変えたＩＲ固
体撮像素子と室温可視用固体撮像素子を試作し、転送効
率を評価した。その結果、いずれの固体撮像素子におい
ても転送効率は、拡散深さに強く依存し、埋め込みチャ
ネルの深さをより深くすれば転送効率が高まることを初
めて見い出した。それに対して、不純物濃度は、拡散深
さほど転送効率に影響を与えない。しかし、濃度は、低
い方が転送効率を高め、これは、従来知られている通り
であった。

【００２０】他方、ニジミ現象が生ずるのは、最大電荷
転送量が不足するためであった。ＩＲ固体撮像素子は、
室温可視光線用固体撮像素子と異なり、常温物体である
背景からの赤外線輻射（背景光）によって生ずる電荷が
多い。従って、垂直ＣＣＤ１９及び水平ＣＣＤ２０は、
最大電荷転送量を大きくせねばならない。ところで、Ｐ
ｔＳｉショットキー接合からなる光電変換部１８は、可
視光の光電変換部１８として一般に用いられるシリコン
ＰＮ接合に比較して光を信号電荷に変換する効率（量子
効率又は感度と同義）が低い。一般に、感度を高めるた
めには、光電変換部１８の面積を広くすれば良い。しか
し、ＩＲ固体撮像素子の寸法は、製造プロセスからの制
約や、レンズなどの光学系からの制約により、小さい方
が望ましい。従って、光電変換部１８の面積もいきおい
小さくなる。また、ＩＲ固体撮像素子の解像度を上げる
には光電変換部１８の面積を小さくせねばならない。

【００２１】この相反する要求を取り入れるため、ＩＲ
固体撮像素子の各画素の面積と各画素における光電変換
部１８の面積との比（この割合を開口率と言う）を大き
くすることが一般に行われる。開口率を大きくするため
には、画素内で光電変換部１８以外の占める面積を小さ
くしなければならない。従って、垂直ＣＣＤ１９の転送
路の幅（即ち、第１埋め込みチャネルの幅）を狭くせね
ばならない。ところが、水平ＣＣＤ２０は、図２からも
明らかなように、画素には含まれないため、水平ＣＣＤ
２０の埋め込みチャネル（第２埋め込みチャネル）の幅
は広くとれ、上述の制約はない。すなわち、水平ＣＣＤ
２０の最大電荷転送量は、その面積を大きくすること
で、増大させることができるが、垂直ＣＣＤ１９の最大
電荷転送量は、この手段を用いることができない。従っ
て、ＩＲ固体撮像素子の最大電荷転送量は、垂直ＣＣＤ
１９によって制限され、ニジミの現象を発生させていた
のである。以上のように、最大電荷転送量は、ＣＣＤの
転送路幅に比例するので、最大電荷転送量を多くするに
は、ＣＣＤの埋め込みチャネルの幅を広くしたい。しか
し、前記のように、開口率の制約が有り、垂直ＣＣＤ１
９は、できるだけ狭い幅の第１埋め込みチャネルで最大
電荷転送量が多くなるようにしなければならない。

【００２２】ＣＣＤの最大電荷転送量は、埋め込みチャ
ネルの不純物濃度を濃くすれば大きくできることが知ら
れている。そこで、垂直ＣＣＤ１９の埋め込みチャネル
の不純物濃度と拡散深さを様々に変えたＩＲ固体撮像素
子を製造し、最大電荷転送量を評価した。その結果、最
大電荷転送量は、転送効率とは逆で、拡散深さに余り依
存せず、不純物濃度に大きく依存していた。従って、Ｉ
Ｒ固体撮像素子において、垂直ＣＣＤ１９の最大電荷転
送量を多くするには、第１埋め込みチャネルの不純物濃
度を濃くすればよいことが判った。

【００２３】以上、まとめてみると、問題点は、水平
ＣＣＤ２０の転送効率が低いことと垂直ＣＣＤ１９の
最大電荷転送量が少ないことに帰結する。そして、水平
ＣＣＤ２０の転送効率が低いことは、第２埋め込みチャ
ネルの不純物濃度を低くし、且つ、拡散深さを深くすれ
ば解決し、垂直ＣＣＤ１９の最大電荷転送量が少ないこ
とは、第１埋め込みチャネルの不純物濃度を濃くすれば
解決する。従って、低温で使用するＩＲ固体撮像素子で
は水平ＣＣＤ２０と垂直ＣＣＤ１９の埋め込みチャネル
の形成条件を個別に適正化することが肝要なのである。

【００２４】室温可視固体撮像素子においては、第１、
第２埋め込みチャネルを別々に形成することが特開昭６
２−３９０５６号（以下、先行技術と称す）に開示され
ている。これは、垂直ＣＣＤの狭チャネル幅効果を改善
するものである。狭チャネル幅効果とは、第２導電型で
ある第１埋め込みチャネルの幅が２μｍ以下になると、
分離酸化膜下に形成されたチャネルカット用の第１導電
型の高濃度拡散領域からの横方向拡散により、埋め込み
チャネルの濃度が低下し、垂直ＣＣＤの電位ポテンシャ
ルが低くなる効果を言う。先行技術の表現をそのまま引
用すると、「埋め込みチャネルの形成条件を垂直転送部
（垂直ＣＣＤ）と水平転送部（水平ＣＣＤ）とで異なら
せるようにしたものである。好ましくは垂直転送部（垂
直ＣＣＤ）の埋め込みチャネルは水平転送部（水平ＣＣ
Ｄ）の埋め込みチャネルの深さより浅くされる。また、
垂直転送部（垂直ＣＣＤ）の埋込みチャネルの不純物濃
度が水平転送部（水平ＣＣＤ）のそれより高くされる。
垂直転送部（垂直ＣＣＤ）の埋込みチャネルとなるｎ型
拡散層の深さ（接合深さ）を水平転送部（水平ＣＣＤ）
のそれより浅く形成したので、垂直転送部（垂直ＣＣ
Ｄ）において狭チャネル幅効果を抑制し、電位ポテンシ
ャルの低下を補償することができる。」とあり、さら
に、「垂直転送部（垂直ＣＣＤ）のｎ型拡散層のみを浅
くした」との記載がある。

【００２５】図１２は、先行技術による固体撮像素子の
転送部を説明する断面図である。第１領域（垂直転送
部）１５ａの埋め込みチャネル１５５と第２領域（水平
転送部）１６ａの埋め込みチャネル１５６は個別に形成
され、前者の拡散深さは後者の拡散深さより浅くされ
る。１０から１３は転送部に形成される電極である。５
はチャネルカットである。先行技術は、室温可視固体撮
像装置の狭チャネル幅効果を改善するものであり、水平
ＣＣＤの埋め込みチャネルの拡散深さを従来のままと
し、垂直ＣＣＤの埋め込みチャネルの拡散深さを浅くし
て且つ濃度を高くしたものである。従って、ＩＲ固体撮
像装置の低温での水平ＣＣＤの転送効率を改善するもの
ではなく、また、垂直ＣＣＤの最大電荷転送量を改善し
たものではない。

【００２６】更に、先行技術は、ＩＲ固体撮像装置に使
用されても、垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへの信号電荷の
転送が困難である。先行技術で開示されている方法で
は、第１、第２埋め込みチャネルの形成は、完全に独立
に行っており、各々の埋め込みチャネルにイオン注入す
るためのフォトリソ工程は、別々に行う。このため、製
造誤差によるレジストマスクの位置ずれが発生し、垂直
ＣＣＤと水平ＣＣＤのそれぞれの埋込みチャネルがずれ
てしまうのである。その結果、例えば、図１３に示すよ
うに、第１領域の埋め込みチャネルと第２領域の埋め込
みチャネルの間に埋込みチャネルの無い部分２１が生じ
る。このような場合は、信号電荷が通る「道」が途切れ
てしまい、垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへの信号電荷の転
送は、困難になる。また、これとは逆に、第１、第２埋
め込みチャネルが重なる場合には、この埋め込みチャネ
ルが重なる部分において不純物濃度が濃くなるので、ポ
テンシャルの谷が発生する。このため、転送される信号
電荷は、このポテンシャルの谷に取り残され、転送が困
難になる。

【００２７】本発明のＩＲ固体撮像素子は、第１埋め込
みチャネルと第２埋め込みチャネルに共通の低濃度領域
を配置する。低濃度領域は、室温可視固体撮像素子の埋
め込みチャネルより深い。好ましくは、０．８μｍ以上
１．５μｍ以下である。これにより、水平ＣＣＤの転送
効率が向上し、また、先行技術に付随する問題点も解決
する。低濃度領域は、半導体基板とは逆導電型（第２導
電型）のイオンを半導体基板に注入し、熱処理すること
によって形成される。この低濃度領域を形成するための
イオン注入工程を第１イオン注入工程と呼ぶ。熱処理
は、イオン注入による半導体基板の結晶欠陥を回復さ
せ、所定の不純物濃度分布を形成するために行う。

【００２８】更に、本発明のＩＲ固体撮像素子は、第１
埋め込みチャネルの表面に高濃度領域を配置する。これ
により、垂直ＣＣＤの最大電荷転送量は多くなる。垂直
ＣＣＤの最大電荷転送量が多くなれば、より多くの信号
電荷が転送される。これにより、ニジミが生じること無
く、より明るい物体の画像（赤外線撮像素子においては
高温物体の画像）まで撮像できるのである。また、も
し、明るい物体の画像を対象としないのなら、第１埋め
込みチャネルの幅は、より狭くしても信号電荷を転送で
きる。このため、受光部領域は広く（開口率を大きく）
でき、ＩＲ固体撮像素子の感度が向上する。高濃度領域
は、第２導電型のイオンを第１埋め込みチャネルの表面
に注入し、熱処理することによって形成される。この高
濃度領域を形成するためのイオン注入工程を第２イオン
注入工程と呼ぶ。

【００２９】イオンが半導体基板中に拡散される深さ
は、イオンの拡散定数によっても変化する。拡散定数が
大きいほど、この深さは深くなる。従って、請求項８に
記載したように、第１イオン注入に使用するイオンより
第２イオン注入に使用するイオンの拡散定数の方が小さ
ければ、一回の熱処理によって第１イオン注入のイオン
の方が深く拡散される。このため、熱処理を第２イオン
注入工程後に行えば、低濃度領域と高濃度領域は同時に
形成され、工程は簡略になる。更に、請求項３に記載し
たように、拡散定数の異なるイオンを使用する場合、第
１イオン注入工程と第２イオン注入の工程順を入れ換え
てもよい。

【００３０】このようにすれば、水平ＣＣＤでの転送効
率は向上し、垂直ＣＣＤでの最大電荷転送量は多くな
る。しかし、高濃度領域の一部を第２埋め込みチャネル
まで延在させれば、転送効率は、さらに向上する。この
ことを図１４を引用して説明する。図１４は、埋め込み
チャネルの後に形成する転送電極１０、１１、１２、１
３が製造ムラにより図面上で右にずれた場合を示すＩＲ
固体撮像素子の断面図である。この図は、図１１のＡ−
Ｂ断面に相当する。図１５は、このポテンシャル状態図
である。図１５において、縦軸はポテンシャルを表し、
下がポテンシャルの低い方向を表している。横軸は位置
を表し、各図上部に転送電極の位置を示す。また、Ｑ1
からＱ3 は、信号電荷を示す。

【００３１】図１４において、第１導電型のシリコン基
板（半導体基板）１上に、第２導電型の不純物濃度の低
い埋め込みチャネル（低濃度領域）８０が、第１領域１
５に相応する第１埋め込みチャネル（垂直ＣＣＤの埋め
込みチャネル）と第２領域１６に相応する第２埋め込み
チャネル（水平ＣＣＤの埋め込みチャネル）に渡って共
通に配置される。第１埋め込みチャネルには、不純物濃
度の濃い埋め込みチャネル（高濃度領域）９０が配置さ
れている。

【００３２】ここで、第１埋め込みチャネルには、低濃
度領域８０の一部分８１が存在する（垂直ＣＣＤの最終
転送電極１２の下部）。このため、８１のポテンシャル
は高くなる。図１５（ａ）は、垂直ＣＣＤの転送電極１
０と１１下に信号電荷Ｑ1 を蓄積させたときのポテンシ
ャル状態図である。転送電極１２下には、８１によって
生ずるポテンシャルの高い部分８２が存在する。図１５
（ｂ）は、転送電極１２下のポテンシャルを低くさせた
ときのポテンシャル状態図である。信号電荷Ｑ1 は、一
部水平ＣＣＤ２０へ転送される。次に、転送電極１０
下、１１下、１２下の順にポテンシャルを順次高くす
る。そして、信号電荷Ｑ1 を水平ＣＣＤに転送させる。

【００３３】図１５（ｃ）は、この３つの転送電極１
０、１１、１２下のポテンシャルを全部高くさせたとき
のポテンシャル状態図である。信号電荷Ｑ1 は、転送電
極１２下にポテンシャルの高い部分８２が存在するため
に全量が転送されず、信号電荷の内、Ｑ3 のみが転送さ
れる。そして、水平ＣＣＤには転送されない信号電荷Ｑ
2 が生じる。このため、電荷転送量は、転送できない電
荷Ｑ2 （Ｑ2 は既に信号電荷ではない) の量だけ減少し
てしまう。更に、この電荷Ｑ2 は、ポテンシャルの低い
領域に移動し、次に転送される信号電荷と混合し、ノイ
ズとなるのである。

【００３４】よって、製造ムラを考えると、高濃度領域
９０の一部は、第２埋め込みチャネルに延在させるのが
好ましいのである。図７は、高濃度領域９ｃを第２埋め
込みチャネルに延在させたＩＲ固体撮像素子の断面図で
ある（実施例３）。延在の長さを２２で示してある。延
在の結果、高濃度領域９ｃの一部は、水平ＣＣＤの転送
電極１３と酸化膜２を介してオーバーラップしている。
このため、図１４における８１の部分は存在しない。

【００３５】ただし、延在の長さ２２は、余り長いこと
は好ましくない。なぜならば、水平ＣＣＤの埋め込みチ
ャネル（第２埋め込みチャネル）は、前記のように、不
純物濃度の低い方が転送効率を高めるのである。更に、
高濃度領域９ｃと水平ＣＣＤの転送電極１３をオーバー
ラップさせると、図１６のように、ポテンシャルの低い
部分８３が生じ、この部分８３に信号電荷が捕らわれる
恐れがある。しかし、オーバーラップの量（つまり延在
の長さ）２２がフリンジング効果の及ぶ長さであるな
ら、このポテンシャルの低い部分は消滅し、より好まし
い。

【００３６】フリンジング効果とは、一つのＣＣＤの転
送電極に電圧を印加したときにできる電界が、それと隣
接する転送電極下のポテンシャルを変化させる効果をい
う。図７において、垂直ＣＣＤの転送電極１２は、水平
ＣＣＤの転送電極１３に隣接する。例えば、埋め込みチ
ャネルがＮ型ならば転送電極１２に負（マイナス）電圧
が印加されると、フリンジング効果により、転送電極１
３下のポテンシャルは高められる。このため、上記の恐
れは解消する。

【００３７】オーバーラップの量（延在の長さ）２２
は、請求項４に記載した製造方法に従えば、フリンジン
グ効果の及ぶ範囲に形成される。これは、自己整合によ
って第２イオン注入工程を行うものである。自己整合と
は、レジストパターンによるイオン注入のマスクを必要
としない拡散領域形成方法を言う。電極や酸化膜等がイ
オン注入のマスクに使用される。ここでは、水平ＣＣＤ
の転送電極１３をマスクとして、高濃度領域を形成する
ためのイオン注入を行うのである。このようにすれば、
オーバーラップ量２２は、その後に行う熱拡散による横
方向拡散分の量となる。その寸法は、製造条件により変
わるが、およそ、０．４〜０．６μｍである。

【００３８】本発明における光電変換部は、白金シリサ
イドのショットキー型に限るものではなく、例えば、Ｉ
ｒＳｉ、ＰｄＳｉ等のショットキー型であっても良く、
更に、ショットキー型以外の光電変換部であっても、冷
却された状態で赤外線を信号電荷に変換できるものであ
るなら、使用することができる。

【００３９】

【実施例】以下、図を引用して、本発明を実施例により
具体的に説明する。しかし、本発明は、これらの例に限
られるものではない。なお、いずれの実施例において
も、平面図は、従来の室温可視固体撮像素子と同一にな
る（図１１）。（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図である。図１１のＡ−Ｂの断
面に相当する。また、本実施例は請求項２記載の製造方
法に相当する。不純物濃度８×１０¹⁴cm^-3のＰ型（第１
導電型）シリコン基板（半導体基板）１上に、１００ｎ
ｍの薄い酸化膜２を熱酸化法により形成した。次に、水
平ＣＣＤと垂直ＣＣＤの埋め込みチャネル（第２、第１
埋め込みチャネル）を形成する予定の第１領域１５と第
２領域１６を開口部とし、それ以外を覆うように第１レ
ジストパターン３を形成した。

【００４０】次に、第１埋め込みチャネルと第２埋め込
みチャネルに共通の低濃度領域８を形成するため、この
第１レジストパターン３をマスクとして、リンをシリコ
ン基板１にイオン注入した。イオン注入（４）の条件
は、注入量１．５×１０¹²／cm² 、加速エネルギー１６
０ＫｅＶである。なお、リンは、Ｎ型（第２導電型）の
不純物である。このイオン注入の工程が第１イオン注入
工程であり、この状態を示したのが図１（ａ）である。

【００４１】次に、第１レジストパターン３を除去し、
窒素雰囲気にて、１１２５℃、３０分の熱処理を行っ
た。この熱処理により、低濃度領域８が形成される。低
濃度領域８は、この後に実行する様々な熱処理によっ
て、更に拡散深さが深くなる。次に、公知のＬＯＣＯＳ
法を用いて、Ｐ型不純物拡散によるチャネルカット５と
厚い酸化膜６からなる素子分離領域を形成した。次に、
第１埋め込みチャネルに相応する第１領域１５を開口部
とする第２レジストパターン７を形成した。次いで、高
濃度領域９を形成するため、第２レジストパターン７を
マスクとしてリンをイオン注入した。イオン注入（１
７）の条件は、注入量１．５×１０¹²／cm² 、加速エネ
ルギー１００ＫｅＶである。注入量は、これに限らず第
１領域１５の表面が低濃度領域８より高濃度になれば良
い。このイオン注入の工程が第２イオン注入工程であ
る。この状態を示したのが図１（ｂ）である。

【００４２】次に、第２レジストパターン７を除去し、
窒素雰囲気にて、１１２５℃、２．５分の熱処理を行っ
た。これは、シリコン基板１表面の結晶性を回復させ、
また、注入したイオンを活性化させるためである。この
状態を示したのが図１（ｃ）である。これにより、第１
埋め込みチャネルに相応する第１領域１５の表面には高
濃度領域９が形成される。次に、転送電極を形成するた
めの所定の処理を施し、垂直ＣＣＤの転送電極１０〜１
２と水平ＣＣＤの転送電極１３を形成した。これらの転
送電極１０〜１３は、いずれもポリシリコンを配置し
た。次に、光電変換部１８（図示されていない）を形成
した。光電変換部１８には、赤外線を信号電荷に変換す
るＰｔＳｉショットキー接合を配置した。最後に、保護
膜１４を形成し、本実施例によるＩＲ固体撮像素子が完
成した〔図１（ｄ）〕。保護膜１４は、ＣＶＤによるＳ
ｉＯ₂を配置した。図２は、本実施例によって製造され
たＩＲ固体撮像素子の垂直ＣＣＤ部分の断面図である。
図１１のＣ−Ｄ断面に相当する。このように、第１埋め
込みチャネルの表面には、不純物濃度の濃い高濃度領域
９が全幅にわたって形成されている。

【００４３】図３は、実施例１で製造した素子の、第２
領域における深さ方向の不純物濃度分布図である。横軸
は第２領域表面からの深さを示し、単位はμｍである。
縦軸は不純物濃度（１立方センチメートルあたりの不純
物濃度）を示す。８で示した部分が第２埋め込みチャネ
ルの部分であり、低濃度領域である。第２埋め込みチャ
ネルは、表面濃度１×１０¹⁶／ｃｍ³ を有したなだらか
な不純物分布である。不純物濃度は、およそ１μｍの深
さで急激に変化している。これは、シリコン基板１と第
２埋め込みチャネル（ここでは低濃度領域）とのＰＮ接
合位置（すなわち低濃度領域の拡散深さ）を示し、本実
施例ではおよそ１μｍが低濃度領域の拡散深さである。
この値は、室温可視固体撮像素子の値（０．６μｍ）の
およそ、１．６倍である。また、１で示した領域がＰ型
のシリコン基板１である。

【００４４】図４は、実施例１で製造した素子の第１領
域における深さ方向の不純物濃度分布図である。横軸は
第１領域表面からの深さを示し、単位はμｍである。縦
軸は不純物濃度を示す。８＋９で示した部分が第１埋め
込みチャネルの部分であり、低濃度領域上に高濃度領域
が配置された部分である。第１埋め込みチャネルの表面
濃度（高濃度領域の表面濃度）は６×１０¹⁶／ｃｍ³ 程
度であり、第２埋め込みチャネルの表面濃度１×１０¹⁶
／ｃｍ³よりも濃度の濃いことがわる。また、１は、シ
リコン基板１を示す。第１埋め込みチャネルとシリコン
基板１とのＰＮ接合位置は、およそ、１μｍであった。
また、図３と比較すると、濃度分布は、０．７μｍ以上
の深さにおいて同じであった。すなわち、低濃度領域上
に高濃度領域が配置されていることがこれによっても証
明された。これらの事実により、低濃度領域８は、第１
埋め込みチャネルと第２埋め込みチャネルに渡って同一
の深さであり、第１埋め込みチャネルの表面には、第２
イオン注入工程と熱処理で形成された浅くて不純物濃度
の濃い高濃度領域９が形成されていることが判る。

【００４５】（実施例２）図５は、本発明の第３の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図である。図１１のＡ−Ｂの断
面に相当する。また、本実施例は請求項８記載の製造方
法に相当する。不純物濃度８×１０¹⁴cm^-3のＰ型（第１
導電型）シリコン基板（半導体基板）１上に、１００ｎ
ｍの薄い酸化膜２を熱酸化法により形成した。次に、垂
直ＣＣＤと水平ＣＣＤの埋め込みチャネル（第１、第２
埋め込みチャネル）を形成する予定の第１領域１５と第
２領域１６を開口部とし、それ以外を覆うように第１レ
ジストパターン３ｂを形成した。

【００４６】次に、第１埋め込みチャネルと第２埋め込
みチャネルに共通の低濃度領域８ｂを形成するため、こ
の第１レジストパターン３ｂをマスクとして、リンをシ
リコン基板１にイオン注入した。イオン注入（４ｂ）の
条件は、注入量１．５×１０¹²／cm² 、加速エネルギー
１６０ＫｅＶである。これにより、シリコン基板１表面
にはイオンの注入された領域〔図５（ｂ）８ｂ’〕が形
成された。このイオン注入の工程が第１イオン注入工程
であり、この工程を示したのが図５（ａ）である。

【００４７】第１レジストパターン３ｂを除去した後、
第１埋め込みチャネルに相応する第１領域１５を開口部
とする第２レジストパターン７ｂを形成した。次いで、
高濃度領域９ｂを形成するため、第２レジストパターン
７ｂをマスクとしてひ素をイオン注入した。イオン注入
（１７ｂ）の条件は、注入量１．８×１０¹²／cm² 、加
速エネルギー３６０ＫｅＶである。このイオン注入の工
程が第２イオン注入工程である。この状態を示したのが
図５（ｂ）である。第２イオン注入工程に使用するイオ
ンは、リンより拡散係数の小さい第２導電型の不純物で
あるなら何でもよい。

【００４８】次に、第２レジストパターン７ｂを除去
し、窒素雰囲気にて、１１２５℃、２．５分の熱処理を
行った。これは、シリコン基板表面の結晶性を回復さ
せ、また、注入したイオンを活性化させるためである。
次に、公知のＬＯＣＯＳ法を用いて、Ｐ型不純物拡散に
よるチャネルカット５と厚い酸化膜６からなる素子分離
領域を形成した。この状態を示したのが図５（ｃ）であ
る。これにより、第１埋め込みチャネルと第２埋め込み
チャネルには共通の低濃度領域８ｂが、第１埋め込みチ
ャネル表面には高濃度領域９ｂが同時に形成された。

【００４９】次に、転送電極を形成するための所定の処
理を施し、垂直ＣＣＤの転送電極１０〜１２と水平ＣＣ
Ｄの転送電極１３を形成した。転送電極は、いずれもポ
リシリコンを配置した。次に、光電変換部１８を形成し
た。光電変換部１８には、赤外線を信号電荷に変換する
ＰｔＳｉショットキー接合を配置した。最後に、保護膜
１４を形成し、本実施例によるＩＲ固体撮像素子が完成
した〔図５（ｄ）〕。保護膜１４は、ＣＶＤによるＳｉ
Ｏ２を配置した。（実施例３）図６は、本発明の第３の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図であり、図１１は、同じく完
成した素子の断面図である。これらの断面図は、図１１
のＡ−Ｂの断面に相当する。また、本実施例は請求項４
記載の製造方法に相当する。不純物濃度８×１０¹⁴cm^-3
のＰ型（第１導電型）シリコン基板（半導体基板）１上
に、５００ｎｍの薄い酸化膜２を熱酸化法により形成し
た。次に、水平ＣＣＤと垂直ＣＣＤの埋め込みチャネル
（第２、第１埋め込みチャネル）を形成する予定の第１
領域１５と第２領域１６を開口部とし、それ以外を覆う
ように第１レジストパターン３ｃを形成した。

【００５０】次に、第１埋め込みチャネルと第２埋め込
みチャネルに共通の低濃度領域８ｃを形成するため、こ
の第１レジストパターン３ｃをマスクとして、リンをシ
リコン基板１にイオン注入した。イオン注入（４ｃ）の
条件は、注入量１．５×１０¹²／cm² 、加速エネルギー
１５０ＫｅＶである。なお、リンは、Ｎ型（第２導電
型）の不純物である。このイオン注入の工程が第１イオ
ン注入工程であり、この工程を示したのが図６（ａ）で
ある。

【００５１】次に、第１レジストパターン３ｃを除去
し、窒素雰囲気にて、１１２５℃、３０分の熱処理を行
った。この熱処理により、低濃度領域８ｃが形成され
た。低濃度領域８ｃは、この後に実行する様々な熱処理
によって、更に拡散深さが深くなる。次に、公知のＬＯ
ＣＯＳ法を用いて、Ｐ型不純物拡散によるチャネルカッ
ト５と厚い酸化膜６からなる素子分離領域を形成した。
この状態を示したのが図６（ｂ）である。

【００５２】次に、第１埋め込みチャネルに相応する第
１領域、及びそれに連なる第２埋め込みチャネルに相応
する第２領域の一部を開口部とする第２レジストパター
ン７ｃを形成した。次いで、高濃度領域９ｃを形成する
ため、第２レジストパターン７ｃをマスクとしてリンを
イオン注入した。イオン注入（１７ｃ）の条件は、注入
量１．５×１０¹²／cm² 、加速エネルギー１５０ＫｅＶ
である。注入量は、これに限らず第１領域と一部の第２
領域が低濃度領域８ｃより高濃度になれば良い。このイ
オン注入の工程が第２イオン注入工程である。この状態
を示したのが図６（ｃ）である。

【００５３】次に、第２レジストパターン７ｃを除去
し、窒素雰囲気にて、１１２５℃、２．５分の熱処理を
行った。これは、シリコン基板１表面の結晶性を回復さ
せ、また、注入したイオンを活性化させるためである。
この状態を示したのが図６（ｄ）である。これにより、
第１埋め込みチャネルに相応する第１領域と第２埋領域
の一部の表面には高濃度領域９ｃが形成される。高濃度
領域９ｃの一部は、第２埋め込みチャネルに延在されて
いる。延在の長さ２２（図７参照）は、設計上（フォト
レジストを露光する際に使用するレチクル上）におい
て、０．１μｍとした。しかし、露光装置のアライメン
ト精度や熱処理における横方向拡散によって、延在の長
さ２２の実測値は、設計値とは差が生じ、０．８μｍで
あった。

【００５４】次に、転送電極を形成するための所定の処
理を施し、垂直ＣＣＤの転送電極１０〜１２と水平ＣＣ
Ｄの転送電極１３を形成した。これらの転送電極は、い
ずれもポリシリコンを配置した。次に、光電変換部１８
を形成した。光電変換部１８には、赤外線を信号電荷に
変換するＰｔＳｉショットキー接合を配置した。最後
に、保護膜１４を形成し、本実施例によるＩＲ固体撮像
素子が完成した（図１１）。保護膜１４は、ＣＶＤによ
るＳｉＯ₂ を配置した。なお、第１イオン注入工程と第
２イオン注入工程は、それぞれ、異なる加速エネルギー
にて複数回注入を行ってもよく、また、拡散定数の異な
るイオンを使用してもよい。本実施例で製造したＩＲ
固体撮像素子は、第１、第２埋め込みチャネルに共通の
低濃度領域８ｃの拡散深さが１μｍであった。これは、
従来の室温可視固体撮像素子における埋め込みチャネル
の拡散深さ（およそ０．６μｍ）よりも、深いものであ
る。また、その表面濃度は、１×１０¹⁶cm^-3であった。
高濃度領域９ｃは、その表面の不純物濃度が１．６×１
０¹⁶cm^-3、拡散深さが０．６μｍであった。

【００５５】（実施例４）図８は、本発明の第４の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図であり、図９は、同じく完成
した素子の断面図である。これらの断面図は、図１１の
Ａ−Ｂの断面に相当する。また、本実施例は請求項５記
載の製造方法に相当する。不純物濃度８×１０¹⁴cm^-3の
Ｐ型（第１導電型）シリコン基板（半導体基板）１上
に、５００ｎｍの薄い酸化膜２を熱酸化法により形成し
た。次に、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤの埋め込みチャネル
（第１、第２埋め込みチャネル）を形成する予定の第１
領域１５と第２領域１６を開口部とし、それ以外を覆う
ように第１レジストパターン３ｄを形成した。

【００５６】次に、第１埋め込みチャネルと第２埋め込
みチャネルに共通の低濃度領域８ｄを形成するため、こ
の第１レジストパターン３ｄをマスクとして、リンをシ
リコン基板１にイオン注入した。イオン注入（４ｄ）の
条件は、注入量１．５×１０¹²／cm² 、加速エネルギー
１５０ＫｅＶである。このイオン注入の工程が第１イオ
ン注入工程であり、この工程を示したのが図８（ａ）で
ある。

【００５７】次に、第１レジストパターン３ｄを除去
し、窒素雰囲気にて、１１２５℃、３０分の熱処理を行
った。この熱処理により、低濃度領域８ｄが形成され
る。低濃度領域８ｄは、この後に実行する様々な熱処理
によって、更に拡散深さが深くなる。次に、公知のＬＯ
ＣＯＳ法を用いて、Ｐ型不純物拡散によるチャネルカッ
ト５と厚い酸化膜６からなる素子分離領域を形成した。
この状態を示したのが図８（ｂ）である。

【００５８】次に、ポリシリコンによる水平ＣＣＤの転
送電極１３ａ、１３ｃを形成した（１３ｃは図１０参
照）。なお、水平ＣＣＤの転送電極（１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ、１３ｄ）は、第１埋め込みチャネルと隣接して
配置されるもの（１３ａ）と、そうでないもの（１３
ｂ、１３ｃ、１３ｄ）がある。図１０は、この実施例で
完成したＩＲ固体撮像素子における水平、垂直ＣＣＤの
平面拡大図を示す。１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは
水平ＣＣＤの転送電極を示し、１０、１１、１２は、垂
直ＣＣＤの転送電極を示す。水平ＣＣＤの転送電極の
内、１３ａは第１埋め込みチャネルと隣接し、垂直ＣＣ
Ｄから転送される信号電荷を受け取り水平方向に転送さ
せる。残りの転送電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは信号電
荷を水平方向に転送させる。本実施例では、第１埋め込
みチャネルと隣接する水平ＣＣＤの転送電極を第２イオ
ン注入工程での自己整合のマスクとしても使用する。従
って、ここでは、少なくとも転送電極１３ａを形成すれ
ばよい。しかし、転送電極１３ｃを転送電極１３ａと同
時に形成すれば工程は、簡略化する。

【００５９】次に、前工程で形成した水平ＣＣＤの転送
電極１３ａ及び第１埋め込みチャネルに相応する第１領
域を開口部とする第３レジストパターン７ｄを形成し
た。次いで、高濃度領域９ｄを形成するため、第３レジ
ストパターン７ｄをマスクとしてリンをイオン注入し
た。イオン注入（１７ｄ）の条件は、注入量１．５×１
０¹²／cm² 、加速エネルギー１５０ＫｅＶである。注入
量は、これに限らず低濃度領域９ｄより高濃度になれば
良い。このイオン注入の工程が第２イオン注入工程であ
る。この工程を示したのが図８（ｃ）である。これによ
り、水平ＣＣＤの転送電極１３ａと高濃度領域９ｄとの
オーバーラップ量（すなわち延在の長さ２２）は、この
後に行う熱拡散による横方向拡散分の量となる。

【００６０】次に、第３レジストパターン７ｄを除去
し、窒素雰囲気にて、１１２５℃、２．５分の熱処理を
行った。これは、シリコン基板表面の結晶性を回復さ
せ、また、注入させたイオンを活性化させるためであ
る。この状態を示したのが図８（ｄ）である。これによ
り、第１埋め込みチャネルには、高濃度領域９ｄが形成
された。この高濃度領域９ｄは、第２埋め込みチャネル
の一部にまで延在し、その延在の長さ２２は、熱処理に
よって生じた横方向拡散の長さであり、実測値は０．５
μｍであった。

【００６１】次に、転送電極を形成するための所定の処
理を施し、垂直ＣＣＤの転送電極１０〜１２と水平ＣＣ
Ｄの転送電極１３ｂ、１３ｄを形成した。これらの転送
電極は、いずれもポリシリコンを配置した。次に、光電
変換部１８を形成した。光電変換部１８には、赤外線を
信号電荷に変換するＰｔＳｉショットキー接合を配置し
た。最後に、保護膜１４を形成し、本実施例によるＩＲ
固体撮像素子が完成した（図１０）。保護膜１４は、Ｃ
ＶＤによるＳｉＯ２を配置した。なお、第１イオン注入
工程と第２イオン注入工程は、それぞれ、異なる加速エ
ネルギーにて複数回注入を行っても、また、拡散定数の
異なるイオンを使用してもよい。

【００６２】本実施例で製造したＩＲ固体撮像素子は、
第１、第２埋め込みチャネルに共通の低濃度領域８ｄの
拡散深さが１μｍであった。これは、従来の室温可視固
体撮像素子における埋め込みチャネルの拡散深さ（およ
そ０．６μｍ）よりも、深いものである。また、その表
面濃度は、１×１０¹⁶cm^-3であった。高濃度領域９ｄ
は、その表面の不純物濃度が１．６×１０¹⁶cm^-3、拡散
深さが０．６μｍであった。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水平Ｃ
ＣＤの埋め込みチャネル（第２埋め込みチャネル）と垂
直ＣＣＤの埋め込みチャネル（第１埋め込みチャネル）
をそれぞれ別々の条件で形成するので、水平ＣＣＤでの
転送効率は向上し、垂直ＣＣＤでの最大電荷転送量は増
大する。このため、７７ケルビン程度まで冷却するＩＲ
固体撮像素子においても、転送効率の悪化が防止でき
る。また、最大転送量を増大させることにより、ニジミ
の発生無しに観察できる最高温度をあげることができ
る。最大電荷転送量を同一にするなら、開口率を向上さ
せることができるので、温度分解能が向上する。

【００６４】また、第１埋め込みチャネルの高濃度領域
を第２埋め込みチャネルの一部に延在させれば、製造ム
ラがあっても垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへの信号電荷の
転送が確実に行われる。その結果、転送効率はさらに高
まる。更に、高濃度領域を自己整合によって形成すれ
ば、延在の長さはフリンジング効果の及ぶ範囲に限定さ
れるので、転送効率はさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図である。

【図２】本実施例によって製造されたＩＲ固体撮像素子
の垂直ＣＣＤ部分の断面図である。

【図３】実施例１で製造した素子の、第２領域における
深さ方向の不純物濃度分布図である。

【図４】実施例１で製造した素子の、第１領域における
深さ方向の不純物濃度分布図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の第３の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図である。

【図７】第３の実施例により完成したＩＲ固体撮像素子
の断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例に係るＩＲ固体撮像素子
の各製造工程を示す断面図である。

【図９】第４の実施例により完成したＩＲ固体撮像素子
の断面図である。

【図１０】第４の実施例により完成したＩＲ固体撮像素
子における水平、垂直ＣＣＤの平面拡大図を示す。

【図１１】インターライントランスファー型固体撮像素
子の平面概念図である。

【図１２】先行技術による固体撮像素子の転送部を説明
する断面図である。

【図１３】先行技術による固体撮像素子の転送部を説明
する断面図である。

【図１４】埋め込みチャネルの後に形成する転送電極が
製造ムラにより図面上で右にずれた場合を示すＩＲ固体
撮像素子の断面図である

【図１５】図１４の場合におけるポテンシャル状態図で
ある。

【図１６】延在の長さが長いときのポテンシャル状態図
である。

【符号の説明】

１・・・Ｐ型シリコン基板。２・・・薄い熱酸化膜３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・第１レジストパター
ン４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・第１イオン注入５・・・チャネルカット６・・・厚い熱酸化膜７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・・第２レジストパター
ン８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ・・・低濃度領域８ｂ’・・・第１イオン注入によってイオンが打ち込ま
れた領域９、９ａ、９ｂ，９ｃ，９ｄ・・・高濃度領域１０、１１、１２、・・・垂直ＣＣＤの転送電極１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・水平ＣＣ
Ｄの転送電極１４・・・保護膜１５、１５ａ・・・第１領域１６、１６ａ・・・第２領域１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ・・・第２イオ
ン注入１８・・・光電変換部１９・・・垂直ＣＣＤ２０・・・水平ＣＣＤ２１・・・埋め込みチャネルの無い部分２２・・・延在の長さ（オーバーラップ量）８０・・・低濃度領域８１・・・第１埋め込みチャネルの低濃度領域８２・・・ポテンシャルの高い部分８３・・・ポテンシャルの低い部分１００・・・垂直ＣＣＤを形成する部位の濃度分布１０１、１０２・・・リンを第２イオン注入で複数回注
入したときの各濃度分布１０３、１０４、１０５・・・リンを第１イオン注入で
複数回注入したときの各濃度分布１１０・・・水平ＣＣＤを形成する部位の濃度分布１５５、１５６・・・埋め込みチャネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768 H04N 5/335

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の半導体基板を準備し、光電
変換を行うための光電変換部をマトリックス状に形成す
る工程と、第２導電型の第１埋め込みチャネルを有する
垂直ＣＣＤと第２導電型の第２埋め込みチャネルを形成
する水平ＣＣＤを形成する冷却赤外線固体撮像素子の製
造方法であって、第１に前記第１及び第２埋め込みチャネルに共通の同一
の拡散深さを有する低濃度領域を形成する工程、第２に
ＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形成する工程、第３
に第１埋め込みチャネルの表面には第２埋め込みチャネ
ルより高濃度の第２導電型の高濃度領域を形成する工程
としたことを特徴とする冷却赤外線固体撮像素子の製造
方法。
【請求項２】第１導電型の半導体基板を準備し、光電
変換を行うための光電変換部をマトリックス状に形成す
る工程と、第２導電型の第１埋め込みチャネルを有する
垂直ＣＣＤと第２導電型の第２埋め込みチャネルを形成
する水平ＣＣＤを形成する冷却赤外線固体撮像素子の製
造方法であって、前記垂直ＣＣＤ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、
(a)第１埋め込みチャネルを形成する予定の第１領域及
び第２埋め込みチャネルを形成する予定の第２領域を開
口部とする第１レジストパターンを形成する工程；(b)
第２導電型の不純物をイオン注入する第１イオン注入工
程；(c)第１レジストパターンを除去する工程；(d)熱処
理することにより前記第１及び第２埋め込みチャネルに
共通の同一深さの拡散深さを有する低濃度領域を形成す
る工程；(e)ＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形成す
る工程；(f)前記第１領域を開口部とする第２レジスト
パターンを形成する工程；(g)第２導電型の不純物をイ
オン注入する第２イオン注入工程；(h)前記第２レジス
トパターンを除去する工程；(i)熱処理することによ
り、前記第１埋め込みチャネルの表面に前記第２埋め込
みチャネルより高濃度の第２導電型の高濃度領域を形成
する工程；及び(j)転送電極を形成する工程；からなる
ことを特徴とする冷却赤外線固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】第１導電型の半導体基板を準備し、光電
変換を行うための光電変換部をマトリックス状に形成す
る工程と、第２導電型の第１埋め込みチャネルを有する
垂直ＣＣＤと第２導電型の第２埋め込みチャネルを形成
する水平ＣＣＤを形成する冷却赤外線固体撮像素子の製
造方法であって、前記垂直ＣＣＤ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、
(a)第１埋め込みチャネルを形成する予定の第１領域及
び第２埋め込みチャネルを形成する予定の第２領域を開
口部とする第１レジストパターンを形成する工程；(b)
第２導電型の不純物を後に実施する第２イオン注入工程
で使用するイオンより拡散定数が大きなイオンを使用し
１回以上イオン注入する第１イオン注入工程；(c)第１
レジストパターンを除去する工程；(d)前記第１領域を
開口部とする第２レジストパターンを形成する工程；
(e)第２導電型の不純物を前記第１イオン注入に使用す
るイオンより拡散定数の小さなイオンを使用し１回以上
イオン注入する第２イオン注入工程；(f)第２レジスト
パターンを除去する工程；(g)熱処理することにより前
記第１及び第２埋め込みチャネルに共通の同一の拡散深
さを有する低濃度領域と、前記第１埋め込みチャネルの
表面に前記第２埋め込みチャネルより高濃度の第２導電
型の高濃度領域を同時に形成する工程；(h)ＣＣＤチャ
ネル間の素子分離領域を形成する工程；及び(i)転送電
極を形成する工程；からなることを特徴とする冷却赤外
線固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】第１導電型の半導体基板を準備し、光電
変換を行うための光電変換部をマトリックス状に形成す
る工程と、第２導電型の第１埋め込みチャネルを有する
垂直ＣＣＤと第２導電型の第２埋め込みチャネルを形成
する水平ＣＣＤを形成する冷却赤外線固体撮像素子の製
造方法であって、前記垂直ＣＣＤ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、
(a) 第１埋め込みチャネルを形成する予定の第１領域及
び第２埋め込みチャネルを形成する予定の第２領域を開
口部とする第１レジストパターンを形成する工程；(b)
第２導電型の不純物をイオン注入する第１イオン注入工
程；(c) 第１レジストパターンを除去する工程；(d) 熱
処理することにより前記第１及び前記第２埋め込みチャ
ネルに共通の同一の拡散深さを有する低濃度領域を形成
する工程；(e)ＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形成
する工程；(f) 前記第１領域及びそれに連なる第２領域
の一部を開口部とする第２レジストパターンを形成する
工程；(g) 第２導電型の不純物をイオン注入する第２イ
オン注入工程；(h) 前記第２レジストパターンを除去す
る工程；(i) 熱処理することにより、前記第１埋め込み
チャネルの表面と第２埋め込みチャネル表面の一部に前
記第２埋め込みチャネルより高濃度の第２導電型の高濃
度領域を形成する工程；及び(j) 転送電極を形成する工
程；からなることを特徴とする冷却赤外線固体撮像素子
の製造方法。
【請求項５】第１導電型の半導体基板を準備し、光電
変換を行うための光電変換部をマトリックス状に形成す
る工程と、第２導電型の第１埋め込みチャネルを有する
垂直ＣＣＤと第２導電型の第２埋め込みチャネルを形成
する水平ＣＣＤを形成する冷却赤外線固体撮像素子の製
造方法であって、前記垂直ＣＣＤ及び前記水平ＣＣＤを形成する工程が、
(a) 第１埋め込みチャネルを形成する予定の第１領域及
び第２埋め込みチャネルを形成する予定の第２領域を開
口部とする第１レジストパターンを形成する工程；(b)
第２導電型の不純物をイオン注入する第１イオン注入工
程；(c) 第１レジストパターンを除去する工程；(d) 熱
処理することにより前記第１及び前記第２埋め込みチャ
ネルに共通の同一の拡散深さを有するの低濃度領域を形
成する工程；(e)ＣＣＤチャネル間の素子分離領域を形
成する工程；(f) 少なくとも前記垂直ＣＣＤと隣接する
前記水平ＣＣＤの転送電極を形成する工程；(g) 前工程
で形成された転送電極及び前記第１領域を開口部とする
第３レジストパターンを形成する工程；(h) 第２導電型
の不純物をイオン注入する第２イオン注入工程；(i) 前
記第３レジストパターンを除去する工程；(h) 熱処理す
ることにより、前記第２埋め込みチャネルより高濃度の
第２導電型の高濃度領域を形成する工程；及び(j) 残り
の転送電極を形成する工程；からなることを特徴とする
冷却赤外線固体撮像素子の製造方法。