JP2009266842A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減に対して有利な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、表面に設けられる拡散層領域201を有する第１導電型の半導体基板204と、底部が画素領域10における前記拡散層領域の最も深い位置D1に設けられる第１導電型の画素分離用の拡散層206-10と、周辺ロジック領域12における前記拡散層領域の最も深いD1位置に、前記半導体基板と前記周辺ロジック領域とを電気的に接続するために設けられ、前記画素分離用の拡散層と共通の第１濃度勾配co1を有する第１導電型の第１ディープ拡散層206-12とを具備する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、例えば、イメージセンサのウェル分離イオン注入工程のレイアウト等に関するものである。

イメージセンサ等の固体撮像装置では、撮像領域（Pixel region）の周辺に、例えば、水平シフトレジスタ等となる周辺ロジック領域が配置される（例えば、特許文献１参照）。ここで、上記画素領域（画素アレイ）内の画素間分離のための拡散層を形成する工程と、上記周辺ロジック領域内の基板と電気的に接続するためのディープ拡散層を形成する工程とは、その製造工程が大幅に異なる。そのため、かかる画素間分離のための拡散層を形成する工程と、上記ディープ拡散層を形成する工程とを共通化することは困難である。これは、画素領域における上記画素分離の拡散層の形成工程が、例えば、アスペクトの高いフォトレジストをマスクとして用い、かつ半導体基板の最も深い位置に形成する必要がある等の点で、特殊なためである。

ここで、半導体基板の深い位置にイオンを注入する際の高エネルギーイオン注入工程は、非常に製造コストがかかる高価な工程である。そのため、製造コストの低減の観点から、かかる高エネルギーイオン注入工程を削減することが望まれている。

しかし、従来の構成およびその製造方法では、上記半導体基板の深い位置にイオンを注入する際の高エネルギーイオン注入工程を削減することができないため、製造コストの低減に対して不利である、という問題がある。

一例として、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板表面から、２．０ミクロン［μｍ］程度の深さの位置に上記ディープ拡散層を形成しようとすると、１６００ｋｅＶ（１．６ＭｅＶ）程度の高加速エネルギーを必要とする。

さらに、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板表面から、上記と同様に、２．７ミクロン［μｍ］程度の深さの位置に上記画素分離用の拡散層を形成しようとすると、２０００ｋｅＶ（２．０ＭｅＶ）の高加速エネルギーを必要とする。

このように、従来の構成およびその製造方法では、少なくとも２回以上の高エネルギーイオン注入工程を必要とし、その高エネルギーイオン注入工程を削減することができないため、製造コストの低減に対して不利である。

上記のように、従来の固体撮像装置およびその製造方法は、製造コストの低減に対して不利であるという問題があった。
特開２００３−６０１９２号公報

この発明は、製造コストの低減に対して有利な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。

この発明の一態様によれば、表面に設けられる拡散層領域を有する第１導電型の半導体基板と、底部が画素領域における前記拡散層領域の最も深い位置に設けられる第１導電型の画素分離用の拡散層と、周辺ロジック領域における前記拡散層領域の最も深い位置に、前記半導体基板と前記周辺ロジック領域とを電気的に接続するために設けられ、前記画素分離用の拡散層と共通の第１濃度勾配を有する第１導電型の第１ディープ拡散層とを具備する固体撮像装置を提供できる。

この発明の一態様によれば、第１導電型の半導体基板中の拡散層領域に第１導電型の不純物を注入し、底部が画素領域における前記拡散層領域の最も深い位置に形成される第１導電型の画素分離用の拡散層と、周辺ロジック領域における前記拡散層領域の最も深い位置に前記半導体基板と前記周辺ロジック領域とを電気的に接続するために形成され前記画素分離用の拡散層と共通の第１濃度勾配を有する第１導電型の第１ディープ拡散層とを同時に形成する工程を具備する固体撮像装置の製造方法を提供できる。

この発明によれば、製造コストの低減に対して有利な固体撮像装置およびその製造方法が得られる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。

［第１の実施形態］
＜１．構成例＞
まず、図１乃至図３を用いて、この発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を説明する。
１−１．全体構成例
図１を用いて、本例に係る固体撮像装置の全体構成例を説明する。図示するように、本例に係る固体撮像装置（イメージセンサ）は、撮像領域（Pixel region）１０、タイミング発生回路１１、第１周辺ロジック領域（Ｐウェル領域）１２、垂直シフトレジスタ１３、および第２周辺ロジック領域（Ｎウェル領域）１４を備えている。

撮像領域（Pixel region）１０は、マトリクス状に配置された複数の単位画素（Pixel）を備える。

タイミング発生回路１１は、撮像領域１０や垂直シフトレジスタ１３等に、タイミングを制御する制御信号を送信する。

第１周辺ロジック領域（Ｐウェル領域）１２は、カラム方向に沿って撮像領域１０に隣接して配置され、後述するように、例えば、単位画素を構成する増幅トランジスタ等が配置されるものである。

垂直シフトレジスタ１３（Vertical Shift register）は、所定の信号を撮像領域１０に出力し、単位画素を行毎に選択する選択部として機能するものである。また、選択された行の単位画素からはそれぞれ、入射された光の量に応じたアナログ信号（Ｖsig）が垂直信号線（ＶＳＬ）を介して水平シフトレジスタ１４に出力される。

第２周辺ロジック領域（Ｎウェル領域）１４には、水平シフトレジスタが配置される。水平シフトレジスタは、選択パルスを撮像領域１０中の水平選択トランジスタの制御端子に出力することにより、所定の垂直信号線（ＶＳＬ）を選択する。

１−２．撮像領域の等価回路例
次に、図２を用いて、本例に係る撮像領域の等価回路例について説明する。

図示するように、撮像領域１０には、マトリクス状に配置された複数の単位画素ＰＸ（Pixel）が配置されている。

単位画素ＰＸのそれぞれは、光電変換のためのフォトダイオード１（１−１−１，１−１−２，〜，１−３−３）、その信号を読み出す読み出しトランジスタ２（２−１−１，２−１−２，〜，２−３−３）、読み出した信号電荷を増幅する増幅トランジスタ３（３−１−１，３−１−２，〜，３−３−３）、信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ４（４−１−１，４−１−２，〜４−３−３）、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ５（５−１−１，５−１−２，〜，５−３−３）を備える。尚、実際にはこれより多くの単位画素ＰＸが配列される。

垂直シフトレジスタ１３から水平方向に配線されている水平アドレス線７（７−１，〜，７−３）は垂直選択トランジスタ４のゲートに結線され、信号を読み出すラインを決めている。リセット線８（８−１，〜，８−３）はリセットトランジスタ５のゲートに結線されている。増幅トランジスタ３のソースは垂直信号線９（９−１，〜，９−３）に結線され、その一端には負荷トランジスタ１０（１０−１，〜，１０−３）が設けられている。垂直信号線９（ＶＳＬ）の他端は、水平シフトレジスタ１２から供給される選択パルスにより選択される水平選択トランジスタ１１（１１−１，〜，１１−３）を介して水平信号線１３に結線されている。

また、負荷トランジスタ１０（１０−１，〜，１０−３）のゲートは選択信号線ＳＦに接続され、ドレインは増幅トランジスタ３のソースに接続され、ソースは制御信号線ＤＣに接続されている。

１−３．断面構成例
次に、図３を用いて、本例に係る固体撮像装置の断面構成例について説明する。本例では、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を一例に挙げて、以下説明する。尚、この説明において、ソースドレイン拡散層や、層間絶縁膜２００中に配置される配線層等の詳細な図示を省略している。

図示するように、Ｐ型半導体基板２０４（P-sub）は、その表面に設けられた拡散層領域２０１、およびこの拡散層領域２０１以外の基板領域２０２を有する。そして、カラム方向に沿って、Ｐ型半導体基板２０４の拡散層領域２０１に、撮像領域１０、第１周辺ロジック領域（Ｐウェル領域）１２、および第２周辺ロジック領域（Ｎウェル領域）１４が順次配置されている。

撮像領域１０は、破線で囲って示すように複数の単位画素ＰＸ（Pixel）を備える。単位画素ＰＸのそれぞれは、Ｐ型半導体基板２０４の拡散層領域２０１に設けられる画素（間）分離用の拡散層（Ｐ−型ウェル層）２０６−１０、Ｎ−型ウェル層２０５−１０、Ｐ型ウェル層２１１、Ｎ型ウェル層２１２、ゲート電極２１３−１０、およびマイクロレンズＭＬを備えている。

画素（間）分離用の拡散層（Ｐ−型ウェル層）２０６−１０は、拡散層領域２０１中の最も深い位置Ｄ１から表面上までカラム方向に沿った画素ピッチの間隔で設けられる。また、画素分離用拡散層２０６−１０のＰ型不純物の濃度勾配は、ｃｏ２程度である。

Ｎ−型ウェル層２０５−１０は、半導体基板２０４の最も深い位置に、半導体基板２０４と単位画素間とを電気的に分離するために設けられる。

Ｐ型ウェル層２１１およびＮ型ウェル層２１２は、破線で囲って示すようにＰＮ接合され、上記単位画素を構成するフォトダイオード１−１を形成する。

ゲート電極２１３−１０および図示しないソースドレイン拡散層は、上記単位画素を構成する読み出しトランジスタ２−１を形成する。

上記フォトダイオード、読み出しトランジスタ上を覆うように層間絶縁膜２００が設けられ、フォトダイオード上に対応する層間絶縁膜２００上にマイクロレンズＭＬがそれぞれ設けられる。このマイクロレンズＭＬで集められた光が、フォトダイオードにて光電変化され、読み出しトランジスタにてそれぞれ読み出される。

第１周辺ロジック領域（Ｐウェル領域）１２は、半導体基板２０４上に設けられた、第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）２０６−１２、第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）２０７、Ｎ型拡散層２０９、Ｐ型拡散層２１０、およびゲート電極２１３−１２を備えている。

第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）２０６−１２は、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１に設けられ、半導体基板２０４と増幅トランジスタ３−１等の第１周辺ロジック領域１２とを電気的に接続するために設けられる。さらに、第１ディープ拡散層２０６−１２は、後述するように、上記の画素分離用拡散層２０６−１０と同時に形成できるため、画素分離用拡散層２０６−１０と共通の第１濃度勾配ｃｏ１（＝ｃｏ２）を有する。また、本例の場合、第１ディープ拡散層２０６−１２が設けられる拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１は、例えば、２．７ミクロン［μｍ］程度である。

第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）２０７は、半導体基板２０４中の前記第１ディープ拡散層上の位置に設けられ、第１濃度勾配ｃｏ１よりも高い第２濃度勾配ｃｏ３を有する（濃度勾配：ｃｏ１＜ｃｏ３）。

Ｎ型拡散層２０９は、第２ディープ拡散層２０７上の半導体基板２０４表面近傍に設けられる。

Ｐ型拡散層２１０は、第２ディープ拡散層２０７上の半導体基板２０４表面近傍に設けられる。

ゲート電極２１３−１２は、Ｎ型拡散層２０９上およびＰ型拡散層２１０上に設けられ、例えば、図示しないソースドレイン拡散層と共に上記単位画素ＰＸを構成する増幅トランジスタ３−１等を形成する。

第２周辺ロジック領域（Ｎウェル領域）１４は、半導体基板２０４上に設けられた、Ｎ−型拡散層２０５−１４、Ｎ型拡散層２０８、Ｎ型拡散層２０９、Ｐ型拡散層２１０、およびゲート電極２１３−１４を備えている。

Ｎ−型拡散層２０５−１４は、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１に設けられ、半導体基板２０４とゲートを有するトランジスタ等の第２周辺ロジック領域１４とを電気的に分離するために設けられる。

Ｎ型拡散層２０８は、半導体基板２０４中の上記Ｎ−型拡散層２０５−１４上の位置に設けられる。

ゲート電極２１３−１４は、Ｎ型拡散層２０９上およびＰ型拡散層２１０上に設けられ、例えば、図示しないソースドレイン拡散層と共に上記水平シフトレジスタを構成するトランジスタ回路等を形成する。

＜２．製造方法＞
次に、図４乃至図８を用いて、本例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。尚、この明細書の説明において、高エネルギーイオン注入工程とは、印加電圧が、“１ＭｅＶ（１０００ｋｅＶ）以上”のイオン注入工程であると定義する。

まず、図４に示すように、Ｐ型半導体基板（P-sub）２０４の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１（本例では、２．７ミクロン［μｍ］程度）まで、例えば、エピタキシャル成長工程を用いて、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のＮ型の不純物を注入し、Ｎ−型拡散層２０５を形成する。

続いて、図５に示すように、Ｎ−拡散層２０５上にフォトレジスト５１を塗布し、上記フォトレジスト５１に露光および現像を行って、画素領域１０の画素分離領域上および第１周辺ロジック領域１２上が露出する開口５３を有するパターンを形成する。このパターン形成工程において、フォトレジスト５１の高さＨ１は、例えば、４〜６μｍ程度であり、画素領域１０のハーフピッチＨＰは、例えば、０．７μｍ程度である。このように、高いフォトレジスト５１が必要なのは、次の工程にて、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、イオン注入を行う必要があるからである。

続いて、上記パターンのフォトレジスト５１をマスクにして拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、例えば、印加電圧Ｖ１（本例では、２０００ＫｅＶ程度）の高エネルギーにて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオン５５を注入することにより、画素分離用拡散層２０６−１０および第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）２０６−１２を同時に形成する。このように、本例では、画素分離用拡散層２０６−１０および第１ディープ拡散層２０６−１２を同時に形成できることにより、高エネルギーイオン注入工程を共通化することができる。その結果、後述する比較例に比べて、少なくとも高エネルギーイオン注入工程を２回から１回に削減することができ、製造コストの低減に対して有利である。さらに、同時に形成でき高エネルギーイオン注入工程を共通化できることから、画素分離用拡散層２０６−１０および第１ディープ拡散層２０６−１２の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１の近傍の濃度勾配は、それぞれ等しく形成される（ｃｏ１＝ｃｏ２）。

続いて、図６に示すように、上記フォトレジストを除去した後、所定のマスクパターンをマスクとして（図示せず）、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１よりも浅い位置Ｄ２まで、例えば、印加電圧（本例では、８００ＫｅＶ程度）にて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオンを注入して、先に形成したＰ−型拡散層２０６−１２と重ね打ちすることにより、第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）２０７を形成する。このように、第２ディープ拡散層２０７は、先に形成した第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）２０６−１４とイオン注入を重ね打ちにて形成できるため、このイオン注入工程２０７を、例えば、８００ＫｅＶ程度の加速エネルギーで済ますことができる。また、結果として、第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）のＰ型不純物の濃度勾配ｃｏ３は、第１ディープ拡散層よりも大きくなる（ｃｏ３＞ｃｏ１）。

続いて、画素領域１０および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板２０４の位置Ｄ２まで、上記と同様の製造工程を用いて、Ｎ型拡散層２０８、２１２を形成する。

続いて、図７に示すように、画素領域１０、第１周辺ロジック領域１２、および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板２０４の位置Ｄ３まで、上記と同様の製造工程を用いて、Ｐ型拡散層２１１、２１０を形成する。この工程において、画素領域１０に、フォトダイオード１−１を形成する。

続いて、図８に示すように、第１周辺ロジック領域１２および第２周辺ロジック領域１４におけるＮ型拡散層２０９上およびＰ型拡散層２１０上に、周知の製造工程を用いて、シリコン酸化膜およびポリシリコンを順次形成し、ゲート電極２１３を形成する。続いて、上記ゲート電極２１３をマスクとして、不純物を注入し熱拡散することにより、Ｎ型拡散層２０９中およびＰ型拡散層２１０中に、ゲート電極２１３を挟むように隔離して配置されるソースドレイン拡散層（図示せず）を形成する。

続いて、画素領域１０において、周知の製造工程を用いて、読み出しトランジスタ等を形成する。続いて、画素領域１０、および第１、第２周辺ロジック領域１０、１４上を覆うように、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いてシリコン酸化膜等を堆積することにより、層間絶縁膜を形成する（図示せず）。最後に、画素領域１０において、周知の製造工程を用いて、マイクロレンズを形成し、図３に示す固体撮像装置（イメージセンサ）を製造する。

＜３．この実施形態に係る効果＞
この実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、少なくとも下記（１）の効果が得られる。

（１）高エネルギーイオン注入工程を共通化して製造工程を削減できるため、製造コストの低減に対して有利である。

上記のように、本例に係る固体撮像装置は、底部が画素領域１０における拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１に設けられるＰ−型の画素分離用の拡散層２０６−１０と、第１周辺ロジック領域１２における拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１に半導体基板２０４と第１周辺ロジック領域１２とを電気的に接続するために設けられ、画素分離用の拡散層２０６−１０と共通の第１濃度勾配（ｃｏ１＝ｃｏ２）を有する第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）２０６−１２とを具備する。

このように、上記構成によれば、画素分離用拡散層２０６−１０および第１ディープ拡散層２０６−１２を同時に形成できるため、高エネルギーイオン注入工程を共通化することができる。そのため、例えば、後述する比較例に比べて、少なくとも高エネルギーイオン注入工程を２回から１回に削減することができる。このように、高エネルギーイオン注入工程を共通化して製造工程を削減できるため、製造コストの低減に対して有利である。

さらに、図６に示したように、第２ディープ拡散層２０７を、先に形成した第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）２０６−１４とイオン注入を重ね打ちにて形成することができる。そのため、この第２ディープ拡散層２０７を形成するイオン注入工程を、例えば、８００ＫｅＶ程度の加速エネルギーで済ますことができる点で、製造コストの低減に対して有利である。

［第２の実施形態（ディープ拡散層が画素ピッチと等しい一例）］
次に、第２の実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法について、図９乃至図１４を用いて説明する。この実施形態は、画素領域の画素ピッチと第１周辺ロジック領域に配置される第１ディープ拡散層のピッチとが共通配置である一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。

＜断面構成例＞
まず、図９を用いて、本例に係る固体撮像装置の断面構成例について説明する。
図示するように、画素領域１０の画素ピッチＰPXと第１周辺ロジック領域１２に配置される第１ディープ拡散層３０６−１２のピッチＰ306とが共通である（ＰPX＝Ｐ306）点で上記第１の実施形態と相違している。換言すると、画素分離用拡散層３０６と第１ディープ拡散層３０６−１２とが同じピッチ（一例として１．４ミクロン程度）で配置されている。

さらに、本例では、第１周辺ロジック領域１２の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１にＮ−型拡散層３０５が配置されているが、第１ディープ拡散層３０６−１２が同様に最も深い位置Ｄ１に配置されているため、Ｐ型半導体基板３０４と第１周辺ロジック領域１２との電気的な接続は確保されている。

＜製造方法＞
次に、図１０乃至図１４を用いて、本例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。

まず、図１０に示すように、Ｐ型半導体基板（P-sub）２０４中の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１（本例では、２．７ミクロン［μｍ］程度）まで、例えば、エピタキシャル成長工程を用いて、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のＮ型の不純物を注入し、Ｎ−型拡散層３０５を形成する。

続いて、図１１に示すように、Ｎ−拡散層２０５上にフォトレジスト５１を塗布し、上記フォトレジスト５１に露光および現像を行って、画素領域１０の画素分離領域上および第１周辺ロジック領域１２上が露出する開口５４を有するパターンを形成する。このパターン形成工程において、画素領域１０の画素ピッチＰPXと第１周辺ロジック領域１２に配置される第１ディープ拡散層３０６−１２のピッチＰ306とが共通である（ＰPX＝Ｐ306）ように、開口５４を形成する。

また、上記と同様に、このパターン形成工程において、フォトレジスト５１の高さＨ１は、例えば、４〜６μｍ程度であり、画素領域１０および第１周辺ロジック領域１２のハーフピッチＨＰは、例えば、０．７μｍ程度である。このように、高いフォトレジスト５１が必要なのは、次の工程にて、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、イオン注入を行う必要があるからである。

続いて、上記パターンのフォトレジスト５１をマスクにして、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、例えば、印加電圧Ｖ１（本例では、２０００ＫｅＶ程度）の高エネルギーにて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオン５５を注入することにより、画素分離用拡散層３０６−１０および第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）３０６−１２を同時に形成する。このように、本例では、画素分離用拡散層３０６−１０および第１ディープ拡散層３０６−１２を同時に形成できるため、後述する比較例に比べて、少なくとも高エネルギーイオン注入工程を２回から１回に削減することができ、製造コストの低減に対して有利である。さらに、同時に形成できることから、画素分離用拡散層３０６−１０および第１ディープ拡散層３０６−１２の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１の近傍の濃度勾配をそれぞれ等しく形成する（ｃｏ１＝ｃｏ２）。

続いて、図１２に示すように、上記フォトレジストを除去した後、所定のマスクパターンをマスクとして（図示せず）、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１よりも浅い位置Ｄ２まで、例えば、印加電圧（本例では、８００ＫｅＶ程度）にて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオンを注入してＰ−型拡散層３０６−１２と重ね打ちすることにより、第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）３０７を形成する。このように、第２ディープ拡散層３０７は、先に形成した第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）３０６−１２とイオン注入を重ね打ちにて形成できるため、このイオン注入工程３０７を、例えば、８００ＫｅＶ程度の加速エネルギーで済ますことができる。また、結果として、第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）３０７のＰ型不純物の濃度勾配ｃｏ３は、第１ディープ拡散層３０６−１２よりも大きくなる（ｃｏ３＞ｃｏ１）。

続いて、画素領域１０および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板３０４の位置Ｄ２まで、上記と同様の製造工程を用いて、Ｎ型拡散層３０８、３１２を形成する。

続いて、図１３に示すように、画素領域１０、第１周辺ロジック領域１２、および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板３０４の表面近傍の位置まで、上記と同様の製造工程を用いて、Ｐ型拡散層３１１、３１０を形成する。この工程において、画素領域１０に、フォトダイオード１−１を形成する。

続いて、図１４に示すように、第１周辺ロジック領域１２および第２周辺ロジック領域１４におけるＮ型拡散層３０９上およびＰ型拡散層３１０上に、周知の製造工程を用いて、シリコン酸化膜およびポリシリコンを順次形成し、ゲート電極３１３を形成する。続いて、上記ゲート電極３１３をマスクとして、不純物を注入し熱拡散することにより、Ｎ型拡散層３０９中およびＰ型拡散層３１０中に、ゲート電極３１３を挟むように隔離して配置されるソースドレイン拡散層（図示せず）を形成する。

続いて、周知の製造工程を用いて、マイクロレンズ等を形成し、図９に示す固体撮像装置（イメージセンサ）を製造する。

＜本例に係る効果＞
上記のように、この実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、少なくとも上記（１）と同様の効果が得られる。さらに、本例では、少なくとも下記（２）の効果が得られる。

（２）アスペクト比が大きい等の難易度が高い場合であっても、容易に製造でき、信頼性の向上に対して有利である。

上記のように、本例に係る固体撮像装置では、画素領域１０の画素ピッチＰPXと第１周辺ロジック領域１２に配置される第１ディープ拡散層３０６−１２のピッチＰ306とが共通である（ＰPX＝Ｐ306）点で上記第１の実施形態と相違している。換言すると、画素分離用拡散層３０６と第１ディープ拡散層３０６−１２とが同じピッチ（一例として１．４ミクロン程度）で配置されている。

この構成では、図１１に示したように、フォトレジスト５１の高さＨ１は、例えば、４〜６μｍ程度であり、画素領域１０および第１周辺ロジック領域１２のハーフピッチＨＰは、例えば、０．７μｍ程度であり、アスペクト比が大きく、かつ拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、所定の濃度勾配の不純物を注入する必要がある難易度の高い工程の際においても、画素領域１０および第１周辺ロジック領域１２のパターンを同様にすることができるため、製造工程を容易化することができる。さらに、この製造工程において、第２周辺ロジック領域１４には、開口５４が形成されていない。

このように、本例では、いろいろなパターンやピッチが混在するようなランダムパターンを低減できるため、画素アレイ領域内の分離イオン注入工程と周辺ロジック領域内の分離イオン注入工程とを共通化できる。

従って、本例のように、アスペクト比が大きく、かつ拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、所定の濃度勾配の不純物を注入する必要があるような難易度の高い工程の際においても、容易に画素分離用拡散層３０６−１０および第１ディープ拡散層３０６−１２を形成することができ、信頼を向上できる点で有利である。

尚、本例の場合に限らず、例えば、画素領域１０と第２周辺ロジック領域１４とが隣接し、第１、第２周辺ロジック領域１２、１４が隣接する場合であっても、同様に適用でき、同様の上記効果（２）を得ることができる。これは、上記のようなアスペクト比が大きく、かつ拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、所定の濃度勾配の不純物を注入する必要がある難易度の高い工程では、ランダムパターンがない（マスクされる）第２周辺ロジック領域１４は、その影響が低減されるからである。

［第３の実施形態（基板との接続が第１ディープ拡散層のみで構成される一例）］
次に、第３の実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法について、図１５乃至図２０を用いて説明する。この実施形態は、第１周辺ロジック領域１２において、半導体基板と第１周辺ロジック領域１２との電気的接続が、第１ディープ拡散層のみで構成される一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。

＜断面構成例＞
まず、図１５を用いて、本例に係る固体撮像装置の断面構成例について説明する。
図示するように、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１に第１ディープ拡散層４０６−１２が設けられ、第１周辺ロジック領域１２において、半導体基板２０４との電気的接続が第１ディープ拡散層４０６−１２のみで構成される点で上記第１の実施形態と相違する。換言すれば、第２ディープ拡散層がない点で上記の実施形態と相違している。

＜製造方法＞
次に、図１６乃至図２０を用いて、本例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。

まず、図１６に示すように、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１（本例では、２．７ミクロン［μｍ］程度）まで、例えば、エピタキシャル成長工程を用いて、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のＮ型の不純物を注入し、Ｎ−型拡散層４０５を形成する。

続いて、図１７に示すように、Ｎ−拡散層４０５上にフォトレジスト５１を塗布し、上記フォトレジスト５１に露光および現像を行って、画素領域１０の画素分離領域上および第１周辺ロジック領域１２上が露出する開口５３を有するパターンを形成する。また、上記と同様に、このパターン形成工程において、フォトレジスト５１の高さＨ１は、例えば、４〜６μｍ程度であり、画素領域１０および第１周辺ロジック領域１２のハーフピッチＨＰは、例えば、０．７μｍ程度である。

続いて、上記パターンのフォトレジスト５１をマスクにして、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１まで、例えば、印加電圧Ｖ１（本例では、２０００ＫｅＶ程度）の高エネルギーにて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオン５５を注入することにより、画素分離用拡散層４０６−１０および第１ディープ拡散層（Ｐ−型拡散層）４０６−１２を同時に形成する。このように、本例では、画素分離用拡散層４０６−１０および第１ディープ拡散層４０６−１２を同時に形成できるため、後述する比較例に比べて、少なくとも高エネルギーイオン注入工程を２回から１回に削減することができ、製造コストの低減に対して有利である。さらに、同時に形成できることから、画素分離用拡散層４０６−１０および第１ディープ拡散層４０６−１２の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１の近傍の濃度勾配をそれぞれ等しく形成する（ｃｏ１＝ｃｏ２）。

続いて、図１８に示すように、画素領域１０および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板２０４の位置Ｄ２まで、上記と同様の製造工程を用いて、Ｎ型拡散層４０８、４１２を形成する。

続いて、図１９に示すように、画素領域１０、第１周辺ロジック領域１２、および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板２０４の表面近傍の位置まで、上記と同様の製造工程を用いて、Ｐ型拡散層４１１、４１０を形成する。この工程において、画素領域１０に、フォトダイオード１−１を形成する。

続いて、図２０に示すように、第１周辺ロジック領域１２および第２周辺ロジック領域１４におけるＮ型拡散層４０９上およびＰ型拡散層４１０上に、周知の製造工程を用いて、シリコン酸化膜およびポリシリコンを順次形成し、ゲート電極４１３を形成する。続いて、上記ゲート電極４１３をマスクとして、不純物を注入し熱拡散することにより、Ｎ型拡散層４０９中およびＰ型拡散層４１０中に、ゲート電極４１３を挟むように隔離して配置されるソースドレイン拡散層（図示せず）を形成する。

続いて、周知の製造工程を用いて、マイクロレンズ等を形成し、図１５に示す固体撮像装置（イメージセンサ）を製造する。

＜本例に係る効果＞
上記のように、この実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、少なくとも上記（１）と同様の効果が得られる。さらに、本例では、少なくとも下記（３）の効果が得られる。

（３）製造コストの低減に対して有利である。

上記のように、本例では、第２ディープ拡散層を形成する必要がない。そのため、上記第１、第２の実施形態のような拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１よりも浅い位置Ｄ２まで、例えば、印加電圧（本例では、８００ＫｅＶ程度）にて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオンを注入してＰ−型拡散層と重ね打ちすることにより、第２ディープ拡散層（Ｐ型拡散層）３０７を形成する製造工程を削除することができる。

そのため、第２ディープ拡散層を形成するイオン注入工程（印加電圧：８００ＫｅＶ程度）を削除できる点で、製造コストの低減に対して有利である。

［比較例（画素分離用拡散層と第１ディープ拡散層とを独立に形成する一例）］
次に、上記第１乃至第３の実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法と比較するために、比較例に係る固体撮像装置の製造方法について、図２１乃至図２５を用いて説明する。この比較例は、画素分離用拡散層と第１ディープ拡散層とを独立に形成する一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。

＜製造方法＞
図２１乃至図２５を用いて、本例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。

まず、図２１に示すように、Ｐ型半導体基板（P-sub）１０４中の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１１（本例では、２．７ミクロン［μｍ］程度）まで、例えば、エピタキシャル成長工程を用いて、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のＮ型の不純物を注入し、Ｎ−型拡散層１０５を形成する。

続いて、図２２に示すように、Ｎ−拡散層１０５上にフォトレジスト１５１を塗布し、上記フォトレジスト１５１に露光および現像を行って、画素領域１０の画素分離領域上および第１周辺ロジック領域１２上が露出する開口１５３を有するパターンを形成する。このパターン形成工程において、フォトレジスト１５１の高さＨ１１は、例えば、４〜６μｍ程度であり、画素領域１０および第１周辺ロジック領域１２のハーフピッチＨＰは、例えば、０．７μｍ程度である。

続いて、上記パターンのフォトレジスト１５１をマスクにして、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１１まで、例えば、印加電圧Ｖ１１（本例では、２０００ＫｅＶ程度）の高エネルギーにて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオン１５５を注入することにより、画素分離用拡散層１０６を独立に形成する。

続いて、図２３に示すように、上記と同様に第１周辺ロジック領域１２上が露出するようなマスクパターンをマスクとして、拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１１よりも浅い位置Ｄ２２まで、例えば、印加電圧が１６００ＫｅＶ程度（１．６ＭｅＶ程度）の高エネルギーにて、ホウ素（Ｂ）やインジウム（ＩＮ）等のＰ型のイオンを注入することにより、第１ディープ拡散層１０７を独立に形成する。

このように、本比較例では、画素分離用拡散層１０６および第１ディープ拡散層１０７を同時に形成できず、別個独立に形成する。そのため、上記の実施形態に比べて、少なくとも高エネルギーイオン注入工程が２回に増大するため、製造コストが増大する点で不利である。また、同時に形成できないことから、画素分離用拡散層１０６および第１ディープ拡散層１０７の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１１の近傍の濃度勾配は、それぞれ等しく形成されない（ｃｏ１１≠ｃｏ１２）。

続いて、画素領域１０および第２周辺ロジック領域１４における拡散層領域２０１の位置Ｄ１１よりも浅い位置に、上記と同様の製造工程を用いて、Ｎ型拡散層１０８、１１２を形成する。

続いて、図２４に示すように、画素領域１０、第１周辺ロジック領域１２、および第２周辺ロジック領域１４における半導体基板１０４の表面近傍の位置に、上記と同様の製造工程を用いて、Ｐ型拡散層１１１、１１０を形成する。この工程において、画素領域１０に、フォトダイオードを形成する。

続いて、図２５に示すように、第１周辺ロジック領域１２および第２周辺ロジック領域１４におけるＮ型拡散層１０９上およびＰ型拡散層１１０上に、周知の製造工程を用いて、シリコン酸化膜およびポリシリコンを順次形成し、ゲート電極１１３を形成する。続いて、上記ゲート電極１１３をマスクとして、不純物を注入し熱拡散することにより、Ｎ型拡散層４０９中およびＰ型拡散層１１０中に、ゲート電極１１３を挟むように隔離して配置されるソースドレイン拡散層（図示せず）を形成する。

続いて、周知の製造工程を用いて、マイクロレンズ等を形成し、比較例に係る固体撮像装置（イメージセンサ）を製造する。

上記のように、本比較例では、画素分離用拡散層１０６および第１ディープ拡散層１０７を同時に形成できず、別個独立に形成する。そのため、上記の実施形態に比べて、少なくとも高エネルギーイオン注入工程が２回に増大するため、製造コストが増大する点で不利である。また、同時に形成できないことから、画素分離用拡散層１０６および第１ディープ拡散層１０７の拡散層領域２０１の最も深い位置Ｄ１１の近傍の濃度勾配は、それぞれ等しく形成されない（ｃｏ１１≠ｃｏ１２）。

以上、第１乃至第３の実施形態、および比較例を用いて本発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施形態および比較例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施形態および比較例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施形態および比較例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成例を示すブロック図。 図１中の撮像領域の等価回路を示す回路図。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の断面構成例を説明するための断面図。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 この発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の断面構成例を説明するための断面図。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 この発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の断面構成例を説明するための断面図。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 比較例に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 比較例に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 比較例に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 比較例に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。 比較例に係る固体撮像装置の一製造工程を説明するための断面図。

符号の説明

１０…画素領域、１２…第１周辺ロジック領域（Ｐウェル領域）、１４…第２周辺ロジック領域（Ｎウェル領域）、１０４、２０４、３０４、４０４…Ｐ型半導体基板、１０５、２０５、３０５、４０５…Ｎエピ層、１０６、２０６、３０６、４０６…画素分離用の拡散層（Ｐ画素間分離イオン注入層）、１０７、２０７、３０７…ディープＰウェルイオン注入層、１０８、２０８、３０８、４０８…ディープＮウェルイオン注入層、１０９、２０９、３０９、４０９…Ｎウェルイオン注入層、１１０、２１０、３１０、４１０…Ｐウェルイオン注入層、１１１、２１１、３１１、４１１…Ｐ画素イオン注入層、１１２、２１２、３１２、４１２…Ｎ画素イオン注入層。

Claims (5)

1. 表面に設けられる拡散層領域を有する第１導電型の半導体基板と、
   底部が画素領域における前記拡散層領域の最も深い位置に設けられる第１導電型の画素分離用の拡散層と、
   周辺ロジック領域における前記拡散層領域の最も深い位置に、前記半導体基板と前記周辺ロジック領域とを電気的に接続するために設けられ、前記画素分離用の拡散層と共通の第１濃度勾配を有する第１導電型の第１ディープ拡散層とを具備すること
   を特徴とする固体撮像装置。
2. 前記半導体基板中の前記第１ディープ拡散層上に設けられ、前記第１濃度勾配よりも高い第２濃度勾配を有する第１導電型の第２ディープ拡散層を更に具備すること
   を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記画素領域の画素ピッチと、前記周辺ロジック領域に配置される前記第１ディープ拡散層のピッチとが共通であること
   を特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 第１導電型の半導体基板中の拡散層領域に第１導電型の不純物を注入し、底部が画素領域における前記拡散層領域の最も深い位置に形成される第１導電型の画素分離用の拡散層と、周辺ロジック領域における前記拡散層領域の最も深い位置に前記半導体基板と前記周辺ロジック領域とを電気的に接続するために形成され前記画素分離用の拡散層と共通の第１濃度勾配を有する第１導電型の第１ディープ拡散層とを同時に形成する工程を具備すること
   を特徴とする固体撮像装置の製造方法。
5. 前記画素分離用の拡散層および前記第１ディープ拡散層を同時に形成する前記工程の際の印加電圧よりも小さい印加電圧を用いて、前記第１ディープ拡散層よりも前記拡散層領域の浅い位置に第１導電型の不純物を前記第１ディープ拡散層と重ねて注入し、前記第１濃度勾配よりも高い第２濃度勾配を有する第１導電型の第２ディープ拡散層を形成する工程を更に具備すること
   を特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。

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