特許 6871164 固体撮像装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6871164

(24)【登録日】2021年4月19日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】固体撮像装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/148 20060101AFI20210426BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20210426BHJP

   H04N 5/33 20060101ALN20210426BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/148 B

   H04N5/369

   !H04N5/33

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-542673(P2017-542673)

(86)(22)【出願日】2016年2月5日

(86)【国際出願番号】JP2016000616

(87)【国際公開番号】WO2017056345

(87)【国際公開日】20170406

【審査請求日】2019年1月18日

(31)【優先権主張番号】特願2015-192929(P2015-192929)

(32)【優先日】2015年9月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】515026362

【氏名又は名称】タワー パートナーズ セミコンダクター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 広樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 浩司

【審査官】 今井 聖和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２５８９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２２７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３４９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８８２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６０１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ２７／１４８

Ｈ０４Ｎ ５／３６９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に複数の画素が行列状に配列され、
前記複数の画素のそれぞれは、光電変換領域と、前記光電変換領域の間を分離する素子分離領域とを備え、
前記基板は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１のエピタキシャル層と、前記第１のエピタキシャル層上に形成された第２のエピタキシャル層とを含み、
前記光電変換領域は、前記第１のエピタキシャル層に形成された光電変換領域第１層と、前記第２のエピタキシャル層において深さ方向に単一の光電変換領域第２層とによって前記第１のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に跨がって形成されており、
前記素子分離領域は、前記第１のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に跨がって形成されており、
前記第１のエピタキシャル層中に、前記光電変換領域に発生した過剰電荷を排出するためのドレイン部を備え、
前記ドレイン部の導電型は、前記第１のエピタキシャル層とは異なる導電型であり、
前記光電変換領域は、前記素子分離領域及び前記ドレイン部によって周囲及び下方を取り囲まれており、
前記ドレイン部のポテンシャルバリアは、前記素子分離領域のポテンシャルバリアよりも低いことを特徴とする固体撮像装置。

【請求項2】

請求項１の固体撮像装置において、
前記素子分離領域は、前記第１のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に不純物が導入された領域であり、前記素子分離領域の深さ方向の全体に亘って、当該素子分離領域に隣接する前記光電変換領域よりも高いポテンシャルバリアを有することを特徴とする固体撮像装置。

【請求項3】

請求項１又は２の固体撮像装置において、
前記第２のエピタキシャル層に設けられた部分の前記光電変換領域の不純物濃度は、前記第１のエピタキシャル層に設けられた部分の前記光電変換領域の不純物濃度以上であることを特徴とする固体撮像装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１つの固体撮像装置において、
前記光電変換領域から電荷を読み出すための読出部と、
前記読出部を制御するための読出電極とを備え、
前記読出部のポテンシャルバリアは、前記素子分離領域のポテンシャルバリアよりも低いことを特徴とする固体撮像装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１つの固体撮像装置において、
前記第１のエピタキシャル層と前記第２のエピタキシャル層との間に少なくとも１つの他のエピタキシャル層を更に備え、
前記光電変換領域及び前記素子分離領域は、前記他のエピタキシャル層にも形成され、
前記少なくとも１つの他のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に設けられた部分の前記光電変換領域の不純物濃度は、それぞれ、前記基板の深い側に隣接する前記他のエピタキシャル層の１つ又は前記第１のエピタキシャル層に設けられた部分の前記光電変換領域の不純物濃度以上であることを特徴とする固体撮像装置。

【請求項6】

半導体基板上に、第１のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第１のエピタキシャル層に、光電変換領域第１層、前記光電変換領域第１層の周囲及び下方を囲む素子分離領域第１層及びドレイン部を形成する工程と、
前記光電変換領域第１層及び前記素子分離領域第１層を覆うように、前記第１のエピタキシャル層上に第２のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第２のエピタキシャル層に、前記光電変換領域第１層上に連続する深さ方向に単一の領域として光電変換領域第２層を形成すると共に、前記素子分離領域第１層上に連続する素子分離領域第２層を形成する工程とを備え、
前記光電変換領域第１層及び前記光電変換領域第２層によって、前記第１のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に跨がる光電変換領域が構成され、
前記素子分離領域第１層及び前記素子分離領域第２層によって、前記第１のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に跨がる素子分離領域が構成され、
前記ドレイン部の導電型は、前記第１のエピタキシャル層とは異なる導電型であり、
前記ドレイン部のポテンシャルバリアは、前記素子分離領域のポテンシャルバリアよりも低いことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

【請求項7】

請求項６の固体撮像装置の製造方法において、
前記素子分離領域第１層及び前記素子分離領域第２層は、前記第１のエピタキシャル層及び前記第２のエピタキシャル層に不純物を導入することにより形成し、前記素子分離領域の深さ方向の全体に亘って、当該素子分離領域に隣接する前記光電変換領域よりもポテンシャルバリアを高くすることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

【請求項8】

請求項６又は７の固体撮像装置の製造方法において、
前記光電変換領域第２層の不純物濃度を、前記光電変換領域第１層の不純物濃度よりも高くすることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固体撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、赤外感度を向上したイメージセンサが多く提案されている。例えば、シリコン基板を用いたイメージセンサの場合、シリコンは赤外線の吸収係数が小さいので、赤外感度を向上するために、光電変換を行うフォトダイオードの厚さを大きく（例えば３μｍ以上に）した装置が提案されている。具体例として、特許文献１では、フォトダイオードの厚さが１０μｍの例も示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−６０１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記のような光電変換領域を厚くした固体撮像装置において、画素間の混色増加、感度の低下、読み出し不良等の性能低下が発生する。

【0005】

このことに鑑みて、本発明の目的は厚い光電変換領域を有する固体撮像装置において、性能低下を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願発明者らは上記のような性能低下の原因を検討し、光電変換領域を厚くしたことにより、光電変換領域を囲む素子分離領域のポテンシャルバリアが基板の深い部分には十分形成されていないこと、光電変換領域における深さ方向の電位勾配が望ましい形に形成されていないことに注目した。つまり、光電変換領域を厚くした結果、レジストマスクを使用したイオン注入等を単純に用いる方法では適切な電位勾配及び素子分離の形成が困難となっており、このことが混色、感度低下及び読み出し不良等の原因となっていることに注目した。

【0007】

そこで、前記の目的を達成するために、本開示に係る第１の固体撮像装置は、基板上に複数の画素が行列状に配列され、複数の画素のそれぞれは、光電変換領域と、光電変換領域の間を分離する素子分離領域とを備え、基板は、半導体基板と、半導体基板上に形成された第１のエピタキシャル層と、第１のエピタキシャル層上に形成された第２のエピタキシャル層とを含み、光電変換領域及び素子分離領域は、第１のエピタキシャル層及び第２のエピタキシャル層に跨がって形成されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、複数のエピタキシャル層に跨がって光電変換領域及び素子分離領域を形成することにより、光電変換領域の厚さに関わらず、光電変換領域を囲む素子分離領域のポテンシャルバリアを形成し、また、光電変換領域の電位勾配をより適切に形成することができる。これにより、混色、感度低下、読み出し不良等の性能低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施形態における例示的固体撮像装置の断面構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、図１の固体撮像装置の不純物濃度に関して示す図である。

【図3】図３は、半導体基板、第１のエピタキシャル層及び第２のエピタキシャル層の３層について、深さとｎ型不純物の濃度を示す図である。

【図4】図４は、図３の３層に対し不純物注入を行った際の深さとポテンシャルとの関係を示す図である。

【図5】図５は、図１の固体撮像装置の製造方法を示す図である。

【図6】図６は、図５に続いて、図１の固体撮像装置の製造方法を示す図である。

【図7】図７は、図６に続いて、図１の固体撮像装置の製造方法を示す図である。

【図8】図８は、図７に続いて、図１の固体撮像装置の製造方法を示す図である。

【図9】図９は、光電変換層の厚さが大きい通常の固体撮像装置を示す図である。

【図10】図１０は、図９の固体撮像装置において混色が生じる理由を示す図である。

【図11】図１１は、図１０のXI-XI線におけるポテンシャルを示す図である。

【図12】図１２は、図１０のXII-XII線におけるポテンシャルを示す図である。

【図13】図１３は、図１０のA-A線におけるポテンシャルの一例を示す図である。

【図14】図１４は、図１０のA-A線におけるポテンシャルの一例を示す図である。

【図15】図１５は、図１０のA-A線におけるポテンシャルの一例を示す図である。

【図16】図１６は、図１０のA-A線におけるポテンシャルの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の固体撮像装置について、図面を参照して説明する。初めに、厚い光電変換領域を有する固体撮像装置において、混色、感度低下、読み出し不良等が生じる原因について説明する。

【0011】

図９は、赤外感度を向上するために光電変換領域を厚くした固体撮像装置１００の断面を模式的に示す図である。シリコン基板１５０上にオーバーフローバリア層１６０が形成され、その更に上に高抵抗エピタキシャル層１７０が形成されている。高抵抗エピタキシャル層１７０には、フォトセンサ１１０、垂直転送レジスタ１２０、チャネルストップ領域１４０等が設けられている。オーバーフローバリア層１６０は、シリコン基板１５０に対し、エピタキシャル層１７０形成前にイオン注入を行って形成したものであり、全体的なバリア領域１６０Ｂと、垂直転送レジスタ１２０の下方の高濃度バリア領域１６０Ａとを含む。

【0012】

固体撮像装置１００において、エピタキシャル層１７０は例えば１０μｍの厚さがあり、このことによって近赤外線領域の感度向上を図っている。

【0013】

このような固体撮像装置において、垂直転送レジスタ１２０とオーバーフローバリア層１６０との間において、素子分離のためのポテンシャルバリアが形成されていない領域が存在する。この領域の近傍で光電変換により電荷が生じると、電荷が隣接する画素に漏れて、画素間の混色が発生してしまう。

【0014】

これについて、図１０を参照して更に説明する。図１０は、固体撮像装置の断面をより模式的に示すものであり、概ね画素２つ（画素２０１及び画素２０２）に対応する範囲が示されている。また、半導体基板上に形成されたフォトダイオード等の光電変換領域２１０と、光電変換領域２１０同士の間に設けられて不純物の導入等によりポテンシャル勾配を形成した素子分離領域２１１とが示されている。素子分離領域２１１は、浅い側から深い側に２１１ａ、２１１ｂ及び２１１ｃの３つの区域を有する。

【0015】

次に、図１１及び図１２は、図１０のXI-XI線及びXII-XII線の断面におけるポテンシャルを示す。横軸は図１０の画素２０１及び画素２０２に対応する位置を示し、縦軸は各一におけるポテンシャルを示している。図１０のXI-XI線の深さは、図９におけるオーバーフローバリア層１６０に対応し、図１１に示す通り画素間の素子分離領域２１１にポテンシャルバリアが形成されて、画素間が分離されている。

【0016】

従って、この深さであれば、電荷を画素内に保持する作用が働く。これに対し、図１０のXII-XII線の深さは、図１０におけるオーバーフローバリア１６０よりも上方のエピタキシャル層１７０に対応する。この深さでは、図１２に示す通りポテンシャルバリアが十分に形成されておらず、結果として画素間が十分に分離されていないので、電荷が画素内に保持されるとは限らない。この結果、画素２０１における光電変換領域２１０の深部にて発生した信号電荷２２０は、図１０の矢印２２１に示すように画素２０１の信号として読み出される他に、矢印２２２に示すように隣接する画素２０２に流れ込み、画素２０２の信号として読み出される可能性がある。矢印２２２のように電荷が読み出された場合、混色が発生する。

【0017】

ここで、図１０に示す通り、素子分離領域２１１の深い区域２１１ｃのポテンシャルバリアは、エピタキシャル層１７０の形成前に半導体基板１１にイオン注入等を行うことによって形成することができる。また、エピタキシャル層１７０を形成した後のイオン注入等により、素子分離領域２１１の浅い区域２１１ａのポテンシャルバリアを形成することもできる。しかしながら、光電変換領域２１０が厚い場合、イオン注入等の一般的な方法では、エピタキシャル層１７０における深部となる中間の区域２１１ｂにおいて十分なポテンシャルバリアを形成することには障害がある。つまり、より深くイオン注入を行うためには注入エネルギーを高める必要があり、これに伴って注入の際のマスク層も厚くする必要がある。しかしながら、画素の微細化が進行し、十分に厚く且つ微細なマスクを形成することは難しくなっている。

【0018】

尚、素子分離領域は、イオン注入の他に、半導体層に酸化膜等を埋め込むことにより形成することもできる。しかしながら、このような素子分離領域についても、深さの増加及び微細化により実現は困難になっている。

【0019】

次に、半導体装置１００における赤外感度低下と読み出し不良について説明する。

【0020】

図１３、図１４、図１５及び図１６は、図１０における深さに対応するポテンシャルを示す。横軸は表面からの深さ、縦軸はポテンシャルを示しており、実線が光電変換領域２１０のポテンシャルであって、図１０のA-A線に対応する。尚、破線は光電変換領域２１０に隣接する素子分離領域２１１のポテンシャルである。

【0021】

光電変換領域２１０の深部にて発生した信号電荷を読み出すためには、図１３のように、深部から読出部側（浅い側）に向かって滑らかに電位勾配が形成されていることが望ましい。これに対し、図１４に示すように、基板側（深い側）に向かって低下する電位勾配が形成されてしまうと、電荷の一部を読み出すことができず、感度が低下する。また、図１５のように深部側から浅い側への電位勾配が小さいと、読出部側への電荷転送が困難になり、読み出し特性が悪化する。

【0022】

ここで、図１６に示すように、読出部側に向かって積極的に電位勾配を設けるために、読み出し側の電位を深くすることが考えられる。しかしながら、表面付近において読み出しのために越えるべきバリアが高くなるので、読み出し特性が悪化する。

【0023】

光電変換領域の厚さが大きくなると、望ましい電位勾配を形成することが難しくなり、結果として、読み出し特性の不良が発生しやすくなる。

【0024】

（固体撮像装置）
以上のことに対応する本開示の技術について、以下に説明する。図１は、本開示の例示的固体撮像装置１０の断面を模式的に示す図である。

【0025】

図１に示す通り、固体撮像装置１０は、例えばシリコン基板である半導体基板１１を用いて形成されている。半導体基板１１上には第１導電形（ここではｎ型）の第１のエピタキシャル層１２及び第１導電型の第２のエピタキシャル層１３が順次積層されている。第１のエピタキシャル層１２及び第２のエピタキシャル層１３に跨がって（言い換えると、第１のエピタキシャル層１２と第２のエピタキシャル層１３との境界を横切り、第１のエピタキシャル層１２と第２のエピタキシャル層１３とに連続して）、不純物の導入により、光電変換領域１４と、素子分離領域１５とが形成されている。光電変換領域１４は、第１のエピタキシャル層１２に形成された光電変換領域第１層１４ａと、第２のエピタキシャル層１３に形成された光電変換領域第２層１４ｂとを有する。同様に、素子分離領域１５は、第１のエピタキシャル層１２に形成された素子分離領域第１層１５ａと、第２のエピタキシャル層１３に形成された素子分離領域第２層１５ｂとを有する。

【0026】

また、第２のエピタキシャル層１３上には、読み出しゲート１７が形成されている。更に、第１のエピタキシャル層１２中における光電変換領域１４の下方の領域に、余剰電荷を排出するためのオーバーフローバリア１６が形成されている。

【0027】

ここで、第１のエピタキシャル層１２の膜厚は、例えば３μｍ以上で且つ１０μｍ以下である。また、第２のエピタキシャル層１３の膜厚は、例えば１μｍ以上で且つ１０μｍ以下である。第１のエピタキシャル層１２及び第２のエピタキシャル層１３は、その抵抗値がｎ型層の場合に例えばいずれも０．１Ω・ｃｍ以上で且つ１００Ω・ｃｍ以下である。また、第２のエピタキシャル層１３の抵抗値は、第１のエピタキシャル層１２の抵抗値と同じであるか、それよりも小さくなるように形成されている。

【0028】

また、素子分離領域１５は、その深さ方向の全体に亘って、光電変換領域１４の中央部に対して十分に高いポテンシャルバリアを形成している。これに関し、図２には、光電変換領域１４、素子分離領域１５等の不純物濃度分布を示している。

【0029】

具体的に、図２において、ｎ型の第１のエピタキシャル層１２上に、ｎ型の第２のエピタキシャル層１３が形成されている。第１のエピタキシャル層１２には、ｐ型不純物層である素子分離領域第１層１５ａが形成されている。また、第２のエピタキシャル層１３には、ｐ型不純物層である素子分離領域第２層１５ｂが形成されている。光電変換領域１４については、素子分離領域１５に囲まれた部分の第１のエピタキシャル層１２及び第２のエピタキシャル層１３をそのまま利用するのであっても良いし、ｎ型の不純物、例えばリン、ヒ素等を導入して形成されていても良い。

【0030】

以上のように、光電変換領域１４が厚くなった場合にも、その深さ方向の全体に亘って光電変換領域１４の周囲にポテンシャルバリアを有する素子分離領域１５を設けることにより、混色を抑制することができる。

【0031】

尚、第２のエピタキシャル層１３の深部には、素子分離領域第１層１５ａ及び光電変換領域第１層１４ａの下方に、ｐ型不純物層であるオーバーフロードレイン１６が形成されている。

【0032】

また、第２のエピタキシャル層１３の抵抗値の調整と不純物注入により、オーバーフローバリア１６から読出部（第２のエピタキシャル層１３の上部）に向かって電荷を転送可能なポテンシャル勾配が形成されている。

【0033】

これについて、図３及び図４を参照して説明する。

【0034】

図３は、半導体基板１１上に第１のエピタキシャル層１２が形成され、更にその上に第２のエピタキシャル層１３が形成された構造について、深さとｎ型不純物であるリン（Ｐ）の濃度との関係を示している。横軸が深さであって、第２のエピタキシャル層１３の上面を原点とする。従って、浅い側から第２のエピタキシャル層１３、第１のエピタキシャル層１２、半導体基板１１となる。ここでは、第２のエピタキシャル層１３の濃度が異なる４つの曲線（ａ、ｂ、ｃ及びｄ）を示している。

【0035】

また、図４は、図３に示した第１のエピタキシャル層１２及び第２のエピタキシャル層１３に対して不純物注入を行い、光電変換領域１４を形成した際の深さとポテンシャルとの関係を示す。不純物注入の条件（濃度、ドーズ量等）は一定であるが、第２のエピタキシャル層１３の濃度の４水準に対応して、ポテンシャルのプロファイルが異なっている。ここで、図３及び図４のａ、ｂ、ｃ及びｄの符号が対応する。つまり、図３において最もＰ濃度の高いａの場合が、図４において最もポテンシャルの値の大きいａに対応している。ｂ、ｃ、ｄについてもそれぞれ同様である。このように、例えば２つのエピタキシャル層の不純物濃度を調整することにより、望ましいポテンシャル勾配を形成して、読み出し特性を改善することができる。

【0036】

これにより、望ましい読み出し特性を実現することができる。

【0037】

（固体撮像装置の製造方法）
次に、固体撮像装置１０の製造方法について、図５〜図８を参照して説明する。

【0038】

初めに、図５に示すように、半導体基板１１上に、第１のエピタキシャル層１２を成長させる。半導体基板１１は、例えばシリコン基板であって、ｎ型不純物としてのＰの濃度が１×１０^１３〜１×１０^１８ｃｍ^−３である。また、第１のエピタキシャル層１２は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い、ｎ型不純物濃度が１×１０^１３〜１×１０^１６ｃｍ^−３となるようにシリコンにより形成する。

【0039】

ここで、半導体基板１１の濃度ムラの影響を抑制するために、半導体基板１１とエピタキシャル層１２との間に、半導体基板１１と同等のN型不純物濃度を有するエピタキシャル層を例えば膜厚１〜６μｍ程度に設けても良い（図示はしていない）。

【0040】

次に、図６の工程を行う。まず、第１のエピタキシャル層１２内に、オーバーフローバリア１６、素子分離領域第１層１５ａ及び光電変換領域第１層１４ａを形成する。このためには、例えば、フォトリソグラフィー技術を利用してマスクを作成し、イオン注入法を利用して不純物を導入する。

【0041】

オーバーフローバリア１６を形成するには、例えば、ｐ型不純物としてＢを用い、注入エネルギー１０００〜１００００ｋｅＶで且つドーズ量１×１０^１０〜１×１０^１３ｃｍ^−２の条件により注入を行う。素子分離領域第１層１５ａを形成するには、ｐ型不純物としてＢを用い、注入エネルギー５０〜１００００ｋｅＶで且つドーズ量１×１０^１０〜１×１０^１３ｃｍ^−２の条件により注入を行う。同様に、光電変換領域第１層１４ａを形成するには、ｎ型不純物としてＰを用い、注入エネルギー１００〜１００００ｋｅＶで且つドーズ量１×１０^１０〜１×１０^１３ｃｍ^−２の条件により注入を行う。但し、ｎ型不純物としてＰの代わりにＡｓを注入しても良いし、光電変換領域第１層１４ａのための不純物注入は行わず、第１のエピタキシャル層１２が含有する不純物を利用して光電変換領域として機能させることも可能である。

【0042】

次に、図７に示すように、第１のエピタキシャル層１２上に第２のエピタキシャル層１３を形成する。これは、第１のエピタキシャル層１２と同様に形成すれば良い。但し、第２のエピタキシャル層１３の不純物濃度は、第１のエピタキシャル層１２の不純物濃度よりも高くすることが望ましい。ここでは、例えば１×１０^１０〜１×１０^１３ｃｍ^−３とする。

【0043】

次に、図８に示すように、第２のエピタキシャル層１３に素子分離領域第２層１５ｂ及び光電変換領域第２層１４ｂを形成する。これらは、図６の項程と同様に、例えばフォトリソグラフィー技術及びイオン注入技術を用いて形成する。

【0044】

素子分離領域第２層１５ｂを形成するには、例えばｐ型不純物としてＢを用い、注入エネルギー５０〜１００００ｋｅＶで且つドーズ量１×１０^１０〜１×１０^１３ｃｍ^−２の条件により注入を行う。同様に、光電変換領域第２層１４ｂを形成するには、ｎ型不純物としてＰを用い、注入エネルギー１００〜１００００ｋｅＶで且つドーズ量１×１０^１０〜１×１０^１３ｃｍ^−２の条件により注入を行う。

【0045】

但し、ｎ型不純物としてＰの代わりにＡｓを注入しても良いし、光電変換領域第２層１１４ｂのための不純物注入は行わず、第２のエピタキシャル層１３が含有する不純物を利用して光電変換領域として機能させることも可能である。

【0046】

この際、素子分離領域第２層１５ｂを素子分離領域第２層１５ｂと接続させて素子分離領域１５を構成し、第１のエピタキシャル層１２と第２のエピタキシャル層１３とに跨がる範囲に素子分離領域１５が設けられるようにする。また、光電変換領域第２層１４ｂと光電変換領域第１層１４ａとにより、光電変換領域１４を構成する。

【0047】

この後、第２のエピタキシャル層１３上部に読み出し領域（図示せず）を形成し、更に、第２のエピタキシャル層１３上に読み出しゲート１７を形成する。

【0048】

このように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法によると、比較的薄いエピタキシャル層を形成し、当該エピタキシャル層に素子分離領域及び光電変換領域をイオン注入により形成する。エピタキシャル層が薄いので、イオン注入を容易に行うことができる。このような工程を繰り返し、エピタキシャル層を積層して、各エピタキシャル層に形成した部分の素子分離領域及び光電変換領域を深さ方向に連続させる。

【0049】

このような製造方法を用いると、光電変換領域１４が深くなっても、その深さ方向の全体に亘って光電変換領域１４を囲むポテンシャルバリアを構成する素子分離領域１５を容易に形成することができる。また、各エピタキシャル層及び／又は光電変換領域の不純物濃度を設定することにより、望ましいポテンシャル勾配を構成することができる。

【0050】

尚、本実施形態では第１及び第２の２層のエピタキシャル層を形成したが、これには限らず、３層以上のエピタキシャル層を形成しても良い。この場合、各エピタキシャル層に素子分離領域の一部及び光電変換領域の一部を形成し、積層されたエピタキシャル層に連続するように素子分離領域第及び光電変換領域を構成する。このようにすると、光電変換領域が更に深くなった場合、更に微細化した場合等にも、確実に素子分離領域を形成することができる。

【0051】

尚、このように３層以上のエピタキシャル層を設ける場合も、各エピタキシャル層に設けられた部分の光電変換領域（光電変換領域第１層等）の不純物濃度は、より深い側に隣接するエピタキシャル層に設けられた部分の光電変換領域の不純物濃度と同じであるか、又は、より高濃度であるようにするのが望ましい。それぞれの部分の光電変換領域の不純物濃度は、対応するエピタキシャル層自体の不純物濃度と、イオン注入等により導入された不純物濃度（導入を行う場合）とによって決定される。従って、基板の表面に近い側のエピタキシャル層ほど不純物濃度を高くするのは望ましい構成であるが、必須ではない。

【0052】

また、素子分離領域１５について、本実施形態では不純物注入によるポテンシャルバリアにより実現している。しかしながら、これには限らず、例えば、エピタキシャル層に対して酸化膜、金属膜等を埋め込むことにより物理的に画素間を分離しても良い。このような素子分離領域についても、本開示のように複数層に分けて積層するように形成することで、微細に且つ深く形成することが容易になる。

【0053】

また、以上では、配線層を形成した面の側から光が入射する表面照射型の撮像装置として説明した。しかしながら、これには限られず、配線層を形成した面とは反対側から光を入射する裏面照射型の撮像装置であっても良い。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本開示の固体撮像装置は、光電変換領域が厚くなっても混色及び読み出し不良を生じにくいので、例えば赤外感度を向上した固体撮像装置及びその製造方法として有用である。

【符号の説明】

【0055】

１０ 固体撮像装置
１１ 半導体基板
１２ 第１のエピタキシャル層
１３ 第２のエピタキシャル層
１４ 光電変換領域
１４ａ 光電変換領域第１層
１４ｂ 光電変換領域第２層
１５ 素子分離領域
１５ａ 素子分離領域第１層
１５ｂ 素子分離領域第２層
１６ オーバーフロードレイン
１７ 読み出しゲート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】