JP3530159B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその製造方法に関するものである。
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電荷結合素子（charge coupled d
evice；以下、「ＣＣＤ」とする。）を用いた固体撮像
装置が、民生用および業務用ビデオカメラなどの用途に
広く用いられている。この固体撮像装置は、一般に、半
導体基板平面に複数のフォトダイオードが行列状に配置
されており、そのフォトダイオードの各列に隣接するよ
うに垂直ＣＣＤが配置された構造を有している。このよ
うな固体撮像装置においては、蓄積された不要電荷が基
板側に排出されるような方式、すなわち縦型オーバーフ
ロードレイン方式のフォトダイオードを採用することが
知られている。
evice；以下、「ＣＣＤ」とする。）を用いた固体撮像
装置が、民生用および業務用ビデオカメラなどの用途に
広く用いられている。この固体撮像装置は、一般に、半
導体基板平面に複数のフォトダイオードが行列状に配置
されており、そのフォトダイオードの各列に隣接するよ
うに垂直ＣＣＤが配置された構造を有している。このよ
うな固体撮像装置においては、蓄積された不要電荷が基
板側に排出されるような方式、すなわち縦型オーバーフ
ロードレイン方式のフォトダイオードを採用することが
知られている。
【０００３】図９は、縦型オーバーフロードレイン方式
のフォトダイオードを採用した固体撮像装置の構造を示
す断面図である。ｎ型半導体基板５上にｐ型不純物領域
であるオーバーフローバリア領域６が形成されおり、こ
のオーバーフローバリア領域６上にｎ--型半導体領域７
が形成されている。また、ｎ--型半導体領域７の表層部
にｎ+型不純物領域である光電変換領域８が形成されて
おり、更にその表層部にｐ++型不純物領域である正孔蓄
積領域９が形成され、これによりフォトダイオードが形
成されている。更に、ｎ--型半導体領域７の表層部に
は、フォトダイオード同士間に、ｐ+型不純物領域であ
るチャネルストップ領域１２が形成されている。なお、
この固体撮像装置の深さ方向における不純物濃度分布
は、図１０に示す通りである。
のフォトダイオードを採用した固体撮像装置の構造を示
す断面図である。ｎ型半導体基板５上にｐ型不純物領域
であるオーバーフローバリア領域６が形成されおり、こ
のオーバーフローバリア領域６上にｎ--型半導体領域７
が形成されている。また、ｎ--型半導体領域７の表層部
にｎ+型不純物領域である光電変換領域８が形成されて
おり、更にその表層部にｐ++型不純物領域である正孔蓄
積領域９が形成され、これによりフォトダイオードが形
成されている。更に、ｎ--型半導体領域７の表層部に
は、フォトダイオード同士間に、ｐ+型不純物領域であ
るチャネルストップ領域１２が形成されている。なお、
この固体撮像装置の深さ方向における不純物濃度分布
は、図１０に示す通りである。
【０００４】図１１は、上記固体撮像装置の深さ方向に
おける電位分布を示す図である。図１１に破線で示すよ
うに、縦型オーバーフロードレイン方式のフォトダイオ
ードにおいては、オーバーフローバリア領域６で電位が
浅くなっており、ここに電位障壁が形成される。そのた
め、光電変換領域８に電位井戸が形成され、ここに電荷
を蓄積することができる。光電変換領域８に蓄積し得る
電荷量は、ｎ型半導体基板５に印加されるバイアス電圧
によって設定される。また、ｎ型半導体基板５にバイア
ス電圧よりも高い正電圧を印加することにより、オーバ
ーフローバリア領域６の電位を高くして電位障壁を消失
させ、光電変換領域８に蓄積された電荷を基板に排出す
ることが可能となる。
おける電位分布を示す図である。図１１に破線で示すよ
うに、縦型オーバーフロードレイン方式のフォトダイオ
ードにおいては、オーバーフローバリア領域６で電位が
浅くなっており、ここに電位障壁が形成される。そのた
め、光電変換領域８に電位井戸が形成され、ここに電荷
を蓄積することができる。光電変換領域８に蓄積し得る
電荷量は、ｎ型半導体基板５に印加されるバイアス電圧
によって設定される。また、ｎ型半導体基板５にバイア
ス電圧よりも高い正電圧を印加することにより、オーバ
ーフローバリア領域６の電位を高くして電位障壁を消失
させ、光電変換領域８に蓄積された電荷を基板に排出す
ることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】縦型オーバーフロード
レイン方式を採用した固体撮像装置においては、光電変
換領域とオーバーフローバリア領域との間の距離を大き
くとり、空乏層を深くすることによって、赤外波長まで
光電変換可能にし、感度を向上させることができる。
レイン方式を採用した固体撮像装置においては、光電変
換領域とオーバーフローバリア領域との間の距離を大き
くとり、空乏層を深くすることによって、赤外波長まで
光電変換可能にし、感度を向上させることができる。
【０００６】しかしながら、図９に示すような固体撮像
装置において、光電変換領域８とオーバーフローバリア
領域６との間の距離を大きくすると、低濃度不純物領域
であるｎ--型半導体領域７が大きな領域を占める。その
ため、チャネルストップ領域１２だけでは光電変換領域
８同士間を十分に分離することが困難となり、光電変換
領域８同士が電位的につながり易くなる。すなわち、図
１１に実線で示すように、光電変換領域８同士間におい
ては、ｎ--型半導体領域７の電位が深くなるため、フォ
トダイオード間の分離が弱くなる。その結果、各フォト
ダイオードで独立保持すべき信号電荷が混合してしまう
という問題があった。
装置において、光電変換領域８とオーバーフローバリア
領域６との間の距離を大きくすると、低濃度不純物領域
であるｎ--型半導体領域７が大きな領域を占める。その
ため、チャネルストップ領域１２だけでは光電変換領域
８同士間を十分に分離することが困難となり、光電変換
領域８同士が電位的につながり易くなる。すなわち、図
１１に実線で示すように、光電変換領域８同士間におい
ては、ｎ--型半導体領域７の電位が深くなるため、フォ
トダイオード間の分離が弱くなる。その結果、各フォト
ダイオードで独立保持すべき信号電荷が混合してしまう
という問題があった。
【０００７】本発明は、フォトダイオード間での電荷混
合が抑制された固体撮像装置およびその製造方法を提供
することを目的とする。
合が抑制された固体撮像装置およびその製造方法を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、半導体基板において、複
数の光電変換領域が垂直方向および水平方向に配列さ
れ、水平方向に隣接する前記光電変換領域同士間に電荷
転送領域が配置されており、前記基板が、ｎ型半導体基
板と、前記ｎ型半導体基板上に形成された第１のｐ型不
純物領域と、前記第１のｐ型不純物領域上に形成された
半導体領域と、前記電荷転送領域下に配置された第２の
ｐ型不純物領域とを備え、前記光電変換領域および前記
電荷転送領域が前記半導体領域の表層部に形成されたｎ
型不純物領域である固体撮像装置であって、前記半導体
領域内部の、垂直方向に隣接する前記光電変換領域同士
間に位置する領域、および、水平方向に隣接する前記光
電変換領域同士間であって前記第２のｐ型不純物領域よ
りも下方に位置する領域の少なくとも一方に、第３のｐ
型不純物領域が形成されており、前記第３のｐ型不純物
領域の前記基板深さ方向におけるp型不純物濃度分布の
極大部が複数存在しており、この複数の極大部のうち、
表層部側に存在する極大部の不純物濃度が、深部側に存
在する極大部の不純物濃度よりも高く、更に、前記半導
体領域の表層部の、垂直方向に隣接する前記光電変換領
域同士間に、第４のｐ型不純物領域が形成されているこ
とを特徴とする。
め、本発明の固体撮像装置は、半導体基板において、複
数の光電変換領域が垂直方向および水平方向に配列さ
れ、水平方向に隣接する前記光電変換領域同士間に電荷
転送領域が配置されており、前記基板が、ｎ型半導体基
板と、前記ｎ型半導体基板上に形成された第１のｐ型不
純物領域と、前記第１のｐ型不純物領域上に形成された
半導体領域と、前記電荷転送領域下に配置された第２の
ｐ型不純物領域とを備え、前記光電変換領域および前記
電荷転送領域が前記半導体領域の表層部に形成されたｎ
型不純物領域である固体撮像装置であって、前記半導体
領域内部の、垂直方向に隣接する前記光電変換領域同士
間に位置する領域、および、水平方向に隣接する前記光
電変換領域同士間であって前記第２のｐ型不純物領域よ
りも下方に位置する領域の少なくとも一方に、第３のｐ
型不純物領域が形成されており、前記第３のｐ型不純物
領域の前記基板深さ方向におけるp型不純物濃度分布の
極大部が複数存在しており、この複数の極大部のうち、
表層部側に存在する極大部の不純物濃度が、深部側に存
在する極大部の不純物濃度よりも高く、更に、前記半導
体領域の表層部の、垂直方向に隣接する前記光電変換領
域同士間に、第４のｐ型不純物領域が形成されているこ
とを特徴とする。
【０００９】このような構成にしたことにより、縦型オ
ーバーフロードレイン方式のフォトダイオードを採用し
た固体撮像装置において、赤外波長までの感度を達成す
るために光電変換領域と第１のｐ型不純物領域（オーバ
ーフローバリア領域として機能する。）との距離を大き
くした場合であっても、フォトダイオード同士間の信号
電荷の混合を抑制することができる。
ーバーフロードレイン方式のフォトダイオードを採用し
た固体撮像装置において、赤外波長までの感度を達成す
るために光電変換領域と第１のｐ型不純物領域（オーバ
ーフローバリア領域として機能する。）との距離を大き
くした場合であっても、フォトダイオード同士間の信号
電荷の混合を抑制することができる。
【００１０】前記固体撮像装置においては、前記第３の
ｐ型不純物領域の前記基板深さ方向におけるp型不純物
濃度分布の極大部が複数存在している。そして、前記第
３のｐ型不純物領域の前記基板深さ方向におけるp型不
純物濃度分布に存在する複数の極大部のうち、表層部側
に存在する極大部の不純物濃度が、深部側に存在する極
大部の不純物濃度よりも高い。
ｐ型不純物領域の前記基板深さ方向におけるp型不純物
濃度分布の極大部が複数存在している。そして、前記第
３のｐ型不純物領域の前記基板深さ方向におけるp型不
純物濃度分布に存在する複数の極大部のうち、表層部側
に存在する極大部の不純物濃度が、深部側に存在する極
大部の不純物濃度よりも高い。
【００１１】そのため、光電変換領域に蓄積された電荷
を排出する際に基板に印加される電圧を、比較的小さく
することができるからである。
を排出する際に基板に印加される電圧を、比較的小さく
することができるからである。
【００１２】また、前記固体撮像装置においては、前記
半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する前記光電変
換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域が形成されてい
る。そのため、フォトダイオード同士間の信号電荷の混
合を更に抑制することができる。この場合、前記第３の
ｐ型不純物領域の不純物濃度が、前記第４のｐ型不純物
領域の不純物濃度よりも低いことが好ましい。
半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する前記光電変
換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域が形成されてい
る。そのため、フォトダイオード同士間の信号電荷の混
合を更に抑制することができる。この場合、前記第３の
ｐ型不純物領域の不純物濃度が、前記第４のｐ型不純物
領域の不純物濃度よりも低いことが好ましい。
【００１３】前記目的を達成するため、本発明の固体撮
像装置の製造方法は、半導体基板において、複数の光電
変換領域が垂直方向及び水平方向に配列され、水平方向
に隣接する前記光電変換領域同士間に電荷転送領域が配
置された固体撮像装置の製造方法であって、ｎ型半導体
基板上に第１のｐ型不純物領域および半導体領域をこの
順序で形成する工程と、前記半導体領域の表層部にｎ型
不純物領域である前記光電変換領域および前記電荷転送
領域を形成する工程と、前記電荷転送領域下に第２のp
型不純物領域を形成する工程と、前記半導体領域内部
の、垂直方向に隣接する前記光電変換領域同士間に位置
する領域、および、水平方向に隣接する前記光電変換領
域同士間であって前記第２のｐ型不純物領域よりも下方
に位置する領域の少なくとも一方に、第３のｐ型不純物
領域を形成する工程を有し、前記第３のｐ型不純物領域
を形成する工程が、加速電圧の異なる複数回のイオン注
入によって、前記半導体領域にｐ型不純物を注入する工
程であり、この複数回のイオン注入が、加速電圧の高い
イオン注入ほどドーズ量が小さくなるように実施され、
更に、前記半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する
前記光電変換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域を形
成する工程を含むことを特徴とする。
像装置の製造方法は、半導体基板において、複数の光電
変換領域が垂直方向及び水平方向に配列され、水平方向
に隣接する前記光電変換領域同士間に電荷転送領域が配
置された固体撮像装置の製造方法であって、ｎ型半導体
基板上に第１のｐ型不純物領域および半導体領域をこの
順序で形成する工程と、前記半導体領域の表層部にｎ型
不純物領域である前記光電変換領域および前記電荷転送
領域を形成する工程と、前記電荷転送領域下に第２のp
型不純物領域を形成する工程と、前記半導体領域内部
の、垂直方向に隣接する前記光電変換領域同士間に位置
する領域、および、水平方向に隣接する前記光電変換領
域同士間であって前記第２のｐ型不純物領域よりも下方
に位置する領域の少なくとも一方に、第３のｐ型不純物
領域を形成する工程を有し、前記第３のｐ型不純物領域
を形成する工程が、加速電圧の異なる複数回のイオン注
入によって、前記半導体領域にｐ型不純物を注入する工
程であり、この複数回のイオン注入が、加速電圧の高い
イオン注入ほどドーズ量が小さくなるように実施され、
更に、前記半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する
前記光電変換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域を形
成する工程を含むことを特徴とする。
【００１４】このような製造方法によれば、前述したよ
うな本発明の固体撮像装置を製造することができる。
うな本発明の固体撮像装置を製造することができる。
【００１５】前記製造方法においては、第３のｐ型不純
物領域を形成する工程が、加速電圧の異なる複数回のイ
オン注入によって、前記半導体領域にｐ型不純物を注入
する工程である。
物領域を形成する工程が、加速電圧の異なる複数回のイ
オン注入によって、前記半導体領域にｐ型不純物を注入
する工程である。
【００１６】このとき、各イオン注入の加速電圧は、例
えば、１〜４ＭｅＶの範囲とすることができる。
えば、１〜４ＭｅＶの範囲とすることができる。
【００１７】また、このとき、複数回のイオン注入が、
加速電圧の高いイオン注入ほどドーズ量が小さくなるよ
うに実施される。
加速電圧の高いイオン注入ほどドーズ量が小さくなるよ
うに実施される。
【００１８】このような製造方法によれば、フォトダイ
オード間を分離するためのｐ型不純物領域を、熱処理を
施すことなく、半導体領域深部に形成することが可能で
ある。そのため、ｐ型不純物領域を確実に半導体領域の
深部まで形成しながら、尚且つ、熱処理による不純物の
横方向への拡散を防止し、フォトダイオード間を微細化
することが可能となる。
オード間を分離するためのｐ型不純物領域を、熱処理を
施すことなく、半導体領域深部に形成することが可能で
ある。そのため、ｐ型不純物領域を確実に半導体領域の
深部まで形成しながら、尚且つ、熱処理による不純物の
横方向への拡散を防止し、フォトダイオード間を微細化
することが可能となる。
【００１９】また、前記製造方法においては、更に、前
記半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する前記光電
変換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域を形成する工
程を含む。
記半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する前記光電
変換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域を形成する工
程を含む。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について説明する。
明の実施の形態について説明する。
【００２１】（参考例）
図１は、本発明の固体撮像装置の一例を示す概略平面図
である。図１に示すように、半導体基板平面において、
複数のフォトダイオード１が二方向に配列されており
（以下、フォトダイオードの配列方向の一方を「垂直方
向」とし、他方を「水平方向」とする。）、垂直方向に
配列したフォトダイオードの各列に隣接するように垂直
ＣＣＤ２が配置されることにより、画素領域が形成され
ている。垂直ＣＣＤ２は、フォトダイオード１で発生し
た信号電荷を垂直方向に転送するものである。更に、画
素領域の周辺には、水平ＣＣＤ４および出力アンプ３が
配置されている。水平ＣＣＤ４は、垂直ＣＣＤ２から転
送された信号電荷を水平方向へ転送するためのものであ
り、出力アンプ３は、水平ＣＣＤ４から転送された信号
電荷を電圧に変換するものである。
である。図１に示すように、半導体基板平面において、
複数のフォトダイオード１が二方向に配列されており
（以下、フォトダイオードの配列方向の一方を「垂直方
向」とし、他方を「水平方向」とする。）、垂直方向に
配列したフォトダイオードの各列に隣接するように垂直
ＣＣＤ２が配置されることにより、画素領域が形成され
ている。垂直ＣＣＤ２は、フォトダイオード１で発生し
た信号電荷を垂直方向に転送するものである。更に、画
素領域の周辺には、水平ＣＣＤ４および出力アンプ３が
配置されている。水平ＣＣＤ４は、垂直ＣＣＤ２から転
送された信号電荷を水平方向へ転送するためのものであ
り、出力アンプ３は、水平ＣＣＤ４から転送された信号
電荷を電圧に変換するものである。
【００２２】なお、図１中の符号１３は第２のチャネル
ストップ領域を示すが、この第２のチャネルストップ領
域については後に詳説する。
ストップ領域を示すが、この第２のチャネルストップ領
域については後に詳説する。
【００２３】図２および図３は、固体撮像装置の参考例
を示す断面図であり、それぞれ、図１のａ−ａ’断面図
およびｂ−ｂ’断面図に相当する。
を示す断面図であり、それぞれ、図１のａ−ａ’断面図
およびｂ−ｂ’断面図に相当する。
【００２４】ｎ型半導体基板５上にｐ型不純物領域であ
るオーバーフローバリア領域６が形成されており、この
オーバーフローバリア領域６上にｎ--型半導体領域７が
形成されている。このｎ--型半導体領域７の表層部に、
フォトダイオードおよび垂直ＣＣＤが形成されている。
るオーバーフローバリア領域６が形成されており、この
オーバーフローバリア領域６上にｎ--型半導体領域７が
形成されている。このｎ--型半導体領域７の表層部に、
フォトダイオードおよび垂直ＣＣＤが形成されている。
【００２５】垂直ＣＣＤは、ｎ--型半導体領域７の表層
部に形成されたｎ+型不純物領域である電荷転送領域１
４と、電荷転送領域１４の直下に形成されたｐ型不純物
領域であるウェル領域１５と、電荷転送領域１４上に絶
縁膜１６を介して形成された転送ゲート電極１０とを備
えている。この転送ゲート電極は、例えば、１つのフォ
トダイオードに対して少なくとも２個づつ配置されてお
り、水平方向に隣接する画素において、転送ゲート電極
同士は互いに接続されている。この転送ゲート電極同士
間を接続するための配線は、垂直方向に隣接するフォト
ダイオード同士間に形成されている。また、転送ゲート
電極１０上には絶縁膜を介して遮光膜１１が形成されて
いる。
部に形成されたｎ+型不純物領域である電荷転送領域１
４と、電荷転送領域１４の直下に形成されたｐ型不純物
領域であるウェル領域１５と、電荷転送領域１４上に絶
縁膜１６を介して形成された転送ゲート電極１０とを備
えている。この転送ゲート電極は、例えば、１つのフォ
トダイオードに対して少なくとも２個づつ配置されてお
り、水平方向に隣接する画素において、転送ゲート電極
同士は互いに接続されている。この転送ゲート電極同士
間を接続するための配線は、垂直方向に隣接するフォト
ダイオード同士間に形成されている。また、転送ゲート
電極１０上には絶縁膜を介して遮光膜１１が形成されて
いる。
【００２６】フォトダイオードは、ｎ--型半導体領域７
の表層部に形成されたｎ+型不純物領域である光電変換
領域８と、更にその表層部に形成されたｐ++型不純物領
域である正孔蓄積領域９とを備えている。
の表層部に形成されたｎ+型不純物領域である光電変換
領域８と、更にその表層部に形成されたｐ++型不純物領
域である正孔蓄積領域９とを備えている。
【００２７】前述したように、ｎ--型半導体領域７下に
はｐ型不純物領域であるオーバーフローバリア領域６が
形成されているが、このオーバーフローバリア領域６と
光電変換領域との間の距離は、赤外線を十分に吸収し得
る距離に設定されており、例えば４〜８μｍ、好ましく
は５〜６μｍに設定されている。
はｐ型不純物領域であるオーバーフローバリア領域６が
形成されているが、このオーバーフローバリア領域６と
光電変換領域との間の距離は、赤外線を十分に吸収し得
る距離に設定されており、例えば４〜８μｍ、好ましく
は５〜６μｍに設定されている。
【００２８】ｎ--型半導体領域７の表層部には、フォト
ダイオード同士間に、ｐ+型不純物領域である第１のチ
ャネルストップ領域１２が形成されている。この第１の
チャネルストップ領域１２は、垂直方向に隣接するフォ
トダイオード同士間に形成される。
ダイオード同士間に、ｐ+型不純物領域である第１のチ
ャネルストップ領域１２が形成されている。この第１の
チャネルストップ領域１２は、垂直方向に隣接するフォ
トダイオード同士間に形成される。
【００２９】更に、この参考例に係る固体撮像装置にお
いては、ｎ--型半導体領域７の深部の、フォトダイオー
ド同士間の間隙に対応する領域に、ｐ型不純物領域であ
る第２のチャネルストップ領域１３が形成されている。
第２のチャネルストップ領域１３は、図１に示すよう
に、垂直方向に隣接するフォトダイオード同士間の間隙
に対応する領域、および、水平方向に隣接するフォトダ
イオード同士間の間隙に対応する領域に形成される。な
お、この第２のチャネルストップ領域１３は、水平方向
に隣接するフォトダイオード同士間においては、ｐ型ウ
ェル１５よりも下方に形成される。第２のチャネルスト
ップ領域１３の形状は、特に限定するものではないが、
例えば、図１に示すように、格子状とすることができ
る。
いては、ｎ--型半導体領域７の深部の、フォトダイオー
ド同士間の間隙に対応する領域に、ｐ型不純物領域であ
る第２のチャネルストップ領域１３が形成されている。
第２のチャネルストップ領域１３は、図１に示すよう
に、垂直方向に隣接するフォトダイオード同士間の間隙
に対応する領域、および、水平方向に隣接するフォトダ
イオード同士間の間隙に対応する領域に形成される。な
お、この第２のチャネルストップ領域１３は、水平方向
に隣接するフォトダイオード同士間においては、ｐ型ウ
ェル１５よりも下方に形成される。第２のチャネルスト
ップ領域１３の形状は、特に限定するものではないが、
例えば、図１に示すように、格子状とすることができ
る。
【００３０】また、図１および図３に示すように、第２
のチャネルストップ領域１３は、電荷転送領域１４と光
電変換領域８との離間距離（Ｄ１）よりも、第２のチャ
ネルストップ領域１３と光電変換領域８との離間距離
（Ｄ２）の方が大きくなるように形成されることが好ま
しい。光電変換領域から電荷転送領域への信号電荷の読
み出しを効率良く行うことができるからである。
のチャネルストップ領域１３は、電荷転送領域１４と光
電変換領域８との離間距離（Ｄ１）よりも、第２のチャ
ネルストップ領域１３と光電変換領域８との離間距離
（Ｄ２）の方が大きくなるように形成されることが好ま
しい。光電変換領域から電荷転送領域への信号電荷の読
み出しを効率良く行うことができるからである。
【００３１】前記Ｄ１と前記Ｄ２との差は、例えば０．
３μｍ以上、好ましくは０．３〜０．５μｍである。な
お、前記Ｄ１およびＤ２は、光電変換領域８の端部か
ら、この光電変換領域に蓄積された信号電荷が読み出さ
れる電荷転送領域１４の端部までの距離、および、この
電荷転送領域１４の下方に形成された第２のチャネルス
トップ領域１３の端部までの距離である。
３μｍ以上、好ましくは０．３〜０．５μｍである。な
お、前記Ｄ１およびＤ２は、光電変換領域８の端部か
ら、この光電変換領域に蓄積された信号電荷が読み出さ
れる電荷転送領域１４の端部までの距離、および、この
電荷転送領域１４の下方に形成された第２のチャネルス
トップ領域１３の端部までの距離である。
【００３２】また、第２のチャネルストップ領域１３
は、水平方向に隣接する光電変換領域同士間に形成され
た部分がp型ウェル１５の下部に収まり、垂直方向に隣
接する光電変換領域同士間に形成された部分が第１のチ
ャネルストップ領域１２の下部に収まることが好まし
い。
は、水平方向に隣接する光電変換領域同士間に形成され
た部分がp型ウェル１５の下部に収まり、垂直方向に隣
接する光電変換領域同士間に形成された部分が第１のチ
ャネルストップ領域１２の下部に収まることが好まし
い。
【００３３】次に、上記固体撮像装置の基板内に形成さ
れる各領域の不純物濃度について説明する。図４（Ａ）
および（Ｂ）は、それぞれ、図２のｃ−ｃ’面およびｄ
−ｄ’面における不純物濃度分布を示す図である。
れる各領域の不純物濃度について説明する。図４（Ａ）
および（Ｂ）は、それぞれ、図２のｃ−ｃ’面およびｄ
−ｄ’面における不純物濃度分布を示す図である。
【００３４】ｎ--型半導体領域７の不純物濃度は、例え
ば１．０×１０14〜２．０×１０14ｃｍ-3、好ましくは
１．０×１０14〜１．２×１０14ｃｍ-3である。また、
その厚さは、赤外線が十分に吸収され得る厚さであり、
例えば４〜８μｍ、好ましくは５〜６μｍである。
ば１．０×１０14〜２．０×１０14ｃｍ-3、好ましくは
１．０×１０14〜１．２×１０14ｃｍ-3である。また、
その厚さは、赤外線が十分に吸収され得る厚さであり、
例えば４〜８μｍ、好ましくは５〜６μｍである。
【００３５】正孔蓄積領域９の不純物濃度は、例えば
１．０×１０17〜１．０×１０18ｃｍ-3、好ましくは
４．０×１０17〜６．０×１０17ｃｍ-3であり、拡散深
さは、例えば０．５〜１．０μｍ、好ましくは０．６〜
０．７μｍである。また、光電変換領域８の不純物濃度
は、例えば１．０×１０16〜１．０×１０17ｃｍ-3、好
ましくは２．０×１０16〜４．０×１０16ｃｍ-3であ
り、拡散深さは、例えば１．０〜１．５μｍ、好ましく
は１．２〜１．３μｍである。
１．０×１０17〜１．０×１０18ｃｍ-3、好ましくは
４．０×１０17〜６．０×１０17ｃｍ-3であり、拡散深
さは、例えば０．５〜１．０μｍ、好ましくは０．６〜
０．７μｍである。また、光電変換領域８の不純物濃度
は、例えば１．０×１０16〜１．０×１０17ｃｍ-3、好
ましくは２．０×１０16〜４．０×１０16ｃｍ-3であ
り、拡散深さは、例えば１．０〜１．５μｍ、好ましく
は１．２〜１．３μｍである。
【００３６】第１のチャネルストップ領域１２の不純物
濃度は、例えば１．０×１０17〜５．０×１０17ｃ
ｍ-3、好ましくは２．０×１０17〜３．０×１０17ｃｍ
-3であり、拡散深さは、例えば１．０〜２．０μｍ、好
ましくは１．３〜１．５μｍである。
濃度は、例えば１．０×１０17〜５．０×１０17ｃ
ｍ-3、好ましくは２．０×１０17〜３．０×１０17ｃｍ
-3であり、拡散深さは、例えば１．０〜２．０μｍ、好
ましくは１．３〜１．５μｍである。
【００３７】第２のチャネルストップ領域１３は、図４
（Ａ）に示すように、深さ方向のp型不純物濃度分布に
おいて、p型不純物濃度の極大部が、中央部よりも表層
部側に存在していることが好ましい。第２のチャネルス
トップ領域１３の不純物濃度は、例えば１．０×１０15
〜１．０×１０16ｃｍ-3、好ましくは２．０×１０15〜
３．０×１０15ｃｍ-3である。また、第２のチャネルス
トップ領域１３の拡散深さは、例えば２．０〜３．０μ
ｍ、好ましくは２．４〜２．６μｍである。
（Ａ）に示すように、深さ方向のp型不純物濃度分布に
おいて、p型不純物濃度の極大部が、中央部よりも表層
部側に存在していることが好ましい。第２のチャネルス
トップ領域１３の不純物濃度は、例えば１．０×１０15
〜１．０×１０16ｃｍ-3、好ましくは２．０×１０15〜
３．０×１０15ｃｍ-3である。また、第２のチャネルス
トップ領域１３の拡散深さは、例えば２．０〜３．０μ
ｍ、好ましくは２．４〜２．６μｍである。
【００３８】オーバーフローバリア領域６の不純物濃度
は、例えば１．０×１０15〜１．０×１０16ｃｍ-3、好
ましくは１．５×１０15〜２．５×１０15ｃｍ-3であ
り、拡散深さは、例えば５．０〜１０．０μｍ、好まし
くは６．０〜８．０μｍである。
は、例えば１．０×１０15〜１．０×１０16ｃｍ-3、好
ましくは１．５×１０15〜２．５×１０15ｃｍ-3であ
り、拡散深さは、例えば５．０〜１０．０μｍ、好まし
くは６．０〜８．０μｍである。
【００３９】なお、「拡散深さ」とは、不純物濃度が極
大となる部分の深さを意味する。
大となる部分の深さを意味する。
【００４０】次に、図５は、それぞれ、図２のｃ−ｃ’
面 およびｄ−ｄ’面における電位分布を示す図であ
る。
面 およびｄ−ｄ’面における電位分布を示す図であ
る。
【００４１】フォトダイオード同士間の領域（すなわ
ち、ｃ−ｃ’面）においては、第１のチャネルストップ
領域１２とオーバーフローバリア領域６との間に第２の
チャネルストップ領域１３が存在する。そのため、図５
に実線で示すように、第１のチャネルストップ領域１２
表面からオーバーフローバリア領域６にかけて、電位が
ほぼ一様に浅くなる。このように、フォトダイオード同
士間での電荷移動を抑制する電位障壁が基板の深くまで
形成されるため、フォトダイオード間での電荷混合を抑
制することができる。
ち、ｃ−ｃ’面）においては、第１のチャネルストップ
領域１２とオーバーフローバリア領域６との間に第２の
チャネルストップ領域１３が存在する。そのため、図５
に実線で示すように、第１のチャネルストップ領域１２
表面からオーバーフローバリア領域６にかけて、電位が
ほぼ一様に浅くなる。このように、フォトダイオード同
士間での電荷移動を抑制する電位障壁が基板の深くまで
形成されるため、フォトダイオード間での電荷混合を抑
制することができる。
【００４２】なお、上記の説明は、垂直方向に隣接する
フォトダイオード同士間について述べているが、水平方
向に隣接するフォトダイオード同士間においても同様の
効果が得られる。すなわち、水平方向に隣接するフォト
ダイオード同士間においては、電荷転送領域１４とオー
バーフローバリア領域６との間に第２のチャネルストッ
プ領域１３が存在するため、フォトダイオード同士間で
の電荷移動を抑制する電位障壁が基板の深くまで形成さ
れ、フォトダイオード間での電荷混合を抑制することが
できる。
フォトダイオード同士間について述べているが、水平方
向に隣接するフォトダイオード同士間においても同様の
効果が得られる。すなわち、水平方向に隣接するフォト
ダイオード同士間においては、電荷転送領域１４とオー
バーフローバリア領域６との間に第２のチャネルストッ
プ領域１３が存在するため、フォトダイオード同士間で
の電荷移動を抑制する電位障壁が基板の深くまで形成さ
れ、フォトダイオード間での電荷混合を抑制することが
できる。
【００４３】また、フォトダイオードが形成された領域
（すなわち、ｄ−ｄ’面）においては、図５に破線で示
すように、オーバーフローバリア領域６で電位が浅くな
っており、ここに電位障壁が形成される。そのため、光
電変換領域８に電位井戸が形成され、ここに電荷を蓄積
することができる。光電変換領域８に蓄積し得る電荷量
は、ｎ型半導体基板５に印加されるバイアス電圧によっ
て設定される。また、ｎ型半導体基板５にバイアス電圧
よりも高い正電圧を印加することにより、オーバーフロ
ーバリア領域６の電位を高くして電位障壁を消失させ、
光電変換領域８に蓄積された電荷を基板に排出すること
が可能となる。
（すなわち、ｄ−ｄ’面）においては、図５に破線で示
すように、オーバーフローバリア領域６で電位が浅くな
っており、ここに電位障壁が形成される。そのため、光
電変換領域８に電位井戸が形成され、ここに電荷を蓄積
することができる。光電変換領域８に蓄積し得る電荷量
は、ｎ型半導体基板５に印加されるバイアス電圧によっ
て設定される。また、ｎ型半導体基板５にバイアス電圧
よりも高い正電圧を印加することにより、オーバーフロ
ーバリア領域６の電位を高くして電位障壁を消失させ、
光電変換領域８に蓄積された電荷を基板に排出すること
が可能となる。
【００４４】なお、上記説明においては、第２のチャネ
ルストップ領域が、垂直方向に隣接するフォトダイオー
ド同士間および水平方向に隣接するフォトダイオード同
士間の両方に形成された形態を例示したが、本発明にお
いては、第２のチャネルストップ領域は、垂直方向に隣
接するフォトダイオード同士間および水平方向に隣接す
るフォトダイオード同士間の少なくとも一方に形成され
ていればよい。
ルストップ領域が、垂直方向に隣接するフォトダイオー
ド同士間および水平方向に隣接するフォトダイオード同
士間の両方に形成された形態を例示したが、本発明にお
いては、第２のチャネルストップ領域は、垂直方向に隣
接するフォトダイオード同士間および水平方向に隣接す
るフォトダイオード同士間の少なくとも一方に形成され
ていればよい。
【００４５】次に、上記固体撮像装置の製造方法の一例
について説明する。
について説明する。
【００４６】まず、ｎ型シリコン基板上に、エピタキシ
ャル成長により、ｎ--型エピタキシャル層を形成する。
このエピタキシャル層の一部がｎ--型半導体領域とな
る。なお、エピタキシャル層の層厚は、例えば８〜１０
μｍとすることができる。
ャル成長により、ｎ--型エピタキシャル層を形成する。
このエピタキシャル層の一部がｎ--型半導体領域とな
る。なお、エピタキシャル層の層厚は、例えば８〜１０
μｍとすることができる。
【００４７】続いて、ｐ型不純物をイオン注入した後、
熱処理を施すことによって、注入された不純物を拡散さ
せる。これにより、エピタキシャル層の深部に、オーバ
ーフローバリア領域を形成する。このイオン注入は、例
えば、加速電圧２〜４ＭｅＶ、ドーズ量１．０×１０11
〜３．０×１０11ｃｍ-2とすることができる。また、熱
処理温度は、例えば９００〜１１００℃であり、熱処理
時間は、例えば３〜５時間である。
熱処理を施すことによって、注入された不純物を拡散さ
せる。これにより、エピタキシャル層の深部に、オーバ
ーフローバリア領域を形成する。このイオン注入は、例
えば、加速電圧２〜４ＭｅＶ、ドーズ量１．０×１０11
〜３．０×１０11ｃｍ-2とすることができる。また、熱
処理温度は、例えば９００〜１１００℃であり、熱処理
時間は、例えば３〜５時間である。
【００４８】次に、レジストによりマスクを形成し、ｐ
型不純物をイオン注入した後、熱処理を施すことによ
り、注入された不純物を拡散させる。これにより、エピ
タキシャル層の深部に、第２のチャネルストップ領域を
形成する。このイオン注入における加速電圧は、例えば
１〜２ＭｅＶ、好ましくは１．２〜１．５ＭｅＶとする
ことができる。また、ドーズ量は、例えば１．０×１０
11〜３．０×１０11ｃｍ-2、好ましくは１．０×１０11
〜１．５×１０11ｃｍ-2である。イオン注入後に実施さ
れる熱処理は、処理温度を、例えば９００〜１１００
℃、好ましくは１０００〜１１００℃とし、処理時間
を、例えば３〜５時間、好ましくは４．０〜４．５時間
として実施することができる。
型不純物をイオン注入した後、熱処理を施すことによ
り、注入された不純物を拡散させる。これにより、エピ
タキシャル層の深部に、第２のチャネルストップ領域を
形成する。このイオン注入における加速電圧は、例えば
１〜２ＭｅＶ、好ましくは１．２〜１．５ＭｅＶとする
ことができる。また、ドーズ量は、例えば１．０×１０
11〜３．０×１０11ｃｍ-2、好ましくは１．０×１０11
〜１．５×１０11ｃｍ-2である。イオン注入後に実施さ
れる熱処理は、処理温度を、例えば９００〜１１００
℃、好ましくは１０００〜１１００℃とし、処理時間
を、例えば３〜５時間、好ましくは４．０〜４．５時間
として実施することができる。
【００４９】エピタキシャル層の表層部に、電荷転送領
域およびウェル領域を、それぞれ、イオン注入により形
成する。続いて、エピタキシャル層の表層部に、光電変
換領域および第１のチャネルストップ領域を、それぞ
れ、イオン注入により形成する。続いて、半導体基板上
にゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜上に、電荷
転送領域上を被覆するように転送ゲート電極を形成す
る。その後、この転送ゲート電極をマスクとしてイオン
注入を実施し、正孔蓄積領域を形成する。
域およびウェル領域を、それぞれ、イオン注入により形
成する。続いて、エピタキシャル層の表層部に、光電変
換領域および第１のチャネルストップ領域を、それぞ
れ、イオン注入により形成する。続いて、半導体基板上
にゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜上に、電荷
転送領域上を被覆するように転送ゲート電極を形成す
る。その後、この転送ゲート電極をマスクとしてイオン
注入を実施し、正孔蓄積領域を形成する。
【００５０】層間絶縁膜を形成した後、この層間絶縁膜
上に、転送ゲート電極を被覆するように遮光膜を形成す
る。更に、必要に応じて表面保護膜などを形成した後、
カラーフィルタおよびマイクロレンズを形成することに
より、固体撮像装置が得られる。
上に、転送ゲート電極を被覆するように遮光膜を形成す
る。更に、必要に応じて表面保護膜などを形成した後、
カラーフィルタおよびマイクロレンズを形成することに
より、固体撮像装置が得られる。
【００５１】本参考例に係る固体撮像装置には、前述し
たように、フォトダイオード同士間の領域において、エ
ピタキシャル層の深部に第２のチャネルストップ領域が
存在する。上記製造方法においては、この第２のチャネ
ルストップ領域を、ｐ型不純物イオンを注入した後、熱
処理により拡散させることによって形成する。この方法
によれば、熱処理を施すことによって十分な拡散深さが
確保できるため、１回のイオン注入で第２のチャネルス
トップ領域を形成することができる。
たように、フォトダイオード同士間の領域において、エ
ピタキシャル層の深部に第２のチャネルストップ領域が
存在する。上記製造方法においては、この第２のチャネ
ルストップ領域を、ｐ型不純物イオンを注入した後、熱
処理により拡散させることによって形成する。この方法
によれば、熱処理を施すことによって十分な拡散深さが
確保できるため、１回のイオン注入で第２のチャネルス
トップ領域を形成することができる。
【００５２】また、本来ならば、所望の拡散深さを得る
ためには超高エネルギー（例えば、加速電圧２〜４Ｍｅ
Ｖ）のイオン注入が必要となるが、上記製造方法によれ
ば、熱処理を施すことによって、比較的低い加速電圧
（例えば、１〜２ＭｅＶ）のイオン注入で第２のチャネ
ルストップ領域を形成することができる。そのため、こ
のイオン注入のために形成されるレジストの膜厚を比較
的薄くする（例えば、５μｍ程度とする）ことが可能と
なる。レジストが厚くなればこれをパターニングする技
術も困難となるため、レジストを比較的薄くすることが
できるということは、画素の微細化を可能とする。
ためには超高エネルギー（例えば、加速電圧２〜４Ｍｅ
Ｖ）のイオン注入が必要となるが、上記製造方法によれ
ば、熱処理を施すことによって、比較的低い加速電圧
（例えば、１〜２ＭｅＶ）のイオン注入で第２のチャネ
ルストップ領域を形成することができる。そのため、こ
のイオン注入のために形成されるレジストの膜厚を比較
的薄くする（例えば、５μｍ程度とする）ことが可能と
なる。レジストが厚くなればこれをパターニングする技
術も困難となるため、レジストを比較的薄くすることが
できるということは、画素の微細化を可能とする。
【００５３】なお、上記説明においては、オーバーフロ
ーバリア領域６と第２のチャネルストップ領域１３の熱
処理を別工程で行う場合を例示したが、これらの熱処理
を同時に行うことも可能である。同時に熱処理すること
により、各領域の拡散長を制御することが容易となる。
ーバリア領域６と第２のチャネルストップ領域１３の熱
処理を別工程で行う場合を例示したが、これらの熱処理
を同時に行うことも可能である。同時に熱処理すること
により、各領域の拡散長を制御することが容易となる。
【００５４】（実施形態）上記参考例
においては、第２のチャネルストップ領域の
深さ方向に関するｐ型不純物濃度分布に１つの極大部が
存在する例を挙げた。本発明の固体撮像装置において
は、第２のチャネルストップ領域の深さ方向に関するｐ
型不純物濃度分布に、複数の極大部が存在している。こ
のような本発明の実施形態について、以下に説明する。
深さ方向に関するｐ型不純物濃度分布に１つの極大部が
存在する例を挙げた。本発明の固体撮像装置において
は、第２のチャネルストップ領域の深さ方向に関するｐ
型不純物濃度分布に、複数の極大部が存在している。こ
のような本発明の実施形態について、以下に説明する。
【００５５】なお、本実施形態に係る固体撮像装置は、
第２のチャネルストップ領域のｐ型不純物濃度分布に複
数の極大部が存在すること以外は、上記参考例と実質的
に同様の構成を有するものである。
第２のチャネルストップ領域のｐ型不純物濃度分布に複
数の極大部が存在すること以外は、上記参考例と実質的
に同様の構成を有するものである。
【００５６】すなわち、本実施形態にかかる固体撮像装
置においても、図１に示すように、複数のフォトダイオ
ード１が行列状に配置されており、その各列に隣接する
ように垂直ＣＣＤ２が配置されることにより画素領域が
形成され、更に、画素領域の周辺には水平ＣＣＤ４およ
び出力アンプ３が配置されている。
置においても、図１に示すように、複数のフォトダイオ
ード１が行列状に配置されており、その各列に隣接する
ように垂直ＣＣＤ２が配置されることにより画素領域が
形成され、更に、画素領域の周辺には水平ＣＣＤ４およ
び出力アンプ３が配置されている。
【００５７】図６は、本実施形態の固体撮像装置の一例
を示す断面図であり、図１のａ−ａ’断面図に相当す
る。
を示す断面図であり、図１のａ−ａ’断面図に相当す
る。
【００５８】ｎ型半導体基板５上にｐ型不純物領域であ
るオーバーフローバリア領域６が形成されており、この
オーバーフローバリア領域６上にｎ--型半導体領域７が
形成されている。このｎ--型半導体領域７の表層部に、
フォトダイオードおよび垂直ＣＣＤが形成されている。
なお、フォトダイオードおよび垂直ＣＣＤの構造につい
ては、上記参考例と同様である。
るオーバーフローバリア領域６が形成されており、この
オーバーフローバリア領域６上にｎ--型半導体領域７が
形成されている。このｎ--型半導体領域７の表層部に、
フォトダイオードおよび垂直ＣＣＤが形成されている。
なお、フォトダイオードおよび垂直ＣＣＤの構造につい
ては、上記参考例と同様である。
【００５９】更に、ｎ--型半導体領域７の表層部には、
垂直方向に隣接するフォトダイオード同士間に、ｐ+型
不純物領域である第１のチャネルストップ領域１２が形
成されている。
垂直方向に隣接するフォトダイオード同士間に、ｐ+型
不純物領域である第１のチャネルストップ領域１２が形
成されている。
【００６０】更に、ｎ--型半導体領域７の深部の、フォ
トダイオード同士間の間隙に対応する領域に、ｐ型不純
物領域である第２のチャネルストップ領域１３が形成さ
れている。第２のチャネルストップ領域１３は、上記参
考例と同様に、垂直方向に隣接するフォトダイオード同
士間の間隙に対応する領域および水平方向に隣接するフ
ォトダイオード同士間の間隙に対応する領域の少なくと
も一方、好ましくはその両方に形成される。また、上記
参考例と同様に、第２のチャネルストップ領域１３は、
電荷転送領域１４と光電変換領域８との離間距離より
も、第２のチャネルストップ領域１３と光電変換領域８
との離間距離の方が大きくなるように形成されることが
好ましい。
トダイオード同士間の間隙に対応する領域に、ｐ型不純
物領域である第２のチャネルストップ領域１３が形成さ
れている。第２のチャネルストップ領域１３は、上記参
考例と同様に、垂直方向に隣接するフォトダイオード同
士間の間隙に対応する領域および水平方向に隣接するフ
ォトダイオード同士間の間隙に対応する領域の少なくと
も一方、好ましくはその両方に形成される。また、上記
参考例と同様に、第２のチャネルストップ領域１３は、
電荷転送領域１４と光電変換領域８との離間距離より
も、第２のチャネルストップ領域１３と光電変換領域８
との離間距離の方が大きくなるように形成されることが
好ましい。
【００６１】本実施形態においては、第２のチャネルス
トップ領域１３は、深さ方向に積層された複数のｐ型不
純物領域で構成される。例えば、図６においては、第２
のチャネルストップ領域１３は、第１層１３ａ、第２層
１３ｂおよび第３層１３ｃの３層で構成されている。第
２のチャネルストップ領域１３を構成する層数は、特に
限定するものではないが、例えば２〜５層である。
トップ領域１３は、深さ方向に積層された複数のｐ型不
純物領域で構成される。例えば、図６においては、第２
のチャネルストップ領域１３は、第１層１３ａ、第２層
１３ｂおよび第３層１３ｃの３層で構成されている。第
２のチャネルストップ領域１３を構成する層数は、特に
限定するものではないが、例えば２〜５層である。
【００６２】次に、本実施形態に係る固体撮像装置の基
板内に形成される各領域の不純物濃度について説明す
る。図７（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図６のｃ−
ｃ’面およびｄ−ｄ’面における不純物濃度分布を示す
図である。
板内に形成される各領域の不純物濃度について説明す
る。図７（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図６のｃ−
ｃ’面およびｄ−ｄ’面における不純物濃度分布を示す
図である。
【００６３】図７（Ａ）に示すように、本実施形態にお
いては、第２のチャネルストップ領域１３の深さ方向に
おけるｐ型不純物濃度分布に、複数の極大部が存在して
いる。極大部の数については、特に限定するものではな
いが、例えば２〜５個である。
いては、第２のチャネルストップ領域１３の深さ方向に
おけるｐ型不純物濃度分布に、複数の極大部が存在して
いる。極大部の数については、特に限定するものではな
いが、例えば２〜５個である。
【００６４】第２のチャネルストップ領域１３の各極大
部における不純物濃度は、表層部側に存在する極大部ほ
ど高いことが好ましい。最も表層部側に存在する極大部
における不純物濃度は、例えば５．０×１０15〜１．０
×１０16ｃｍ-3、好ましくは６．０×１０15〜８．０×
１０15ｃｍ-3であり、最も基板深部側に存在する極大部
における不純物濃度は、例えば１．０×１０15〜５．０
×１０15ｃｍ-3、好ましくは１．５×１０15〜２．５×
１０15ｃｍ-3である。
部における不純物濃度は、表層部側に存在する極大部ほ
ど高いことが好ましい。最も表層部側に存在する極大部
における不純物濃度は、例えば５．０×１０15〜１．０
×１０16ｃｍ-3、好ましくは６．０×１０15〜８．０×
１０15ｃｍ-3であり、最も基板深部側に存在する極大部
における不純物濃度は、例えば１．０×１０15〜５．０
×１０15ｃｍ-3、好ましくは１．５×１０15〜２．５×
１０15ｃｍ-3である。
【００６５】また、第２のチャネルストップ領域１３の
拡散深さについては、最も表層部側に存在する極大部の
深さを、例えば１．０〜２．０μｍ、好ましくは１．３
〜１．５μｍとし、最も基板深部側に存在する極大部の
深さを、例えば３．０〜４．０μｍ、好ましくは３．５
〜３．８μｍとすることができる。
拡散深さについては、最も表層部側に存在する極大部の
深さを、例えば１．０〜２．０μｍ、好ましくは１．３
〜１．５μｍとし、最も基板深部側に存在する極大部の
深さを、例えば３．０〜４．０μｍ、好ましくは３．５
〜３．８μｍとすることができる。
【００６６】なお、第２のチャネルストップ領域以外の
各領域における不純物濃度および拡散深さについては、
第１の実施形態と同様である。
各領域における不純物濃度および拡散深さについては、
第１の実施形態と同様である。
【００６７】図８は、図６のｃ−ｃ’面 およびｄ−
ｄ’面における電位分布を示す図である。
ｄ’面における電位分布を示す図である。
【００６８】図８に実線で示すように、本実施形態によ
っても、上記参考例と同様に、フォトダイオード同士間
の領域（すなわち、ｃ−ｃ’面）において、第１のチャ
ネルストップ領域からオーバーフローバリア領域にかけ
て電位がほぼ一様に浅くなる。このように、フォトダイ
オード同士間での電荷移動を抑制する電位障壁が基板の
深くまで形成されるため、フォトダイオード間での電荷
混合を抑制することができる。なお、上記説明は、垂直
方向に隣接するフォトダイオード同士間について述べて
いるが、水平方向に隣接するフォトダイオード同士間に
おいても同様の効果が得られる。
っても、上記参考例と同様に、フォトダイオード同士間
の領域（すなわち、ｃ−ｃ’面）において、第１のチャ
ネルストップ領域からオーバーフローバリア領域にかけ
て電位がほぼ一様に浅くなる。このように、フォトダイ
オード同士間での電荷移動を抑制する電位障壁が基板の
深くまで形成されるため、フォトダイオード間での電荷
混合を抑制することができる。なお、上記説明は、垂直
方向に隣接するフォトダイオード同士間について述べて
いるが、水平方向に隣接するフォトダイオード同士間に
おいても同様の効果が得られる。
【００６９】なお、フォトダイオードが形成された領域
（すなわち、ｄ−ｄ’面）の電位分布については、上記
参考例と同様である。
（すなわち、ｄ−ｄ’面）の電位分布については、上記
参考例と同様である。
【００７０】次に、上記固体撮像装置の製造方法の一例
について説明する。
について説明する。
【００７１】まず、ｎ型シリコン基板上にｎ--型エピタ
キシャル層を形成する。続いて、ｐ型不純物をイオン注
入した後、熱処理を施すことによって、エピタキシャル
層の深部にオーバーフローバリア層を形成する。以上の
工程は、上記参考例と同様にして実施することができ
る。
キシャル層を形成する。続いて、ｐ型不純物をイオン注
入した後、熱処理を施すことによって、エピタキシャル
層の深部にオーバーフローバリア層を形成する。以上の
工程は、上記参考例と同様にして実施することができ
る。
【００７２】続いて、レジストによりマスクを形成し、
ｐ型不純物をイオン注入することにより、エピタキシャ
ル層の深部に第２のチャネルストップ領域を形成する。
第２のチャネルストップ領域は、加速電圧の異なる複数
のイオン注入によって形成される。ここでは、３回のイ
オン注入により形成する場合を例に挙げて説明する。
ｐ型不純物をイオン注入することにより、エピタキシャ
ル層の深部に第２のチャネルストップ領域を形成する。
第２のチャネルストップ領域は、加速電圧の異なる複数
のイオン注入によって形成される。ここでは、３回のイ
オン注入により形成する場合を例に挙げて説明する。
【００７３】まず、中エネルギーイオン注入により第１
層を形成する。中エネルギーイオン注入における加速電
圧は、例えば０．８〜１．２ＭｅＶ、好ましくは１．０
〜１．２ＭｅＶであり、ドーズ量は、例えば３．０×１
０11〜５．０×１０11ｃｍ-2、好ましくは３．５×１０
11〜４．０×１０11ｃｍ-2である。続いて、高エネルギ
ーイオン注入により第２層を形成する。高エネルギーイ
オン注入における加速電圧は、例えば１．２〜１．８Ｍ
ｅＶ、好ましくは１．５〜１．８ＭｅＶであり、ドーズ
量は、例えば１．０×１０11〜４．０×１０11ｃｍ-2、
好ましくは２．０×１０11〜３．０×１０11ｃｍ-2であ
る。更に、超高エネルギーイオン注入により第３層を形
成する。この超高エネルギーイオン注入における加速電
圧は、例えば２．０〜４．０ＭｅＶ、好ましくは２．５
〜３．０ＭｅＶであり、ドーズ量は、例えば１．０×１
０11〜３．０×１０11ｃｍ-2、好ましくは１．０×１０
11〜２．０×１０11ｃｍ-2である。
層を形成する。中エネルギーイオン注入における加速電
圧は、例えば０．８〜１．２ＭｅＶ、好ましくは１．０
〜１．２ＭｅＶであり、ドーズ量は、例えば３．０×１
０11〜５．０×１０11ｃｍ-2、好ましくは３．５×１０
11〜４．０×１０11ｃｍ-2である。続いて、高エネルギ
ーイオン注入により第２層を形成する。高エネルギーイ
オン注入における加速電圧は、例えば１．２〜１．８Ｍ
ｅＶ、好ましくは１．５〜１．８ＭｅＶであり、ドーズ
量は、例えば１．０×１０11〜４．０×１０11ｃｍ-2、
好ましくは２．０×１０11〜３．０×１０11ｃｍ-2であ
る。更に、超高エネルギーイオン注入により第３層を形
成する。この超高エネルギーイオン注入における加速電
圧は、例えば２．０〜４．０ＭｅＶ、好ましくは２．５
〜３．０ＭｅＶであり、ドーズ量は、例えば１．０×１
０11〜３．０×１０11ｃｍ-2、好ましくは１．０×１０
11〜２．０×１０11ｃｍ-2である。
【００７４】その後、エピタキシャル層の表層部に、電
荷転送領域、ウェル領域、光電変換領域および第１のチ
ャネルストップ領域を形成する。続いて、半導体基板上
にゲート絶縁膜を介して転送ゲート電極を形成した後、
この転送ゲート電極をマスクとしてイオン注入を実施
し、正孔蓄積領域を形成する。層間絶縁膜を形成した
後、遮光膜を形成し、更に、必要に応じて表面保護膜な
どを形成した後、カラーフィルタおよびマイクロレンズ
を形成することにより、固体撮像装置が得られる。な
お、これらの工程は、上記参考例と同様にして実施する
ことができる。
荷転送領域、ウェル領域、光電変換領域および第１のチ
ャネルストップ領域を形成する。続いて、半導体基板上
にゲート絶縁膜を介して転送ゲート電極を形成した後、
この転送ゲート電極をマスクとしてイオン注入を実施
し、正孔蓄積領域を形成する。層間絶縁膜を形成した
後、遮光膜を形成し、更に、必要に応じて表面保護膜な
どを形成した後、カラーフィルタおよびマイクロレンズ
を形成することにより、固体撮像装置が得られる。な
お、これらの工程は、上記参考例と同様にして実施する
ことができる。
【００７５】本実施形態の製造方法によれば、第２のチ
ャネルストップ領域形成のイオン注入後に熱処理を行わ
ないため、各注入の不純物分布は拡散せず、横方向に非
常にコンパクトに形成できる。したがって、第２のチャ
ネルストップ領域を横方向に拡散させることなく形成可
能であるため、画素の微細化が可能である。
ャネルストップ領域形成のイオン注入後に熱処理を行わ
ないため、各注入の不純物分布は拡散せず、横方向に非
常にコンパクトに形成できる。したがって、第２のチャ
ネルストップ領域を横方向に拡散させることなく形成可
能であるため、画素の微細化が可能である。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置によれば、縦型オーバーフロードレイン方式のフォ
トダイオードを採用した固体撮像装置において、赤外波
長までの感度を達成するために光電変換領域と第１のｐ
型不純物領域（オーバーフローバリア領域として機能す
る。）との距離を大きくした場合であっても、フォトダ
イオード同士間の信号電荷の混合を抑制することができ
る。
装置によれば、縦型オーバーフロードレイン方式のフォ
トダイオードを採用した固体撮像装置において、赤外波
長までの感度を達成するために光電変換領域と第１のｐ
型不純物領域（オーバーフローバリア領域として機能す
る。）との距離を大きくした場合であっても、フォトダ
イオード同士間の信号電荷の混合を抑制することができ
る。
【図１】 本発明に係る固体撮像装置の一例を示す平面
概略図である。
概略図である。
【図２】 参考例に係る固体撮像装置の一例を示す断面
図であり、図１のａ−ａ’断面図に相当する。
図であり、図１のａ−ａ’断面図に相当する。
【図３】 参考例に係る固体撮像装置の一例を示す断面
図であり、図１のｂ−ｂ’断面図に相当する。
図であり、図１のｂ−ｂ’断面図に相当する。
【図４】 図２のｃ−ｃ’面およびｄ−ｄ’面における
不純物濃度分布を示す図である。
不純物濃度分布を示す図である。
【図５】 図２のｃ−ｃ’面およびｄ−ｄ’面における
電位分布図を示す図である。
電位分布図を示す図である。
【図６】 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の一例
を示す断面図であり、図１のａ−ａ’断面図に相当す
る。
を示す断面図であり、図１のａ−ａ’断面図に相当す
る。
【図７】 図６のｃ−ｃ’面およびｄ−ｄ’面における
不純物濃度分布を示す図である。
不純物濃度分布を示す図である。
【図８】 図６のｃ−ｃ’面およびｄ−ｄ’面における
電位分布図を示す図である。
電位分布図を示す図である。
【図９】 従来の固体撮像装置を示す断面図である。
【図１０】 図９のｃ−ｃ’面およびｄ−ｄ’面におけ
る不純物濃度分布を示す図である。
る不純物濃度分布を示す図である。
【図１１】 図９のｃ−ｃ’面およびｄ−ｄ’面におけ
る電位分布図を示す図である。
る電位分布図を示す図である。
１ フォトダイオード
２ 垂直ＣＣＤ
３ 出力アンプ部
４ 水平ＣＣＤ
５ ｎ型半導体基板
６ オーバーフローバリア領域
７ エピタキシャル層
８ 光電変換領域
９ 正孔蓄積領域
１０ 転送ゲート電極
１１ 遮光膜
１２ 第１のチャネルストップ領域
１３ 第２のチャネルストップ領域
１４ 電荷転送領域
１５ ウェル領域
１６ 絶縁膜
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 (3)
- 【請求項１】 半導体基板において、複数の光電変換領
域が垂直方向および水平方向に配列され、水平方向に隣
接する前記光電変換領域同士間に電荷転送領域が配置さ
れており、前記基板が、ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半
導体基板上に形成された第１のｐ型不純物領域と、前記
第１のｐ型不純物領域上に形成された半導体領域と、前
記電荷転送領域下に配置された第２のｐ型不純物領域と
を備え、前記光電変換領域および前記電荷転送領域が前
記半導体領域の表層部に形成されたｎ型不純物領域であ
る固体撮像装置であって、 前記半導体領域内部の、垂直方向に隣接する前記光電変
換領域同士間に位置する領域、および、水平方向に隣接
する前記光電変換領域同士間であって前記第２のｐ型不
純物領域よりも下方に位置する領域の少なくとも一方
に、第３のｐ型不純物領域が形成されており、前記第３
のｐ型不純物領域の前記基板深さ方向におけるp型不純
物濃度分布の極大部が複数存在しており、この複数の極
大部のうち、表層部側に存在する極大部の不純物濃度
が、深部側に存在する極大部の不純物濃度よりも高く、 更に、前記半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する
前記光電変換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域が形
成されている ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記第３のｐ型不純物領域の不純物濃度
が、前記第４のｐ型不純物領域の不純物濃度よりも低い
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】 半導体基板において、複数の光電変換領
域が垂直方向及び水平方向に配列され、水平方向に隣接
する前記光電変換領域同士間に電荷転送領域が配置され
た固体撮像装置の製造方法であって、ｎ型半導体基板上
に第１のｐ型不純物領域および半導体領域をこの順序で
形成する工程と、前記半導体領域の表層部にｎ型不純物
領域である前記光電変換領域および前記電荷転送領域を
形成する工程と、前記電荷転送領域下に第２の p 型不純
物領域を形成する工程と、 前記半導体領域内部の、垂直方向に隣接する前記光電変
換領域同士間に位置する領域、および、水平方向に隣接
する前記光電変換領域同士間であって前記第２のｐ型不
純物領域よりも下方に位置する領域の少なくとも一方
に、第３のｐ型不純物領域を形成する工程を有し、前記
第３のｐ型不純物領域を形成する工程が、加速電圧の異
なる複数回のイオン注入によって、前記半導体領域にｐ
型不純物を注入する工程であり、この複数回のイオン注
入が、加速電圧の高いイオン注入ほどドーズ量が小さく
なるように実施され、 更に、前記半導体領域の表層部の、垂直方向に隣接する
前記光電変換領域同士間に、第４のｐ型不純物領域を形
成する工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造
方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2001252053A JP3530159B2 (ja) | 2001-08-22 | 2001-08-22 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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| US10/857,282 US20040217390A1 (en) | 2001-08-22 | 2004-05-28 | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001252053A JP3530159B2 (ja) | 2001-08-22 | 2001-08-22 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001252053A Expired - Fee Related JP3530159B2 (ja) | 2001-08-22 | 2001-08-22 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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| TWI241711B (en) * | 2003-03-06 | 2005-10-11 | Sony Corp | Solid state image sensing device, production method thereof, and method of driving solid state image sensing device |
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| KR100630679B1 (ko) * | 2003-12-17 | 2006-10-02 | 삼성전자주식회사 | 포토 다이오드 및 이의 제조 방법 |
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