JP2008182042A - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】不純物の注入によって光電変換領域を狭めることなく、半導体基板と絶縁膜との界面に生ずる界面準位に起因する暗電流の発生を防止することが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供する。
【課題解決手段】シリコン基板101の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に、光電変換領域が形成され、当該光電変換領域における外光入射側が、光透過性の絶縁膜で覆われている固体撮像装置であって、前記光電変換領域と絶縁膜102との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記光電変換領域とは異なる表面再結合層106が形成されている。
【選択図】図2A solid-state imaging device capable of preventing the occurrence of dark current due to an interface state generated at an interface between a semiconductor substrate and an insulating film without narrowing a photoelectric conversion region by impurity implantation and a method for manufacturing the same provide.
A photoelectric conversion region is formed near a main surface of a silicon substrate in a portion where external light is incident, and an external light incident side of the photoelectric conversion region is covered with a light-transmitting insulating film. In this solid-state imaging device, a surface recombination layer 106 having a composition of main elements and a band gap different from those of the photoelectric conversion region is formed between the photoelectric conversion region and the insulating film 102.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に半導体基板と絶縁膜との界面に生じる界面準位に起因する暗電流の発生を防止する技術に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a technique for preventing dark current from being generated due to an interface state generated at an interface between a semiconductor substrate and an insulating film.
固体撮像装置は、ビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられているが、近年、その高感度化がすすみ、低照度での撮像が可能となっている。
低照度においては、固体撮像装置の絶縁膜と半導体基板(例えばシリコン基板)の界面に生ずる界面準位に起因する暗電流の影響が大きくなり、映像ノイズが発生しやすい。
従って、シリコン基板中には、暗電流の発生を抑制するため、p型不純物高濃度層が形成されている。図14は、特許文献1において開示されている、従来の固体撮像装置10の単位画素周辺の断面図を示す。固体撮像装置10は、シリコン基板11、絶縁膜15、ゲート電極19、層間絶縁膜20、遮光膜21から構成される。
Solid-state imaging devices are used in video cameras, digital cameras, and the like, but in recent years, their sensitivity has increased and imaging with low illuminance is possible.
At low illuminance, the influence of the dark current due to the interface state generated at the interface between the insulating film of the solid-state imaging device and the semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) becomes large, and video noise is likely to occur.
Therefore, a p-type impurity high concentration layer is formed in the silicon substrate in order to suppress the generation of dark current. FIG. 14 is a cross-sectional view around the unit pixel of the conventional solid-
シリコン基板11中には、p型ウェル層12、光電変換領域を構成するn型受光部13、p型不純物高濃度層14、p型素子分離部16、p型領域17、n型電荷転送部18が形成されている。
p型不純物高濃度層14は、シリコン基板11の上表面側に形成され、図15に示すように、シリコン基板11と絶縁膜15の界面の界面準位に起因して発生する電子を、p型不純物高濃度層14中に形成された正孔と再結合させることにより、上記電子に起因する暗電流の発生を防止する。
In the
The p-type impurity
図15に示す符号151は、電子エネルギーのレベルを示し、符号152で示す太線は、伝導帯下端のエネルギーバンドを示し、符号153で示す点線は、価電子帯上端のエネルギーバンドを示す。
これにより、映像ノイズの発生を防止し、低照度においても、良好な画質を実現することができる。
Thereby, generation | occurrence | production of a video noise can be prevented and favorable image quality can be implement | achieved also at low illumination intensity.
しかしながら、p型不純物高濃度層を形成するために、p型不純物としてイオン注入されるボロン(B)は、イオン注入後の熱処理により熱拡散し易い特性を有しているため、注入されたボロン(B)が、シリコン基板11の内部深くまで拡散して光電変換領域まで達し、これによって、光電変換領域を狭め、その最大蓄積電荷量を少なくしてしまうという問題が生じる。
However, since boron (B) ion-implanted as a p-type impurity in order to form a p-type impurity high-concentration layer has a characteristic of being easily thermally diffused by heat treatment after ion implantation, the implanted boron (B) diffuses deep inside the
本発明は、上記問題点に鑑み、不純物の注入によって光電変換領域を狭めることなく、半導体基板と絶縁膜との界面に生ずる界面準位に起因する暗電流の発生を防止することが可能な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。 In view of the above problems, the present invention provides a solid that can prevent the generation of dark current due to interface states generated at the interface between a semiconductor substrate and an insulating film without narrowing the photoelectric conversion region by impurity implantation. It is an object of the present invention to provide an imaging device and a manufacturing method thereof.
上記課題を達成する為、本発明は、半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に光電変換領域が形成され、当該光電変換領域における外光入射側が、光透過性の絶縁膜で覆われている固体撮像装置であって、前記光電変換領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記光電変換領域とは異なるバンド不連続領域が形成されている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a photoelectric conversion region is formed in a portion near one main surface of a semiconductor substrate where external light is incident, and the external light incident side in the photoelectric conversion region is light transmissive. A solid-state imaging device covered with an insulating film, wherein a discontinuous band region in which a composition and a band gap of main elements are different from the photoelectric conversion region is formed between the photoelectric conversion region and the insulating film. ing.
前記バンド不連続領域におけるバンドギャップは、前記光電変換領域におけるバンドギャップよりも小さいこととすることができる。
前記光電変換領域を構成する主要元素は、シリコンであり、前記バンド不連続領域を構成する主要元素は、シリコン、ゲルマニウム、炭素であることとすることができる。
前記光電変換領域を構成する主要元素は、シリコンであり、前記バンド不連続領域は、少なくともシリコンとゲルマニウムを主要元素として含むイントリンシックな1つの半導体層から構成されていることとすることができる。
The band gap in the band discontinuous region can be smaller than the band gap in the photoelectric conversion region.
The main element constituting the photoelectric conversion region can be silicon, and the main element constituting the band discontinuous region can be silicon, germanium, or carbon.
The main element constituting the photoelectric conversion region may be silicon, and the band discontinuous region may be composed of an intrinsic semiconductor layer containing at least silicon and germanium as main elements.
半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に光電変換領域が形成され、当該光電変換領域における外光入射側が光透過性の絶縁膜で覆われている固体撮像装置の製造方法であって、前記光電変換領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記光電変換領域とは異なるバンド不連続領域を有する表面再結合層を形成する再結合層形成ステップをを含むこととすることができる。 Manufacture of a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion region is formed in a portion near one main surface of a semiconductor substrate where external light is incident, and an external light incident side in the photoelectric conversion region is covered with a light-transmissive insulating film A recombination layer that forms a surface recombination layer having a band discontinuous region in which a composition and a band gap of main elements are different from those of the photoelectric conversion region between the photoelectric conversion region and the insulating film. A forming step may be included.
前記再結合層形成ステップは、エピタキシャル法により、前記表面再結合層を前記半導体基板上に堆積させる堆積ステップと、前記半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に、前記光電変換領域を形成する形成ステップと、前記半導体基板に堆積された前記表面再結合層を絶縁膜で被覆する被覆ステップとを含むこととすることができる。 The recombination layer forming step includes a deposition step of depositing the surface recombination layer on the semiconductor substrate by an epitaxial method, and a portion near one main surface of the semiconductor substrate where external light is incident, A forming step for forming a photoelectric conversion region and a covering step for covering the surface recombination layer deposited on the semiconductor substrate with an insulating film can be included.
前記再結合層形成ステップは、前記半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に、不純物をドープして前記光電変換領域を形成する第1形成ステップと、形成された前記光電変換領域に、その主成分元素とは異なる元素をイオン注入することにより、前記表面再結合層を形成する第2形成ステップとを含むことすることができる。
前記表面再結合層を構成する主要元素は、シリコン、ゲルマニウム、炭素であることとすることができる。
The recombination layer forming step includes a first forming step in which the photoelectric conversion region is formed by doping an impurity in a portion near one main surface of the semiconductor substrate where external light is incident. A second forming step of forming the surface recombination layer by ion implantation of an element different from the main component into the photoelectric conversion region can be included.
The main elements constituting the surface recombination layer can be silicon, germanium, or carbon.
半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に光電変換領域が形成され、前記光電変換領域と近接する位置には、前記光電変換領域において発生する電子の転送先となる電荷転送領域が形成され、当該光電変換領域における外光入射側と前記電荷転送領域とが、一層の光透過性の絶縁膜で覆われている固体撮像装置であって、前記電荷転送領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記電荷転送領域とは異なるバンド不連続領域が形成されていることとすることができる。 A photoelectric conversion region is formed in the vicinity of one main surface of the semiconductor substrate where external light is incident, and a charge serving as a transfer destination of electrons generated in the photoelectric conversion region is located near the photoelectric conversion region. A solid-state imaging device in which a transfer region is formed, and an external light incident side and the charge transfer region in the photoelectric conversion region are covered with a single light-transmitting insulating film, wherein the charge transfer region and the insulation A band discontinuous region having a composition of a main element and a band gap different from that of the charge transfer region may be formed between the film and the film.
前記バンド不連続領域におけるバンドギャップは、前記電荷転送領域におけるバンドギャップよりも小さいこととすることができる。 The band gap in the band discontinuous region may be smaller than the band gap in the charge transfer region.
本発明は、上記構成を備えることにより、絶縁膜と光電変換領域又は電荷転送領域とに挟まれた領域に、光電変換領域又は電荷転送領域よりもバンドギャップの小さいバンド不連続領域が形成されるので、バンド不連続領域と光電変換領域又は電荷転送領域との間に電子エネルギー障壁が形成され、この電子エネルギー障壁により、半導体基板と絶縁膜との間に生じる界面準位に起因して発生する電子が、バンド不連続領域から光電変換領域又は電荷転送領域に流れ込むのを防止することができる。 By providing the above configuration, the present invention forms a band discontinuous region having a smaller band gap than the photoelectric conversion region or the charge transfer region in a region sandwiched between the insulating film and the photoelectric conversion region or the charge transfer region. Therefore, an electron energy barrier is formed between the band discontinuous region and the photoelectric conversion region or the charge transfer region, and the electron energy barrier is generated due to an interface state generated between the semiconductor substrate and the insulating film. Electrons can be prevented from flowing into the photoelectric conversion region or the charge transfer region from the band discontinuous region.
従って、p型不純物層を光電変換領域の表層に形成することなく、上記界面準位に起因する暗電流の発生を抑制することができ、p型不純物層形成に伴って、光電変換領域が狭まり、固体撮像装置の画質が劣化することがない。
ここで、前記半導体基板における、前記光電変換領域と近接する位置には、前記絶縁膜で覆われ、前記光電変換領域において発生する電子の転送先となる電荷転送領域が形成され、前記電荷転送領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成が前記電荷転送領域と異なり、バンドギャップが、前記電荷転送領域より小さい第2バンド不連続領域が形成されていることとすることができる。
Therefore, generation of dark current due to the interface state can be suppressed without forming a p-type impurity layer on the surface layer of the photoelectric conversion region, and the photoelectric conversion region is narrowed as the p-type impurity layer is formed. The image quality of the solid-state imaging device is not deteriorated.
Here, in the semiconductor substrate, a charge transfer region that is covered with the insulating film and serves as a transfer destination of electrons generated in the photoelectric conversion region is formed at a position close to the photoelectric conversion region, and the charge transfer region A second band discontinuous region having a band gap smaller than that of the charge transfer region may be formed between the insulating layer and the insulating film.
又、前記電荷転送領域を構成する主要元素は、シリコンであり、前記バンド不連続領域を構成する主要元素は、シリコン、ゲルマニウム、炭素であることとすることができる。
又、前記半導体基板における、前記光電変換領域と近接する位置には、前記絶縁膜で覆われ、前記光電変換領域において発生する電子の転送先となる電荷転送領域が形成され、前記再結合層形成ステップにおいては、さらに、前記電荷転送領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成が前記電荷転送領域と異なり、バンドギャップが、前記電荷転送領域より小さい第2バンド不連続領域を有する第2表面再結合層を形成するの構成とすることができる。
The main element constituting the charge transfer region may be silicon, and the main element constituting the band discontinuous region may be silicon, germanium, or carbon.
Further, a charge transfer region that is covered with the insulating film and serves as a transfer destination of electrons generated in the photoelectric conversion region is formed at a position close to the photoelectric conversion region in the semiconductor substrate, and the recombination layer is formed. In the step, the second element further includes a second band discontinuous region between the charge transfer region and the insulating film, the main element being different in composition from the charge transfer region and having a band gap smaller than the charge transfer region. A two-surface recombination layer can be formed.
これにより、絶縁膜と電荷転送領域に挟まれた領域に、電荷転送領域よりもバンドギャップの小さい第2バンド不連続領域を形成されるので、第2バンド不連続領域と電荷転送領域との間に電子エネルギー障壁が形成され、この電子エネルギー障壁により、半導体基板と絶縁膜との間に生じる界面準位に起因して発生する電子が、電荷転送領域に流れ込むのを防止することができる。 As a result, a second band discontinuous region having a band gap smaller than that of the charge transfer region is formed in a region sandwiched between the insulating film and the charge transfer region, and therefore, between the second band discontinuous region and the charge transfer region. An electron energy barrier is formed on the substrate, and the electron energy barrier can prevent electrons generated due to an interface state generated between the semiconductor substrate and the insulating film from flowing into the charge transfer region.
ここで、前記バンド不連続領域における主要元素の組成は、前記半導体基板に格子整合する組成比で構成されていることとすることができる。
これにより、バンド不連続領域を半導体基板に格子整合させることができるので、半導体基板における、バンド不連続領域とそれ以外の領域との間で結晶構造に歪みが生じ、半導体基板において、結晶欠陥が生じるのを防止し、固体撮像装置の画質劣化を防止することができる。
Here, the composition of the main element in the band discontinuous region may be composed of a composition ratio that lattice matches with the semiconductor substrate.
As a result, the band discontinuous region can be lattice-matched to the semiconductor substrate, so that the crystal structure is distorted between the band discontinuous region and the other region in the semiconductor substrate, and the crystal defect is generated in the semiconductor substrate. It is possible to prevent the occurrence of image quality deterioration of the solid-state imaging device.
ここで、前記バンド不連続領域における、ゲルマニウムと炭素の組成比Ge/Cは、6.4以上11.1以下であることとすることができる。
又、前記主要元素の元素組成における、ゲルマニウムと炭素の組成比Ge/Cは、6.4以上11.1以下であることとすることができる。
これにより、バンド不連続領域が形成された半導体基板において、歪による格子欠陥のない良質な結晶構造を形成することができ、固体撮像装置に結晶欠陥が生じることによる画質劣化を防止することができる。
Here, the composition ratio Ge / C of germanium and carbon in the band discontinuous region can be 6.4 or more and 11.1 or less.
Further, the composition ratio Ge / C between germanium and carbon in the elemental composition of the main element can be 6.4 or more and 11.1 or less.
As a result, a high-quality crystal structure free from lattice defects due to strain can be formed on the semiconductor substrate in which the band discontinuous region is formed, and image quality deterioration due to crystal defects occurring in the solid-state imaging device can be prevented. .
ここで、前記バンド不連続領域は、シリコン、ゲルマニウム、炭素の元素組成の異なる複数の層からなることとすることができる。
又、前記堆積ステップにおいては、前記主要元素の元素組成の異なる複数の層が積層されて、前記半導体基板上に前記表面再結合層が形成されることとすることができる。
これにより、元素組成の異なる層間に、結晶構造の歪みを緩和するための超格子を形成することができるので、バンド不連続領域に結晶欠陥が生じるのを防止することができる。
Here, the band discontinuous region may be composed of a plurality of layers having different elemental compositions of silicon, germanium, and carbon.
In the deposition step, a plurality of layers having different elemental compositions of the main element may be laminated to form the surface recombination layer on the semiconductor substrate.
Accordingly, a superlattice for relaxing the distortion of the crystal structure can be formed between layers having different element compositions, so that it is possible to prevent crystal defects from occurring in the band discontinuous region.
ここで、前記バンド不連続領域は、さらに、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物を含むこととすることができる。
又、前記光電変換領域を構成する主要元素は、シリコンであり、前記バンド不連続領域は、2層から構成され、前記2層の内、前記絶縁膜側に位置する1層は、シリコンを主要元素として含み、前記光電変換領域側に位置する他の1層は、少なくともシリコンとゲルマニウムを主要元素として含み、前記2層はさらに、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物を含んでいることとすることができる。
Here, the band discontinuous region may further include an impurity having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region.
The main element constituting the photoelectric conversion region is silicon, the band discontinuous region is composed of two layers, and one of the two layers located on the insulating film side is mainly composed of silicon. The other layer included as an element and located on the photoelectric conversion region side includes at least silicon and germanium as main elements, and the two layers further include impurities of a conductivity type different from the conductivity type of the photoelectric conversion region. Can be.
又、前記光電変換領域を構成する主要元素は、シリコンであり、前記バンド不連続領域は、2層から構成され、前記2層の内、前記絶縁膜側に位置する1層は、シリコンを主要元素として含むとともに、さらに、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物を含み、前記光電変換領域側に位置する他の1層は、少なくともシリコンとゲルマニウムを主要元素として含むイントリンシックな半導体層であることとすることができる。 The main element constituting the photoelectric conversion region is silicon, the band discontinuous region is composed of two layers, and one of the two layers located on the insulating film side is mainly composed of silicon. Intrinsic semiconductor which contains an impurity of a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region and the other one layer located on the photoelectric conversion region side contains at least silicon and germanium as main elements It can be a layer.
前記光電変換領域の導電型は、n型であり、当該導電型と異なる導電型は、p型であることとすることができる。
これにより、バンド不連続領域に光電変換領域と異なる導電型の不純物層が形成されるので、例えば、光電変換領域の導電型がn型である場合に、バンド不連続領域にp型不純物層が形成されるので、絶縁膜と半導体基板の界面に生ずる界面準位により発生する電子が、p型不純物層に移動した際に、正孔と結合させて当該電子を消滅させることができる。
The conductivity type of the photoelectric conversion region may be n-type, and the conductivity type different from the conductivity type may be p-type.
As a result, an impurity layer having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region is formed in the band discontinuous region. For example, when the conductivity type of the photoelectric conversion region is n-type, a p-type impurity layer is formed in the band discontinuous region. Thus, when electrons generated due to interface states generated at the interface between the insulating film and the semiconductor substrate move to the p-type impurity layer, they can be combined with holes and disappear.
従って、バンド不連続領域と光電変換領域との間に生じた電子エネルギー障壁による効果とp型不純物層による効果の相乗効果により、界面準位に起因する暗電流の発生を効果的に抑制することができる。
ここで、前記第2バンド不連続領域における主要元素の組成は、前記半導体基板に格子整合する組成比で構成されていることとすることができる。
Therefore, the generation of dark current due to the interface state is effectively suppressed by the synergistic effect of the effect of the electron energy barrier generated between the band discontinuous region and the photoelectric conversion region and the effect of the p-type impurity layer. Can do.
Here, the composition of the main element in the second band discontinuous region may be composed of a composition ratio that lattice matches with the semiconductor substrate.
これにより、第2バンド不連続領域を半導体基板に格子整合させることができるので、半導体基板における、第2バンド不連続領域とそれ以外の領域との間で結晶構造に歪みが生じ、半導体基板において、結晶欠陥が生じるのを防止し、固体撮像装置の画質劣化を防止することができる。
ここで、前記第2バンド不連続領域における、ゲルマニウムと炭素の組成比Ge/Cは、6.4以上11.1以下であることとすることができる。
As a result, the second band discontinuous region can be lattice-matched with the semiconductor substrate, so that the crystal structure is distorted between the second band discontinuous region and the other region in the semiconductor substrate. Crystal defects can be prevented and image quality deterioration of the solid-state imaging device can be prevented.
Here, the composition ratio Ge / C between germanium and carbon in the second band discontinuous region may be 6.4 or more and 11.1 or less.
これにより、第2バンド不連続領域が形成された半導体基板において、歪による格子欠陥のない良質な結晶構造を形成することができ、固体撮像装置に結晶欠陥が生じることによる画質劣化を防止することができる。
ここで、前記第2バンド不連続領域は、シリコン、ゲルマニウム、炭素の元素組成の異なる複数の層からなることとすることができる。
As a result, a high-quality crystal structure free from lattice defects due to strain can be formed on the semiconductor substrate in which the second band discontinuous region is formed, and image quality deterioration due to crystal defects occurring in the solid-state imaging device can be prevented. Can do.
Here, the second band discontinuous region may be composed of a plurality of layers having different elemental compositions of silicon, germanium, and carbon.
これにより、元素組成の異なる層間に、結晶構造の歪みを緩和するための超格子を形成することができるので、第2バンド不連続領域に結晶欠陥が生じるのを防止することができる。
ここで、前記第2バンド不連続領域は、さらに、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物を含むこととすることができる。
Thereby, a superlattice for relaxing the distortion of the crystal structure can be formed between layers having different elemental compositions, so that a crystal defect can be prevented from occurring in the second band discontinuous region.
Here, the second band discontinuous region may further include an impurity having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region.
又、前記光電変換領域の導電型は、n型であり、当該導電型と異なる導電型は、p型であることとすることができる。
これにより、第2バンド不連続領域に光電変換領域と異なる導電型の不純物層が形成されるので、例えば、光電変換領域の導電型がn型である場合に、第2バンド不連続領域にp型不純物層が形成されるので、絶縁膜と半導体基板の界面に生ずる界面準位により発生する電子が、p型不純物層に移動した際に、正孔と結合させて当該電子を消滅させることができる。
The conductivity type of the photoelectric conversion region may be n-type, and the conductivity type different from the conductivity type may be p-type.
As a result, an impurity layer having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region is formed in the second band discontinuous region. For example, when the conductivity type of the photoelectric conversion region is n-type, p is formed in the second band discontinuous region. Since the type impurity layer is formed, when electrons generated due to the interface state generated at the interface between the insulating film and the semiconductor substrate move to the p-type impurity layer, they can be combined with holes and disappear. it can.
従って、第2バンド不連続領域と電荷転送領域との間に生じた電子エネルギー障壁による効果とp型不純物層による効果の相乗効果により、界面準位に起因する暗電流の発生を効果的に抑制することができる。
ここで、前記第2形成ステップは、前記光電変換領域の主成分元素とは異なる元素を所定ドーズ量以上、イオン注入することにより、前記光電変換領域の結晶構造をアモルファス化し、前記再結合層形成ステップは、さらに、アモルファス化された前記光電変換領域に、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物をイオン注入して前記表面再結合層に不純物領域を形成する第3形成ステップを含むこととすることができる。
Therefore, the synergistic effect of the effect of the electron energy barrier generated between the second band discontinuous region and the charge transfer region and the effect of the p-type impurity layer effectively suppresses the generation of dark current due to the interface state. can do.
Here, in the second forming step, the crystal structure of the photoelectric conversion region is made amorphous by ion-implanting an element different from the main component element of the photoelectric conversion region by a predetermined dose or more, thereby forming the recombination layer. The step further includes a third formation step of forming an impurity region in the surface recombination layer by ion-implanting an impurity having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region into the amorphous photoelectric conversion region. Can be.
又、前記所定ドーズ量は、5×1013個/cm2であることとすることができる。
これにより、光電変換領域がアモルファス化された状態で、不純物領域を形成するための不純物が光電変換領域にイオン注入されるので、注入された不純物と光電変換領域を構成する主要元素との衝突が起こりやすくなり、不純物が拡散する過程において、この衝突が頻発し、不純物が光電変換領域の深い領域まで達するのを抑制することができる。
The predetermined dose may be 5 × 10 13 pieces / cm 2 .
As a result, since the impurity for forming the impurity region is ion-implanted into the photoelectric conversion region in a state where the photoelectric conversion region is amorphized, the collision between the implanted impurity and the main element constituting the photoelectric conversion region is prevented. It becomes easy to occur, and it is possible to prevent the collision from occurring frequently in the process of diffusing the impurity and the impurity reaching the deep region of the photoelectric conversion region.
従って、不純物による光電変換領域の狭小化を抑制しつつ、半導体基板と絶縁膜との界面準位に起因する暗電流の発生を防止することができる。
ここで、前記主成分元素は、シリコンであり、前記異なる元素は、ゲルマニウムであり、前記再結合層形成ステップは、さらに、アモルファス化された構造の前記光電変換領域に、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物をイオン注入する前に、炭素をイオン注入する炭素注入ステップを含むこととすることができる。
Therefore, generation of dark current due to the interface state between the semiconductor substrate and the insulating film can be prevented while suppressing narrowing of the photoelectric conversion region due to impurities.
Here, the main component element is silicon, the different element is germanium, and the recombination layer forming step further includes conducting the photoelectric conversion region to the photoelectric conversion region having an amorphized structure. A carbon implantation step of ion-implanting carbon may be included before the impurity having a conductivity type different from the type is ion-implanted.
これにより、イオン注入により発生し、不純物の拡散を促進する、格子点から格子間に移動した光電変換領域の主要元素(いわゆる格子間原子)が、予め注入された炭素原子によってトラップされるので、不純物が光電変換領域の深い領域まで達するのを抑制することができる。 As a result, the main element (so-called interstitial atoms) in the photoelectric conversion region, which is generated by ion implantation and promotes the diffusion of impurities and moved from the lattice point to the lattice, is trapped by the carbon atoms implanted in advance. Impurities can be prevented from reaching a deep region of the photoelectric conversion region.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
<構成>
図1は、固体撮像装置100の構成の概略を示す図である。
本実施の形態に係る固体撮像装置100は、図1に示すように、半導体基板平面において、水平及び垂直の2方向に配列された複数のフォトダイオード1と、垂直方向に配列されたフォトダイオード1の各列に隣接するように、配置された垂直CCD(Charge Coupled Device)2と、水平CCD4と出力アンプ3から構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(Embodiment 1)
<Configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of the configuration of the solid-
As shown in FIG. 1, the solid-
複数のフォトダイオード1と垂直CCD2とによって画素領域が構成され、垂直CCD2は、フォトダイオード1において光電変換により発生した信号電子を垂直方向に転送し、水平CCD4が、垂直CCD2から転送された信号電子を水平方向に転送し、出力アンプ3が、水平CCD4から転送された信号電子を電圧に変換して出力する。
図2は、固体撮像装置100のa−a’断面図を示す。
The plurality of
FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-
固体撮像装置100の断面図に示す領域は、シリコン基板101、絶縁膜102、ゲート電極103、層間絶縁膜104、遮光膜105、表面再結合層106から構成される。
シリコン基板101中には、p型ウェル層107、n型受光部108、p型素子分離部109、n型電荷転送部110、p型領域111が形成されている。
(p型ウェル層107)
シリコン基板101の内部に形成された、p型不純物(例えば、ボロン(B))を含む層である。
The region shown in the cross-sectional view of the solid-
In the
(P-type well layer 107)
This is a layer containing a p-type impurity (for example, boron (B)) formed inside the
(n型受光部108)
シリコン基板101の内部に形成されたn型不純物(例えば、砒素(As))を含む領域であり、光電変換領域を形成する。
(p型素子分離部109)
n型受光部108とn型電荷転送部110との間に形成されている領域であり、p型不純物を含み、n型受光部108からn型電荷転送部110に電子が流れ込むのを防止する。
(N-type light receiving unit 108)
This is a region containing n-type impurities (for example, arsenic (As)) formed inside the
(P-type element isolation unit 109)
This is a region formed between the n-type
(n型電荷転送部110)
シリコン基板101の表面付近には、n型電荷転送部110が形成され、n型受光部108で光電変換により発生した信号電子が転送される。
(p型領域111)
シリコン基板101の内部に形成されたp型不純物(例えば、ボロン(B))を含む領域であり、n型電荷転送部110の下に形成されている。
(N-type charge transfer unit 110)
Near the surface of the
(P-type region 111)
This is a region containing p-type impurities (for example, boron (B)) formed inside the
(表面再結合層106)
図3は、表面再結合層106の構造を示す図である。表面再結合層106は、図3に示すように、シリコン(Si)からなるシリコン層1061とシリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の混晶(SiGe層)からなる不連続層(SiGe層)1062から構成される、p型不純物を含まないイントリンシックな半導体層である。
(Surface recombination layer 106)
FIG. 3 is a view showing the structure of the
不連続層1062における、シリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の組成比(Si/Ge)は、結晶欠陥のない良質の結晶構造とするため、原子数比で1.0〜19.0とするのが望ましい。
又、不連続層1062をシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、炭素(C)の混晶(SiGeC層)としてもよい。ゲルマニウム(Ge)の格子定数(5.65Å)は、シリコンの(Si)格子定数(5.43Å)よりも大きいのに対し、炭素(C)の格子定数(3.57Å)は、シリコン(Si)よりも小さいことから、両元素を不連続層1062に含めることで、格子不整合による歪を低減することができる。
The composition ratio (Si / Ge) of silicon (Si) and germanium (Ge) in the
Further, the
特に、ゲルマニウム(Ge)と炭素(C)との組成比(Ge/C)を、原子数比が8.2付近となるようにすることにより、格子定数をシリコン基板101の格子定数と一致させ、シリコン基板101と格子整合させると、歪を極めて小さくすることができる。
ここで、「格子整合」とは、不連続層1062の格子定数を、シリコン基板101の格子定数の99.81〜100.08%とすることをいう。
In particular, by making the composition ratio (Ge / C) of germanium (Ge) and carbon (C) so that the atomic ratio is about 8.2, the lattice constant is matched with the lattice constant of the
Here, “lattice matching” means that the lattice constant of the
なお、歪による格子欠陥のない良質な結晶を形成するためには、不連続層1062における上記組成比(Ge/C)を6.4〜11.1の範囲内とするのが望ましい。
又、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、炭素(C)の混晶における、炭素(C)の含有率は、原子数の割合において、2%〜5%であることが望ましく、又、上記混晶におけるゲルマニウム(Ge)の含有率は、原子数の割合において、5%〜50%であることが望ましい。
In order to form a high-quality crystal free from lattice defects due to strain, it is desirable that the composition ratio (Ge / C) in the
The content of carbon (C) in the mixed crystal of silicon (Si), germanium (Ge), and carbon (C) is preferably 2% to 5% in terms of the number of atoms, The germanium (Ge) content in the mixed crystal is preferably 5% to 50% in terms of the number of atoms.
これにより、上記混晶に結晶欠陥が生じないようにすることができる。
図4は、表面再結合層106周辺におけるエネルギーバンド構造を示す。図4に示す符号41は、電子エネルギーのレベルを示し、符号42で示す太線は、伝導帯下端のエネルギーバンドを示し、符号43で示す点線は、価電子帯上端のエネルギーバンドを示す。
シリコン(Si)は、ゲルマニウム(Ge)よりもバンドギャップが大きいため、シリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の混晶である不連続層1062におけるバンドギャップは、シリコン層1061及びn型受光部108におけるバンドギャップよりも小さくなるので、図4に示すように、シリコン層1061と不連続層1062との間のヘテロ界面、及び不連続層1062とn型受光部108との間のヘテロ界面には、伝導帯及び価電子帯においてバンド不連続が生じる。
Thereby, it is possible to prevent crystal defects from occurring in the mixed crystal.
FIG. 4 shows the energy band structure around the
Since silicon (Si) has a larger band gap than germanium (Ge), the band gap in the
これにより、絶縁膜102とシリコン基板101の界面に生ずる界面準位に起因して発生する電子は、不連続層1062の内部に閉じ込められ、電子がn型受光部108に流れ込むのを防ぐことができるので、従来の固体撮像装置10のように、p型不純物高濃度層14を形成することなく、界面準位による暗電流の発生を防止することができる。
(絶縁膜102)
光透過性のシリコン酸化膜(SiO2膜)からなり、シリコン基板101の表面を被覆している。
Accordingly, electrons generated due to the interface state generated at the interface between the insulating
(Insulating film 102)
It consists of a light transmissive silicon oxide film (SiO 2 film) and covers the surface of the
(ゲート電極103)
n型受光部108で生成された信号電子をn型電荷転送部110に転送させるための電極であり、ポリシリコン膜などから構成され、絶縁膜102の表面上に配されている。
(層間絶縁膜104)
シリコン酸化膜(SiO2膜)などから構成され。ゲート電極103を被覆している。
(Gate electrode 103)
This is an electrode for transferring the signal electrons generated by the n-type
(Interlayer insulating film 104)
It is composed of a silicon oxide film (SiO 2 film). The
(遮光膜105)
タングステン(W)膜やアルミ(Al)膜などから構成され、層間絶縁膜104上を被覆している。
<製造方法>
(表面再結合層106形成工程)
図5は、表面再結合層106形成のための各工程を示す図である。
(Light shielding film 105)
It is made of a tungsten (W) film, an aluminum (Al) film, or the like, and covers the
<Manufacturing method>
(Step of forming surface recombination layer 106)
FIG. 5 is a diagram showing each process for forming the
図5(a)に示すシリコン基板101上に、図5(b)に示すように不連続層1062をエピタキシャル成長法により形成し、さらに形成した不連続層1062上に、図5(c)に示すように、シリコン層1061をエピタキシャル成長法により形成して表面再結合層106を形成する。
エピタキシャル成長法としては、化学的気相堆積法(CVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)などを用いることができる。
A
As the epitaxial growth method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), or the like can be used.
CVD法としては、例えば、低圧の分子流領域で結晶成長を行わせる超高真空CVD(UHV/CVD)法を用いることができる。UHV/CVD法では、低温でエピタキシャル成長が行われるため、原料として反応性の高いガスを用いる。
具体的には、SiGe層を形成するための原料としてジシラン(Si2H6)ゲルマン(GeH4)を用いる。
As the CVD method, for example, an ultra-high vacuum CVD (UHV / CVD) method in which crystal growth is performed in a low-pressure molecular flow region can be used. In the UHV / CVD method, since epitaxial growth is performed at a low temperature, a highly reactive gas is used as a raw material.
Specifically, disilane (Si 2 H 6 ) germane (GeH 4 ) is used as a raw material for forming the SiGe layer.
又、SiGeC層を形成する場合には、さらに、Cの原料ガスとして、モノメチルシラン(CH3SiH3)、ジメチルシラン((CH3)2SiH2)、トリメチルシラン((CH3)3SiH)、メタン、エチレン、アセチレンなどのガスを用いる。
不連続層1062におけるゲルマニウム(Ge)組成比、炭素(C)組成比は、上記ガスの供給量を調整することにより、制御することができる。
Further, in the case of forming the SiGeC layer, monomethylsilane (CH 3 SiH 3 ), dimethylsilane ((CH 3 ) 2 SiH 2 ), trimethylsilane ((CH 3 ) 3 SiH) are further used as the C source gas. , Methane, ethylene, acetylene, etc. are used.
The germanium (Ge) composition ratio and carbon (C) composition ratio in the
エピタキシャル成長中の圧力は、均一なエピタキシャル成長を行わせるために、約1Pa以下とするのが望ましい。
又、エピタキシャル成長の成長温度は、エピタキシャル成長層の結晶性が悪化するのを防ぐために500℃〜650℃とするのが望ましい。
(画素領域形成工程)
図6は、固体撮像装置100の画素領域形成のための各工程を示す図である。図6(a)に示すように、表面再結合層106が形成されたシリコン基板101の表面に保護膜となるシリコン酸化膜(SiO2)51を成膜し、シリコン酸化膜51を介して、p型不純物のボロン(B)をイオン注入してp型ウェル層107を形成し、さらにn型受光部108の形成領域に対応するレジストパターンを形成し、砒素(As)をイオン注入して、n型受光部108を形成した後、レジストパターンを除去し、窒素雰囲気中でアニール(RTA(Rapid Thermal Annealing)を行う。
The pressure during epitaxial growth is desirably about 1 Pa or less in order to perform uniform epitaxial growth.
The growth temperature for epitaxial growth is preferably 500 ° C. to 650 ° C. in order to prevent the crystallinity of the epitaxial growth layer from deteriorating.
(Pixel area formation process)
FIG. 6 is a diagram illustrating each process for forming a pixel region of the solid-
ここで、アニールは、例えば、温度を900℃〜1100℃、30秒〜60秒間行う。
又、砒素(As)のイオン注入は、例えば、加速エネルギー550KeV、ドーズ量を2.6×1012個/cm2で行うことができる。
次に、図6(b)に示すように、n型電荷転送部110、p型領域111に対応したレジストパターンを形成し、ボロン(B)、砒素(As)を順にイオン注入し、
p型領域111、n型電荷転送部110を形成した後、レジストパターンを除去する。
Here, annealing is performed at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 60 seconds, for example.
Arsenic (As) ion implantation can be performed, for example, at an acceleration energy of 550 KeV and a dose of 2.6 × 10 12 ions / cm 2 .
Next, as shown in FIG. 6B, a resist pattern corresponding to the n-type
After the p-
次に、図6(c)に示すように、シリコン酸化膜51を剥離した後、熱酸化法により、表面再結合層106の表層に、厚みが約30nmのシリコン酸化膜(SiO2膜)からなる絶縁膜102を形成し、さらに、p型素子分離部109に対応したレジストパターンを形成し、ボロン(B)をイオン注入してp型素子分離部109を形成した後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 6C, after the
次に、図6(d)に示すように、CVD法により、形成した絶縁膜102上に厚みが250nm程度のポリシリコン膜を成長させ、ゲート電極に対応したレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより、ゲート電極103を形成する。
次に図6(e)に示すように、熱酸化法により、形成したゲート電極103をシリコン酸化膜(SiO2膜)からなる層間絶縁膜104で被覆する。
Next, as shown in FIG. 6D, a polysilicon film having a thickness of about 250 nm is grown on the formed insulating
Next, as shown in FIG. 6E, the formed
次に図6(f)に示すように、スパッタリング法により、厚みが200nm程度のタングステン(W)膜を成膜し、n型受光部108上方に開口部が形成されるように、ドライエッチングにより、成膜したタングステン(W)膜の一部を除去し、遮光膜105を形成する。
(固体撮像装置形成工程)
上記の各工程に加え、公知の製造工程と同様にして、図1に示す、画素領域以外の水平CCD4、出力アンプ3等を形成して、固体撮像装置100を完成する。
Next, as shown in FIG. 6F, a tungsten (W) film having a thickness of about 200 nm is formed by sputtering, and dry etching is performed so that an opening is formed above the n-type light-receiving
(Solid-state imaging device formation process)
In addition to the above steps, the solid-
(実施の形態2)
実施の形態1においては、表面再結合層105にp型不純物層を形成しないこととしたが、本実施の形態に係る固体撮像装置おいては、表面再結合層にp型不純物層を形成している点において、実施の形態1と相違する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the p-type impurity layer is not formed in the
上記構成を備えることにより、暗電流の抑止効果を高めることができる。
<構成>
本実施の形態2に係る固体撮像装置200の構成は、図1に示す固体撮像装置100の構成と同様であるので、図示を省略する。
図7は、固体撮像装置200の図1におけるa−a’断面図に相当する断面図を示す。
By providing the above configuration, it is possible to enhance the dark current suppression effect.
<Configuration>
The configuration of the solid-
FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view along the line aa ′ in FIG.
固体撮像装置200の断面図の示す領域は、シリコン基板101、絶縁膜102、ゲート電極103、層間絶縁膜104、遮光膜105、p型不純物不連続層206から構成される。
上記各構成要素について、実施の形態1に係る固体撮像装置100と同一の構成要素については、同一の番号を付している。以下、構成要素が相違するp型不純物不連続層206について説明し、同一の構成要素については、説明を省略する。
(p型不純物不連続層206)
p型不純物不連続層206は、シリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の混晶の層に、p型不純物のボロン(B)をドープして形成されている。
The region shown in the cross-sectional view of the solid-
About each said component, the same number is attached | subjected about the same component as the solid-
(P-type impurity discontinuous layer 206)
The p-type impurity
シリコン(Si)は、ゲルマニウム(Ge)よりもバンドギャップが大きいため、p型不純物不連続層206におけるバンドギャップをn型受光部108におけるバンドギャップよりも狭くすることができ、p型不純物不連続層206とn型受光部108との間のヘテロ界面には、図3の場合と同様に、伝導帯及び価電子帯においてバンド不連続が生じる。
Since silicon (Si) has a larger band gap than germanium (Ge), the band gap in the p-type impurity
これにより、p型不純物不連続層206とその下に形成されているn型受光部108との間において、電子の移動に対するエネルギー障壁が生じるため、絶縁膜102とシリコン基板101の界面に生ずる界面準位に起因して発生した電子をp型不純物不連続層206の内部に閉じ込めることができ、n型受光部108に流れ込むのを防ぐことができる。
又、ボロン(B)のドープにより、p型不純物不連続層206に正孔が形成されているので、絶縁膜102とシリコン基板101の界面に生ずる界面準位に起因して発生した電子が、p型不純物不連続層206中に移動する際に、正孔と結合させて電子を消滅させることができる。
As a result, an energy barrier against the movement of electrons occurs between the p-type impurity
In addition, since holes are formed in the p-type impurity
このように、p型不純物不連続層206においては、界面準位に起因して発生する電子のn型受光部108内への移動を、相乗的に抑制することができる。
<製造方法>
図8は、固体撮像装置200の画素領域形成のための各工程を示す図である。図8(a)に示すように、シリコン基板101の表面に保護膜となるシリコン酸化膜(SiO2)51を成膜し、シリコン酸化膜51を介してp型不純物のボロン(B)をイオン注入して、p型ウェル層107を形成し、さらにn型受光部108の形成領域に対応するレジストパターンを形成し、砒素(As)をイオン注入して、n型受光部108を形成した後、レジストパターンを除去し、窒素雰囲気中でアニールを行う。
As described above, in the p-type impurity
<Manufacturing method>
FIG. 8 is a diagram illustrating each process for forming a pixel region of the solid-
ここで、アニールは、例えば、温度を900℃〜1100℃、時間30秒〜60秒間で行う。
又、砒素(As)のイオン注入は、例えば、加速エネルギー550KeV、ドーズ量を2.6×1012個/cm2で行うことができる。
次に、図8(b)に示すように、n型電荷転送部110、p型領域111に対応したレジストパターンを形成し、ボロン(B)、砒素(As)を順にイオン注入し、
n型電荷転送部110、p型領域111を形成した後、レジストパターンを除去する。
Here, the annealing is performed, for example, at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for a time of 30 seconds to 60 seconds.
Arsenic (As) ion implantation can be performed, for example, at an acceleration energy of 550 KeV and a dose of 2.6 × 10 12 ions / cm 2 .
Next, as shown in FIG. 8B, a resist pattern corresponding to the n-type
After the n-type
次に、図8(c)に示すように、シリコン酸化膜51を剥離した後、熱酸化法により、シリコン基板101の表層に、厚みが約30nmのシリコン酸化膜(SiO2膜)からなる絶縁膜102を形成し、さらに、p型素子分離部109に対応したレジストパターンを形成し、ボロン(B)をイオン注入してp型素子分離部109を形成した後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 8C, after the
次に、図8(d)に示すように、CVD法により、形成した絶縁膜102上に厚みが250nm程度のポリシリコン膜を成長させ、ゲート電極に対応したレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより、ゲート電極103を形成する。
次に、図8(e)に示すように、ゲート電極103をマスクして、ゲルマニウム(Ge)のイオン注入を行い、n型受光部108の表層をアモルファス化する。イオン注入は、加速エネルギー50keV、ドーズ量を5×1013個/cm2以上で行う。
Next, as shown in FIG. 8D, a polysilicon film having a thickness of about 250 nm is grown on the formed insulating
Next, as shown in FIG. 8E, germanium (Ge) ion implantation is performed using the
ゲルマニウム(Ge)をイオン注入した後、さらにボロン(B)をn型受光部108にイオン注入し、その表層にp型不純物不連続層206を形成する。
ボロン(B)のイオン注入は、加速エネルギー10keV、ドーズ量を5×1013個/cm2以上で行う。
ボロン(B)のイオン注入が、n型受光部108の表層がアモルファス化された状態で行われるので、注入されたボロン(B)は、格子点に存在する元素(Si)と衝突しながら、n型受光部108の内部を進むことになり、n型受光部108の表層がアモルファス状態でない場合にボロン(B)をイオン注入した場合に比べ、ボロン(B)の拡散が抑制される。
After germanium (Ge) is ion-implanted, boron (B) is further ion-implanted into the n-type light-receiving
The ion implantation of boron (B) is performed at an acceleration energy of 10 keV and a dose amount of 5 × 10 13 ions / cm 2 or more.
Since the ion implantation of boron (B) is performed in a state where the surface layer of the n-type
図9は、n型受光部108がアモルファス化されていない状態(結晶構造を有する状態)で、ボロン(B)がイオン注入された場合において、ボロン(B)がn型受光部108内部に拡散する様子を示すイメージ図であり、図10は、n型受光部108がアモルファス化された状態で、ボロン(B)がイオン注入された場合において、ボロン(B)がn型受光部108内部に拡散する様子を示すイメージ図である。
FIG. 9 shows that when boron (B) is ion-implanted in a state where the n-type
図9に示すように、アモルファス化されていない状態で、ボロン(B)がイオン注入された場合には、規則正しく格子点に配された、符号90で示す、n型受光部108を構成する主要元素(Si又はGe)間に存在する、符号91で示す格子空間を介して、符号92で示すボロン(B)がn型受光部108内部に深く拡散するのに対し、図10に示すように、アモルファス化されている状態で、ボロン(B)がイオン注入された場合には、格子構造に歪みが生ずるため、符号92で示すボロン(B)は、格子点に配された符号90で示す、n型受光部108の主要元素(Si又はGe)と衝突しながら、n型受光部108内部を進むことになり、ボロン(B)がn型受光部108内部深くに拡散するのを防止することができる。
As shown in FIG. 9, when boron (B) is ion-implanted in a non-amorphous state, the main components constituting the n-type
なお、図9及び図10の符号93は、格子点に元素が配されていない空孔を示し、空孔にボロン(B)が配されると、周囲のSi元素と結合して、正孔が形成される。
次に、上記のようにボロン(B)をイオン注入した後に、レジストパターンを除去し、さらに、窒素雰囲気中でアニールを行う。
ここで、アニールは、例えば、温度を900℃〜1100℃、30秒〜60秒間行う。
Note that
Next, after boron (B) is ion-implanted as described above, the resist pattern is removed, and annealing is performed in a nitrogen atmosphere.
Here, annealing is performed at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 60 seconds, for example.
次に、図8(e)に示すように、熱酸化法により、形成したゲート電極103をシリコン酸化膜(SiO2膜)からなる層間絶縁膜104で被覆する。
次に図8(f)に示すように、スパッタリング法により、厚みが200nm程度のタングステン(W)膜を成膜し、n型受光部108上方に開口部が形成されるように、ドライエッチングにより、成膜したタングステン(W)膜の一部を除去し、遮光膜105を形成する。
Next, as shown in FIG. 8E, the formed
Next, as shown in FIG. 8F, a tungsten (W) film having a thickness of about 200 nm is formed by sputtering, and dry etching is performed so that an opening is formed above the n-type light-receiving
上記の各工程に加え、公知の製造工程と同様にして、図1に示す、画素領域以外の水平CCD4、出力アンプ3等を形成して、固体撮像装置200を完成する。
(実施例)
図16は、本実施の形態2に係る製造方法に従って、n型受光部がアモルファス化された状態でp型不純物(ボロン(B))をイオン注入し、p型不純物不連続層206を形成した場合と、従来法に従って、n型受光部をアモルファス化することなく、ボロン(B)をイオン注入してp型不純物層を形成した場合とで、固体撮像装置におけるp型不純物の濃度分布を比較した図である。
In addition to the above steps, the solid-
(Example)
In FIG. 16, according to the manufacturing method according to the second embodiment, p-type impurities (boron (B)) are ion-implanted in a state where the n-type light receiving portion is amorphized, and the p-type impurity
なお、p型不純物の濃度分布は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により、調べた。
図16においては、絶縁膜(SiO2)との界面から、n型受光部に及ぶ受光領域における、p型不純物の濃度分布が示されている。
図16の符号162で示す破線は、従来法に従って、ボロン(B)がイオン注入された場合における、ボロン(B)の濃度分布を示し、図16の符号161で示す実線は、実施の形態2に係る製造方法に従って、p型不純物不連続層206が形成された場合における、ボロン(B)の濃度分布を示している。
The concentration distribution of the p-type impurity was examined by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
FIG. 16 shows the concentration distribution of the p-type impurity in the light receiving region extending from the interface with the insulating film (SiO 2 ) to the n-type light receiving portion.
The broken line indicated by
図16に示すように、本実施の形態2に係る製造方法に従って、p型不純物不連続層206が形成された場合には、従来法に比べて、ボロン(B)の、図16の符号163で示すn型受光部が形成されている領域における濃度分布範囲は、より狭く、しかも濃く分布している。このため、本実施の形態2によれば、界面準位やイオン注入による結晶欠陥に起因する暗電流や白キズの発生を低減すると共に、光電変換領域が、p型不純物の拡散によって狭められ、フォトダイオードの飽和電荷量が低下するのを抑制することができる。この結果、本実施の形態2における固体撮像装置は、従来の固体撮像装置と比べ、出力画像の画質の向上を図ることができる。
(実施の形態3)
実施の形態2においては、n型受光部の表層をアモルファス化して、p型不純物の拡散を抑えることにより、p型不純物不連続層206を形成することとしたが、本実施の形態3においては、n型受光部へのp型不純物をイオン注入する前に、炭素(C)をイオン注入しておくことにより、p型不純物の拡散を抑制する点において、実施の形態2と相違する。
<構成>
本実施の形態3に係る固体撮像装置300の構成は、図1に示す固体撮像装置100の構成と同様であるので、図示を省略する。
As shown in FIG. 16, in the case where the p-type impurity
(Embodiment 3)
In the second embodiment, the p-type impurity
<Configuration>
The configuration of the solid-
図11は、固体撮像装置300の図1におけるa−a’断面図に相当する断面図を示す。
固体撮像装置300の断面図の示す領域は、シリコン基板101、絶縁膜102、ゲート電極103、層間絶縁膜104、遮光膜105、p型不純物不連続層306から構成される。
FIG. 11 is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view along the line aa ′ in FIG.
The region shown in the cross-sectional view of the solid-
上記各構成要素について、実施の形態1に係る固体撮像装置100と同一の構成要素については、同一の番号を付している。以下、構成要素が相違するp型不純物不連続層306について説明し、同一の構成要素については、説明を省略する。
(p型不純物不連続層306)
p型不純物不連続層206は、シリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)と炭素(C)の混晶の層に、p型不純物のボロン(B)をドープして形成されている。
About each said component, the same number is attached | subjected about the same component as the solid-
(P-type impurity discontinuous layer 306)
The p-type impurity
シリコン(Si)は、ゲルマニウム(Ge)よりもバンドギャップが大きく、炭素(C)よりもバンドギャップが小さいため、Si、Ge、Cの組成比を制御することにより、p型不純物不連続層306におけるバンドギャップをn型受光部108におけるバンドギャップよりも狭くすることができ、p型不純物不連続層306とn型受光部108との間のヘテロ界面には、図3の場合と同様に、伝導帯及び価電子帯においてバンド不連続が生じる。
Since silicon (Si) has a larger band gap than germanium (Ge) and a smaller band gap than carbon (C), the p-type impurity
又、実施の形態1において説明したように、Ge、Cの両元素をp型不純物不連続層306に含めることで、格子不整合による歪を低減することができる。
特に、ゲルマニウムと炭素との混合比(Ge/C)を8.2付近にすることにより、格子定数をシリコン基板101の格子定数と一致させ、シリコン基板101と格子整合させると、歪を極めて小さくすることができる。
Further, as described in the first embodiment, by including both Ge and C elements in the p-type impurity
In particular, when the mixing ratio of germanium and carbon (Ge / C) is set to around 8.2 so that the lattice constant coincides with the lattice constant of the
又、歪による格子欠陥のない良質な結晶を形成するためには、p型不純物不連続層306における、GeとCの混合比(Ge/C)を6.4〜11.1の範囲内とするのが望ましい。
これにより、混晶層における歪を低減しつつ、n型受光部108よりもバンドギャップの小さいp型不純物不連続層306が形成されるので、p型不純物不連続層306とその下に形成されているn型受光部108との間において、電子の移動に対するエネルギー障壁が生じ、絶縁膜102とシリコン基板101の界面に生ずる界面準位に起因して発生する電子をp型不純物不連続層306の内部に閉じ込めることができ、n型受光部108に流れ込むのを防ぐことができる。
Further, in order to form a high-quality crystal free from lattice defects due to strain, it is desirable that the mixing ratio (Ge / C) of Ge and C in the p-type impurity
As a result, the p-type impurity
又、ボロンのドープにより、p型不純物不連続層306に正孔が形成されているので、絶縁膜102とシリコン基板101の界面に生ずる界面準位に起因して発生する電子が、p型不純物不連続層306中に移動した際に、正孔と結合させて電子を消滅させることができる。
このように、p型不純物不連続層306においては、界面準位に起因して発生する電子のn型受光部108内への移動を、相乗的に抑制することができる。
Further, since holes are formed in the p-type impurity
As described above, in the p-type impurity
なお、p型不純物不連続層306を、シリコン(Si)と炭素(C)の混晶により、形成することとしてもよい。
この場合には、絶縁膜102とシリコン基板101の界面に生ずる界面準位により発生する電子に対するエネルギー障壁が大きくなるので、当該電子が、p型不純物不連続層306に侵入するのを防ぐことができる。
<製造方法>
図12は、固体撮像装置300の画素領域形成のための各工程を示す図である。図12(a)に示すように、シリコン基板101の表面に保護膜となるシリコン酸化膜(SiO2)51を成膜し、シリコン酸化膜51を介して、p型不純物のボロン(B)をイオン注入してp型ウェル層107を形成し、さらにn型受光部108の形成領域に対応するレジストパターンを形成し、砒素(As)をイオン注入して、n型受光部108を形成した後、レジストパターンを除去し、窒素雰囲気中でアニールを行う。
Note that the p-type impurity
In this case, an energy barrier against electrons generated by the interface state generated at the interface between the insulating
<Manufacturing method>
FIG. 12 is a diagram illustrating each process for forming a pixel region of the solid-
ここで、アニールは、例えば、温度を900℃〜1100℃、30秒〜60秒間行う。
又、砒素(As)のイオン注入は、例えば、加速エネルギー550KeV、ドーズ量を2.6×1012個/cm2で行うことができる。
次に、図12(b)に示すように、n型電荷転送部110、p型領域111に対応したレジストパターンを形成し、ボロン(B)、砒素(As)を順にイオン注入し、n型電荷転送部110、p型領域111を形成した後、レジストパターンを除去する。
Here, annealing is performed at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 60 seconds, for example.
Arsenic (As) ion implantation can be performed, for example, at an acceleration energy of 550 KeV and a dose of 2.6 × 10 12 ions / cm 2 .
Next, as shown in FIG. 12B, a resist pattern corresponding to the n-type
次に、図12(c)に示すように、シリコン酸化膜51を剥離した後、熱酸化法により、シリコン基板101の表層に、厚みが約30nmのシリコン酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜102を形成し、さらに、p型素子分離部109に対応したレジストパターンを形成し、ボロン(B)をイオン注入してp型素子分離部109を形成した後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 12C, after the
次に、図12(d)に示すように、CVD法により、形成した絶縁膜102上に厚みが250nm程度のポリシリコン膜を成長させ、ゲート電極に対応したレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより、ゲート電極103を形成する。
次に、図12(e)に示すように、ゲート電極103をマスクして、ゲルマニウム(Ge)のイオン注入を行い、n型受光部108の表層をアモルファス化する。イオン注入は、加速エネルギー50keV、ドーズ量を5×1013個/cm2以上で行う。
Next, as shown in FIG. 12D, a polysilicon film having a thickness of about 250 nm is grown on the formed insulating
Next, as shown in FIG. 12E, germanium (Ge) ions are implanted using the
次に、n型受光部108に炭素(C)のイオン注入を行った後、さらにボロン(B)をn型受光部108にイオン注入し、その表層にp型不純物不連続層306を形成し、さらに、窒素雰囲気中でアニールを行う。アニールは、例えば、温度を900℃〜1100℃で、30秒〜40分間行う。
ここで、炭素(C)のイオン注入は、加速エネルギー10keV、ドーズ量を5×1013個/cm2以上で行い、ボロン(B)のイオン注入は、加速エネルギー10keV、ドーズ量を5×1013個/cm2以上で行う。
Next, after carbon (C) is ion-implanted into the n-type light-receiving
Here, ion implantation of carbon (C) is performed at an acceleration energy of 10 keV and a dose amount of 5 × 10 13 ions / cm 2 or more, and boron (B) ion implantation is performed at an acceleration energy of 10 keV and a dose amount of 5 × 10 5. It is performed at 13 pieces / cm 2 or more.
これにより、アモルファス化によるボロン(B)の拡散抑制効果に加え、イオン注入により、格子点から格子間に移動したSi原子が、イオン注入された炭素(C)原子にトラップされるので、格子間に存在するSi原子を介して拡散するボロン(B)原子の拡散が抑えられる。
従って、Geのイオン注入によるアモルファス化によるボロン(B)の拡散抑制効果と、Cのイオン注入によるボロン(B)の拡散抑制効果が相乗的に作用して、ボロン(B)のn型受光部108の深部への拡散を効果的に抑制することができる。
Thereby, in addition to the effect of suppressing the diffusion of boron (B) due to amorphization, the Si atoms moved from the lattice points to the lattice by the ion implantation are trapped by the carbon (C) atoms implanted, so Diffusion of boron (B) atoms diffusing through Si atoms present in the substrate is suppressed.
Therefore, the boron (B) diffusion suppression effect by the amorphousization by Ge ion implantation and the boron (B) diffusion suppression effect by the C ion implantation act synergistically, and the boron (B) n-type light receiving portion. Diffusion into the deep part of 108 can be effectively suppressed.
次に、図12(e)に示すように、熱酸化法により、形成したゲート電極103を、シリコン酸化膜(SiO2膜)からなる層間絶縁膜104で被覆する。
次に図12(f)に示すように、スパッタリング法により、厚みが200nm程度のタングステン(W)膜を成膜し、n型受光部108上方に開口部が形成されるように、ドライエッチングにより、成膜したタングステン(W)膜の一部を除去し、遮光膜105を形成する。
Next, as shown in FIG. 12E, the formed
Next, as shown in FIG. 12 (f), a tungsten (W) film having a thickness of about 200 nm is formed by sputtering, and dry etching is performed so that an opening is formed above the n-type light-receiving
上記の各工程に加え、公知の製造工程と同様にして、図1に示す、画素領域以外の水平CCD4、出力アンプ3等を形成して、固体撮像装置300を完成する。
(実施例)
(試験方法)
実施の形態2に係る製造方法に従って作成した固体撮像装置200のサンプル(以下、「対照サンプル」という。)と、実施の形態3に係る製造方法に従って作成した固体撮像装置300のサンプル(以下、「試験サンプル」という。)について、固体撮像装置におけるp型不純物(ボロン(B))の濃度分布を比較した。
In addition to the above steps, the solid-
(Example)
(Test method)
A sample of the solid-
具体的には、対照サンプルについては、p型不純物不連続層206を、シリコン基板101にゲルマニウム(Ge)を50keV、5×1013個/cm2でイオン注入した後、ボロン(B)を10keV、5×1013個/cm2でイオン注入することにより形成し、試験サンプルについては、p型不純物不連続層306を、シリコン基板101にゲルマニウム(Ge)を50keV、5×1013個/cm2でイオン注入した後、更に炭素(C)を10keV、5×1013個/cm2でイオン注入した後、ボロン(B)を10keV、5×1013個/cm2でイオン注入することにより、
形成した。
Specifically, for the control sample, the p-type impurity
Formed.
作成した各サンプルを窒素雰囲気中で950℃、30秒のアニール(RTA)を行い、各サンプルにおける、n型受光部の近傍領域について、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)を利用して不純物濃度分布を調べた。
(試験結果)
図13は、上記測定サンプルについて、ボロン(B)の濃度分布を比較した図である。
Each prepared sample was annealed (RTA) at 950 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere, and secondary ion mass spectrometry (SIMS) was performed on the region in the vicinity of the n-type light receiving portion in each sample. The impurity concentration distribution was investigated using this method.
(Test results)
FIG. 13 is a diagram comparing the concentration distribution of boron (B) for the measurement samples.
図13(a)は、対照サンプルにおけるボロン(B)の濃度分布を示し、図13(b)は、試験サンプルにおけるボロン(B)の濃度分布を示す。
図13(a)に示す符号131は、ボロン(B)をイオン注入した後、アニールを行う前における、対照サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布を示し、図13(a)に示す符号132は、アニール後の対照サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布を示す。
FIG. 13 (a) shows the concentration distribution of boron (B) in the control sample, and FIG. 13 (b) shows the concentration distribution of boron (B) in the test sample.
又、図13(a)に示す符号133で表す領域は、p型不純物不連続層206が形成されている領域を示し、図13(a)に示す符号134で表す領域は、n型受光層108が形成されている領域を示す。
図13(b)に示す符号135は、ボロン(B)をイオン注入した後、アニールを行う前における、試験サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布を示し、図13(b)に示す符号136は、アニール後の試験サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布を示す。
Further, a region denoted by
又、図13(b)に示す符号137で表す領域は、p型不純物不連続層306が形成されている領域を示し、図13(b)に示す符号138で表す領域は、n型受光層108が形成されている領域を示す。
図13(b)に示すように、p型不純物不連続層をシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、炭素(C)の混晶(SiGeC)とすることにより、図13(a)にしめすように、p型不純物不連続層をシリコン(Si)とゲルマニウム(Ge)の混晶(SiGe)とした場合に比較し、アニール(RTA)後のボロン(B)の非ドープ層(Si層)への拡散レベルが、約1/10に抑制されている。
(補足)
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのは勿論である。
(1)実施の形態1においては、表面再結合層106を、シリコン層1061と不連続層1062とで構成したが、シリコン層1061を、シリコン層にp型不純物、例えば、ボロンよりも質量数が大きく、拡散係数の小さいIII族元素、例えば、インジウムをドープした、p型不純物層で構成することとしてもよい。
Further, the region indicated by
As shown in FIG. 13B, the p-type impurity discontinuous layer is made of a mixed crystal (SiGeC) of silicon (Si), germanium (Ge), and carbon (C), so that the structure shown in FIG. Furthermore, compared to the case where the p-type impurity discontinuous layer is a mixed crystal (SiGe) of silicon (Si) and germanium (Ge), the boron (B) undoped layer (Si layer) after annealing (RTA) is used. Is suppressed to about 1/10.
(Supplement)
Although the present invention has been described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments.
(1) In the first embodiment, the
これにより、不連続層1062とn型受光部108との間に生じた電子エネルギー障壁による効果と上記p型不純物層による効果の相乗効果により、界面準位に起因する暗電流の発生を効果的に抑制することができる。
又、シリコン層1061と不連続層1062の両層にインジウムをドープして、両層をp型不純物層とすることとしてもよい。
As a result, the generation of dark current due to the interface state is effectively achieved by the synergistic effect of the effect of the electron energy barrier generated between the
Alternatively, both the
又、本実施の形態においては、表面再結合層106を、シリコン層1061と不連続層1062との2層で構成したが、シリコン層1061を設けず、不連続層1062のみから構成することとしてもよい。
(2)実施の形態1においては、不連続層1062を1層としたが、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)又はシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、炭素(C)の混晶における、元素組成比を変化させることにより、不連続層1062を複数の元素組成比の異なる不連続層から構成することとしてもよい。
(3)本実施の形態2においては、n型受光部108の表層を、ゲルマニウム(Ge)のイオン注入によりアモルファス化したが、他のIV族元素のイオン注入によりアモルファス化することとしてもよい。
(4)本実施の形態1〜3においては、CCD型の固体撮像装置の例について説明したが、上記各実施の形態における構成は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置にも適用できる。
In the present embodiment, the
(2) In
(3) In the second embodiment, the surface layer of the n-type
(4) In the first to third embodiments, an example of a CCD type solid-state imaging device has been described. However, the configuration in each of the above embodiments can also be applied to a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device. .
本発明は、固体撮像装置に関し、特にシリコン基板と絶縁膜との界面に生じる界面準位に起因する暗電流の発生を防止する技術として利用できる。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and in particular, can be used as a technique for preventing generation of dark current due to an interface state generated at an interface between a silicon substrate and an insulating film.
1 フォトダイオード
2 垂直CCD
3 出力アンプ
4 水平CCD
10、100、200、300 固体撮像装置
11、101 シリコン基板
12、107 p型ウェル層
13、108 n型受光部
14 p型不純物高濃度層
15、102 絶縁膜
16、109 p型素子分離部
19、103 ゲート電極
20、104 層間絶縁膜
21、105 遮光膜
106 表面再結合層
18、110 n型電荷転送部
17、111 p型領域
206、306 p型不純物不連続層
1061 シリコン層
1062 不連続層
41、151 電子エネルギーのレベル
42、152 伝導帯の下端のエネルギーバンド
43、153 価電子帯の上端のエネルギーバンド
51 シリコン酸化膜
90 n型受光部108を構成する主要元素(Si又はGe)
91 格子空間
92 ボロン(B)
93 空孔
131 ボロン(B)をイオン注入した後、アニールを行う前における、対照サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布
132 アニール後の対照サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布
133 p型不純物不連続層206が形成されている領域
134 n型受光層108が形成されている領域
135 ボロン(B)をイオン注入した後、アニールを行う前における、試験サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布
136 アニール後の試験サンプルにおける、ボロン(B)の濃度分布
137 p型不純物不連続層306が形成されている領域
138 n型受光層108が形成されている領域
161 実施の形態2に係る製造方法に従って、p型不純物不連続層206が形成された場合における、ボロン(B)の濃度分布
162 従来法に従って、ボロン(B)がイオン注入された場合における、ボロン(B)の濃度分布
163 n型受光部が形成されている領域における濃度分布範囲
1 Photodiode 2 Vertical CCD
3 Output amplifier 4 Horizontal CCD
10, 100, 200, 300 Solid-
14 p-type impurity high-
91
93
Claims (30)
前記光電変換領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記光電変換領域とは異なるバンド不連続領域が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a photoelectric conversion region is formed in a portion near one main surface of a semiconductor substrate where external light is incident, and an external light incident side in the photoelectric conversion region is covered with a light-transmissive insulating film. There,
A solid-state imaging device, wherein a band discontinuous region having a composition and a band gap of main elements different from those of the photoelectric conversion region is formed between the photoelectric conversion region and the insulating film.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a band gap in the band discontinuous region is smaller than a band gap in the photoelectric conversion region.
前記電荷転送領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成が前記電荷転送領域と異なり、バンドギャップが、前記電荷転送領域より小さい第2バンド不連続領域が形成されている
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 A charge transfer region that is covered with the insulating film and serves as a transfer destination of electrons generated in the photoelectric conversion region is formed at a position close to the photoelectric conversion region in the semiconductor substrate.
A second band discontinuous region having a band gap smaller than that of the charge transfer region is formed between the charge transfer region and the insulating film, the composition of a main element being different from that of the charge transfer region. The solid-state imaging device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a main element constituting the photoelectric conversion region is silicon, and a main element constituting the band discontinuous region is silicon, germanium, or carbon.
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the composition of the main element in the band discontinuous region is configured with a composition ratio lattice-matched to the semiconductor substrate.
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a composition ratio Ge / C of germanium and carbon in the band discontinuous region is 6.4 or more and 11.1 or less.
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the band discontinuous region includes a plurality of layers having different elemental compositions of silicon, germanium, and carbon.
ことを特徴とする請求項2〜7の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the band discontinuous region further includes an impurity having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region.
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a main element constituting the charge transfer region is silicon, and main elements constituting the band discontinuous region are silicon, germanium, and carbon.
ことを特徴とする請求項9記載の固体撮像装置。 10. The solid-state imaging device according to claim 9, wherein a composition of a main element in the second band discontinuous region is configured with a composition ratio lattice-matched to the semiconductor substrate.
ことを特徴とする請求項9記載の固体撮像装置。 10. The solid-state imaging device according to claim 9, wherein a composition ratio Ge / C between germanium and carbon in the second band discontinuous region is 6.4 or more and 11.1 or less.
ことを特徴とする請求項9記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the second band discontinuous region includes a plurality of layers having different elemental compositions of silicon, germanium, and carbon.
ことを特徴とする請求項3、9〜12の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 3 and 9 to 12, wherein the second band discontinuous region further includes an impurity having a conductivity type different from a conductivity type of the photoelectric conversion region.
ことを特徴とする請求項8又は13に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 8 or 13, wherein a conductivity type of the photoelectric conversion region is an n-type, and a conductivity type different from the conductivity type is a p-type.
前記バンド不連続領域は、2層から構成され、
前記2層の内、前記絶縁膜側に位置する1層は、シリコンを主要元素として含み、
前記光電変換領域側に位置する他の1層は、少なくともシリコンとゲルマニウムを主要元素として含み、
前記2層はさらに、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物を含んでいる
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The main element constituting the photoelectric conversion region is silicon,
The band discontinuous region is composed of two layers,
Of the two layers, one layer located on the insulating film side includes silicon as a main element,
The other layer located on the photoelectric conversion region side contains at least silicon and germanium as main elements,
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the two layers further include an impurity having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region.
前記バンド不連続領域は、少なくともシリコンとゲルマニウムを主要元素として含むイントリンシックな1つの半導体層から構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The main element constituting the photoelectric conversion region is silicon,
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the band discontinuous region is configured by one intrinsic semiconductor layer containing at least silicon and germanium as main elements.
前記バンド不連続領域は、2層から構成され、
前記2層の内、前記絶縁膜側に位置する1層は、シリコンを主要元素として含むとともに、さらに、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物を含み、
前記光電変換領域側に位置する他の1層は、少なくともシリコンとゲルマニウムを主要元素として含むイントリンシックな半導体層である
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The main element constituting the photoelectric conversion region is silicon,
The band discontinuous region is composed of two layers,
Of the two layers, one layer located on the insulating film side includes silicon as a main element, and further includes impurities of a conductivity type different from the conductivity type of the photoelectric conversion region,
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the other one layer positioned on the photoelectric conversion region side is an intrinsic semiconductor layer containing at least silicon and germanium as main elements.
ことを特徴とする請求項15又は17に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 15 or 17, wherein a conductivity type of the photoelectric conversion region is an n-type, and a conductivity type different from the conductivity type is a p-type.
前記光電変換領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記光電変換領域とは異なるバンド不連続領域を有する表面再結合層を形成する再結合層形成ステップを
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Manufacture of a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion region is formed in a portion near one main surface of a semiconductor substrate where external light is incident, and an external light incident side in the photoelectric conversion region is covered with a light-transmissive insulating film A method,
A recombination layer forming step of forming a surface recombination layer having a band discontinuous region different from the photoelectric conversion region between the photoelectric conversion region and the insulating film in a composition and a band gap of main elements. A method of manufacturing a solid-state imaging device.
エピタキシャル法により、前記表面再結合層を前記半導体基板上に堆積させる堆積ステップと、
前記半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に、前記光電変換領域を形成する形成ステップと、
前記半導体基板に堆積された前記表面再結合層を絶縁膜で被覆する被覆ステップと
を含むことを特徴とする請求項19記載の固体撮像装置の製造方法。 The recombination layer forming step includes:
A deposition step of depositing the surface recombination layer on the semiconductor substrate by an epitaxial method;
Forming the photoelectric conversion region in a portion where external light is incident in the vicinity of one main surface of the semiconductor substrate;
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 19, further comprising: a covering step of covering the surface recombination layer deposited on the semiconductor substrate with an insulating film.
前記半導体基板の一方の主面近傍における、外光が入射される部分に、不純物をドープして前記光電変換領域を形成する第1形成ステップと、
形成された前記光電変換領域に、その主成分元素とは異なる元素をイオン注入することにより、前記表面再結合層を形成する第2形成ステップと
を含むことを特徴とする請求項19記載の固体撮像装置の製造方法。 The recombination layer forming step includes:
A first formation step of forming the photoelectric conversion region by doping an impurity in a portion near one main surface of the semiconductor substrate where external light is incident;
The solid formation according to claim 19, further comprising: a second forming step of forming the surface recombination layer by ion implantation of an element different from the main component element into the formed photoelectric conversion region. Manufacturing method of imaging apparatus.
前記再結合層形成ステップは、さらに、アモルファス化された前記光電変換領域に、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物をイオン注入して前記表面再結合層に不純物領域を形成する第3形成ステップを
含むことを特徴とする請求項21記載の固体撮像装置の製造方法。 The second forming step amorphizes the crystal structure of the photoelectric conversion region by ion-implanting an element different from the main component element of the photoelectric conversion region by a predetermined dose or more,
In the recombination layer forming step, an impurity region is formed in the surface recombination layer by ion-implanting impurities having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region into the amorphous photoelectric conversion region. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 21, further comprising: 3 forming step.
前記再結合層形成ステップは、さらに、アモルファス化された構造の前記光電変換領域に、前記光電変換領域の導電型と異なる導電型の不純物をイオン注入する前に、炭素をイオン注入する炭素注入ステップ
を含むことを特徴とする請求項22記載の固体撮像装置の製造方法。 The main component element is silicon, and the different element is germanium;
The recombination layer forming step further includes a carbon implantation step in which carbon is ion-implanted into the photoelectric conversion region having an amorphized structure before an impurity having a conductivity type different from that of the photoelectric conversion region is ion-implanted. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 22, comprising:
ことを特徴とする請求項22又は23記載の固体撮像装置の製造方法。 24. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 22, wherein the predetermined dose is 5 × 10 13 pieces / cm 2 .
ことを特徴とする請求項20記載の固体撮像装置の製造方法。 21. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 20, wherein main elements constituting the surface recombination layer are silicon, germanium, and carbon.
ことを特徴とする請求項25記載の固体撮像装置の製造方法。 26. The solid-state imaging device according to claim 25, wherein in the deposition step, a plurality of layers having different elemental compositions of the main element are stacked to form the surface recombination layer on the semiconductor substrate. Production method.
ことを特徴とする請求項25又は26記載の固体撮像装置の製造方法。 27. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 25 or 26, wherein a composition ratio Ge / C of germanium and carbon in the elemental composition of the main element is 6.4 or more and 11.1 or less.
前記再結合層形成ステップにおいては、さらに、前記電荷転送領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成が前記電荷転送領域と異なり、バンドギャップが、前記電荷転送領域より小さい第2バンド不連続領域を有する第2表面再結合層を形成する
ことを特徴とする請求項19記載の固体撮像装置の製造方法。 A charge transfer region that is covered with the insulating film and serves as a transfer destination of electrons generated in the photoelectric conversion region is formed at a position close to the photoelectric conversion region in the semiconductor substrate.
In the recombination layer forming step, a second band band gap smaller than that of the charge transfer region and having a band gap smaller than that of the charge transfer region is formed between the charge transfer region and the insulating film. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 19, wherein the second surface recombination layer having a continuous region is formed.
前記電荷転送領域と前記絶縁膜との間に、主要元素の組成及びバンドギャップが、前記電荷転送領域とは異なるバンド不連続領域が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion region is formed in the vicinity of one main surface of the semiconductor substrate where external light is incident, and a charge serving as a transfer destination of electrons generated in the photoelectric conversion region is located near the photoelectric conversion region. A solid-state imaging device in which a transfer region is formed, and the external light incident side and the charge transfer region in the photoelectric conversion region are covered with a single light-transmissive insulating film,
A solid-state imaging device, wherein a band discontinuous region having a composition and a band gap of main elements different from those of the charge transfer region is formed between the charge transfer region and the insulating film.
ことを特徴とする請求項29記載の固体撮像装置。 30. The solid-state imaging device according to claim 29, wherein a band gap in the band discontinuous region is smaller than a band gap in the charge transfer region.
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