(57)【要約】【課題】固体撮像装置を微細化・高速化しても、高い感度で、安定した動作を行うことのできる固体撮像装置を提供することにある。【解決手段】アレイ状に配列した画素部１０の隣接する光電変換部１１間、及び光電変換部１１と増幅トランジスタ１４間は、それぞれ絶縁分離部２２で分離され、絶縁分離部２２は、光電変換部１１間に増幅トランジスタ１４が配置されていない第１の領域Ａと、増幅トランジスタ１４が配置されている第２の領域Ｂとを有している。第１の領域Ａの絶縁分離部２２下方には低濃度の第１の分離拡散層２３が形成され、第２の領域Ｂの絶縁分離部２２下方には高濃度の第２の分離拡散層２４と低濃度の第１の分離拡散層２３が形成されている。第２の領域Ｂにおける増幅トランジスタ１４のソース・ドレイン領域は、第２の分離拡散層２４と同時に形成されたウエル領域２５内に形成されている。【選択図】図２
2010258094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素部がアレイ状に配列された固体撮像装置であって、
前記画素部は、
基板内に形成された第１導電型の拡散領域からなる光電変換部と、
前記光電変換部に蓄積された電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層に転送された電荷を出力線に出力する増幅トランジスタと、
を備え、
隣接する前記光電変換部間、並びに、前記光電変換部と、前記浮遊拡散層及び前記増幅トランジスタを構成するソース・ドレイン領域間は、それぞれ絶縁分離部で電気的に分離されており、
前記絶縁分離部は、前記光電変換部間に前記増幅トランジスタが配置されていない第１の領域と、前記光電変換部間に前記増幅トランジスタが配置されている第２の領域とを少なくとも有し、
前記絶縁分離部の下方には、第２導電型の分離拡散層が形成されており、
前記第１の領域における前記絶縁分離部下方に形成された前記分離拡散層は、第１の不純物濃度の第１の分離拡散層からなり、
前記第２の領域における前記絶縁分離部下方に形成された前記分離拡散層は、第２の不純物濃度の第２の分離拡散層と、該第２の分離拡散層下方に形成された第１の分離拡散層とからなり、かつ、第２の不純物濃度は、第１の不純物濃度よりも高くなっており、
前記第２の領域における前記絶縁分離部間にある前記増幅トランジスタのソース・ドレイン領域は、前記第２の分離拡散層と同時に形成されたウエル領域内に形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２】
前記増幅トランジスタは、隣接する少なくとも一の画素部と共有化して配置されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の分離拡散層及び前記第２の分離拡散層は、それぞれ、異なるエネルギーのイオン注入を複数回行うことによって形成されたものである、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の不純物濃度は、１Ｅ１４〜１Ｅ１９／ｃｍ３の範囲にあり、
前記第２の不純物濃度は、１Ｅ１５〜１Ｅ２０／ｃｍ３の範囲にある、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の不純物濃度と前記第２の不純物濃度との濃度差は、１Ｅ１／ｃｍ３以上である、請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２の領域における前記絶縁分離部下方に形成された前記第１の分離拡散層は、前記第１の領域における前記絶縁分離部下方に形成された前記第１の分離拡散層よりも深く形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記基板は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された半導体層で構成され、前記光電変換部は、前記半導体層内に形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記半導体基板は第１導電型であり、前記半導体層は第２導電型である、請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記半導体基板及び前記半導体層は、第２導電型である、請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記半導体基板の不純物濃度は、前記半導体層の不純物濃度よりも高い、請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２の領域における前記絶縁分離部下方に形成された前記第１の分離拡散層は、前記半導体基板の表面に接している、請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記光電変換部の不純物濃度は、前記第１の分離拡散層の前記第１の不純物濃度よりも低い、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記光電変換部の深さは、前記第１の分離拡散層の深さよりも浅い、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記画素部は、前記浮遊拡散層に蓄積された余剰電荷を排出するリセットトランジスタをさらに備え、
前記絶縁分離部は、前記光電変換部間に前記リセットトランジスタが配置されている第３の領域をさらに有し、
前記第３の領域における前記絶縁分離部下方に形成された前記分離拡散層は、前記第２の分離拡散層と、該第２の分離拡散層下方に形成された第１の分離拡散層とからなり、
前記第３の領域における前記絶縁分離部間にある前記リセットトランジスタのソース・ドレイン領域は、前記第２の分離拡散層と同時に形成されたウエル領域内に形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部を含む画素部がアレイ状に配列された固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳ型の固体撮像装置は、低消費電力駆動及び高速撮像が可能な装置として注目されており、携帯機器カメラ、車載カメラ及び監視カメラと幅広い分野で搭載され始めている。
【０００３】
図７は、一般的なＭＯＳ型の固体撮像装置の構成を示した回路図である。図７に示すように、光電変換部（フォトダイオード）１０１を含む画素部１００がアレイ状に配列されて撮像領域２００を構成している。光電変換部１０１で光電変換された電荷は、転送トランジスタ１０３によって、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）１０２に転送される。浮遊拡散層１０２に転送された電荷は、増幅トランジスタ１０４で増幅され、垂直シフトレジスタ１０８で選択された選択トランジスタ１０６を介して、出力信号線１１１に伝達され、さらに、水平シフトレジスタ１０９を介して、出力端１１２から出力される。なお、浮遊拡散層１０２に蓄積されている余剰電荷は、ドレイン領域が電源線１０７に接続されたリセットトランジスタ１０５により排出される。
【０００４】
図８は、上記画素部１００の一般的な構成を示した断面図である。図８に示すように、基板２０１に、光電変換部１０１、浮遊拡散層１０２、及び増幅トランジスタ１０４のソース・ドレイン領域が形成され、隣接する画素部１００は、絶縁分離部２０２で電気的に分離されている。
【０００５】
ところで、基板２０１中に入射した赤色光などの長波長光は、基板２０１中の深い領域まで進入するため、光電変換された電荷の一部が隣接する画素部１００までリーク拡散すると、混色やブルーミングの発生原因となる。そこで、このようなリーク拡散による混色等を防止するために、図８に示すように、絶縁分離部２０２下方の浅い領域に形成された分離拡散層２０３下方のさらに深い領域にも幅の狭い分離拡散層２０４を形成する方法が、特許文献１、２等に記載されている。
【０００６】
また、固体撮像装置の高速化が進むと、増幅トランジスタ１０４が形成される基板２１０の電位が、増幅トランジスタの高速動作時に変動すると、増幅トランジスタの動作が不安定になる。そこで、図８に示すように、基板２０１の高濃度ウエル領域２０５を形成し、この高濃度ウエル領域２０５内に増幅トランジスタ１０４を形成する方法がとられている。これにより、増幅トランジスタ１０４が高速動作しても、ウエル領域２０５の電位変動を抑制することができるため、増幅トランジスタ１０４を安定して動作させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８４１６８号公報
【特許文献２】米国特許第５８５９４６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
画素部１００の微細化に伴い、隣接する光電変換部１０１間を分離する絶縁分離部２０２の幅が縮小されると、次のような問題が生じる。
【０００９】
図９は、アレイ状（２×２）に配置された画素部１００の一般的なレイアウトを示した平面図である。図９に示すように、水平方向に隣接する光電変換部１０１間には、増幅トランジスタ１０４及び選択トランジスタ１０６が、また、垂直方向に隣接する光電変換部１０１間には、浮遊拡散層１０２及びリセットトランジスタ１０５が、それぞれ光電変換部１０１と電気的に分離されて配置されている。
【００１０】
しかしながら、増幅トランジスタ１０４、リセットトランジスタ１０５、及び選択トランジスタ１０６（以下、「検出用トランジスタ」という）のゲート幅、及び検出用トランジスタ１０４〜１０６と光電変換部１０１との間にある絶縁分離部２０２の幅が狭くなると、図８に示したように、絶縁分離部２０２下に形成する深い分離拡散層２０３、２０４と、検出用トランジスタ１０４〜１０６のソース・ドレイン領域を形成するウエル領域２０５とを、イオン注入で棲み分けて形成することが困難となる。
【００１１】
また、図１０に示すように、固体撮像装置をさらに微細化するために、例えば、浮遊拡散層１０２及び増幅トランジスタ１０４を、隣接する画素部１００で共有化して配置した場合においても、絶縁分離部２０２下に形成する深い分離拡散層２０３、２０４と、増幅トランジスタ１０４のソース・ドレイン領域を形成するウエル領域２０５とを、イオン注入で棲み分けて形成することは困難となる。
【００１２】
それ故に、分離拡散層２０３、２０４及びウエル領域２０５を、イオン注入により一様な不純物濃度で同時に形成することになるが、分離拡散層２０３、２０４の不純物濃度に合わせて形成すると、ウエル領域２０５の不純物濃度が低下するため、検出用トランジスタ１０４〜１０６の安定した動作が得られないという問題が生じる。一方、ウエル領域２０５の不純物濃度に合わせて形成すると、分離拡散層２０３、２０４の幅が広がり、それに応じて光電変換部１０１の幅が狭くなる。その結果、光電変換部１０１に蓄積される電荷が減少するため、固体撮像装置の感度が低下するという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、固体撮像装置を微細化・高速化しても、高い感度で、安定した動作を行うことのできる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、隣接する光電変換部間に検出用トランジスタが配置されていない絶縁分離部下方には低濃度の分離拡散層を形成し、隣接する光電変換部間に検出用トランジスタが配置されている絶縁分離部下方には高濃度の分離拡散層を形成するとともに、絶縁分離部間にある検出用トランジスタのソース・ドレイン領域を、高濃度の分離拡散層と同時に形成されたウエル領域内に形成する構成を採用した。
【００１５】
このような構成により、検出用トランジスタは高濃度のウエル領域内に形成されるため、検出用トランジスタが高速動作しても、ウエル領域の電位変動を抑制することができ、これにより、検出用トランジスタを安定して動作させることができる。加えて、検出用トランジスタが配置されていない絶縁分離部下方には低濃度の分離拡散層が形成されているため、光電変換部の幅が確保でき、これにより、固体撮像装置の感度の低下を防止することができる。その結果、固体撮像装置を微細化・高速化しても、高い感度で、安定した動作を行うことのできる固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００１６】
本発明の一側面における固体撮像装置は、複数の画素部がアレイ状に配列された固体撮像装置であって、画素部は、基板内に形成された第１導電型の拡散領域からなる光電変換部と、光電変換部に蓄積された電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、浮遊拡散層に転送された電荷を出力線に出力する増幅トランジスタとを備えている。隣接する光電変換部間、並びに、光電変換部と、浮遊拡散層及び増幅トランジスタを構成するソース・ドレイン領域間は、それぞれ絶縁分離部で電気的に分離されており、絶縁分離部は、光電変換部間に増幅トランジスタが配置されていない第１の領域と、光電変換部間に増幅トランジスタが配置されている第２の領域とを少なくとも有している。絶縁分離部の下方には、第２導電型の分離拡散層が形成されており、第１の領域における絶縁分離部下方に形成された分離拡散層は、第１の不純物濃度の第１の分離拡散層からなり、第２の領域における絶縁分離部下方に形成された分離拡散層は、第２の不純物濃度の第２の分離拡散層と、該第２の分離拡散層下方に形成された第１の分離拡散層とからなり、かつ、第２の不純物濃度は、第１の不純物濃度よりも高い。そして、第２の領域における絶縁分離部間にある増幅トランジスタのソース・ドレイン領域は、第２の分離拡散層と同時に形成されたウエル領域内に形成されている。
【００１７】
ある好適な実施形態において、上記増幅トランジスタは、隣接する少なくとも一の画素部と共有化して配置されている。
【００１８】
ある好適な実施形態において、上記第１の分離拡散層及び第２の分離拡散層は、それぞれ、異なるエネルギーのイオン注入を複数回行うことによって形成されたものである。
【００１９】
ある好適な実施形態において、第１の不純物濃度は、１Ｅ１４〜１Ｅ１９／ｃｍ３の範囲にあり、第２の不純物濃度は、１Ｅ１５〜１Ｅ２０／ｃｍ３の範囲にある。また、第１の不純物濃度と第２の不純物濃度との濃度差は、１Ｅ１／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００２０】
ある好適な実施形態において、上記第２の領域における絶縁分離部下方に形成された第１の分離拡散層は、第１の領域における絶縁分離部下方に形成された第１の分離拡散層よりも深く形成されている。
【００２１】
ある好適な実施形態において、上記基板は、半導体基板と、半導体基板上に形成された半導体層で構成され、光電変換部は、半導体層内に形成されている。ここで、半導体基板は第１導電型であり、半導体層は第２導電型である。あるいは、半導体基板及び半導体層は、第２導電型である。この場合、半導体基板の不純物濃度は、半導体層の不純物濃度よりも高いことが好ましい。さらに、第２の領域における絶縁分離部下方に形成された第１の分離拡散層は、半導体基板の表面に接していることが好ましい。
【００２２】
ある好適な実施形態において、上記光電変換部の不純物濃度は、第１の分離拡散層の第１の不純物濃度よりも低い。また、光電変換部の深さは、第１の分離拡散層の深さよりも浅い。
【００２３】
ある好適な実施形態において、上記画素部は、浮遊拡散層に蓄積された余剰電荷を排出するリセットトランジスタをさらに備え、絶縁分離部は、光電変換部間にリセットトランジスタが配置されている第３の領域をさらに有し、第３の領域における絶縁分離部下方に形成された分離拡散層は、第２の分離拡散層と、第２の分離拡散層下方に形成された第１の分離拡散層とからなり、第３の領域における絶縁分離部間にあるリセットトランジスタのソース・ドレイン領域は、第２の分離拡散層と同時に形成されたウエル領域内に形成されている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、固体撮像装置を微細化・高速化しても、高い感度で、安定した動作を行うことができる固体撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるアレイ状に配置された画素部のレイアウトを示した平面図である。
【図２】（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、図２（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、不純物濃度の異なる分離拡散層を形成した場合の分離拡散層の分離幅をシミュレーションで求めた結果を示した図である。
【図４】第１の実施形態の変形例を示した図で、（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【図５】第１の実施形態の他の変形例を示した図で、（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【図６】第１の実施形態の他の変形例を示した図で、（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【図７】従来のＭＯＳ型の固体撮像装置の構成を示した回路図である。
【図８】従来の画素部の構成を示した断面図である。
【図９】従来のアレイ状に配置された画素部のレイアウトを示した平面図である。
【図１０】従来のアレイ状に配置された画素部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００２７】
（第１の実施形態）
本発明に係わる固体撮像装置は、複数の画素部がアレイ状に配列されたＭＯＳ型の固体撮像装置であって、その基本的な回路構成は、図７に示した構成と同じである。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるアレイ状（２×２）に配置された画素部１０のレイアウトを示した平面図である。また、図２（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、図２（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【００２９】
図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、画素部１０は、基板（ｎ型半導体基板２０上にｐ−半導体層２１が形成された構成からなる）内に形成されたｎ型（第１導電型）の拡散領域からなる光電変換部（フォトダイオード）１１と、光電変換部１１に蓄積された電荷を浮遊拡散層１２に転送する転送トランジスタ１３と、浮遊拡散層１２に転送された電荷を出力線（不図示）に出力する増幅トランジスタ１４と、浮遊拡散層１２に蓄積された余剰電荷を排出するリセットトランジスタ１５とを備えている。
【００３０】
図１に示すように、浮遊拡散層１２及び増幅トランジスタ１４は、隣接する画素部１０（図１では、上下方向に隣接する画素部）と共有化して配置されている。これにより、上下方向に隣接する画素部１０間には、浮遊拡散層１２及び増幅トランジスタ１４が配置されていないため、光電変換部１１を上下方向に伸ばして、光電変換部１１の領域を拡大することができる。なお、上下方向に隣接する光電変換部１１に蓄積された電荷は、各画素部１０の転送トランジスタ１３によって独立に浮遊拡散層１２に転送されるため、電荷の混同は生じない。
【００３１】
ここで、隣接する光電変換部１１間、並びに、光電変換部１１と、浮遊拡散層１２及び増幅トランジスタ１４を構成するソース・ドレイン領域間は、それぞれ絶縁分離部２２で電気的に分離されている。そして、絶縁分離部２２は、図２（ａ）に示すように、光電変換部１１間に増幅トランジスタ１４が配置されていない第１の領域Ａと、図２（ｂ）に示すように、光電変換部１１間に増幅トランジスタ１４が配置されている第２の領域Ｂとを有している。
【００３２】
絶縁分離部２２の下方には、ｐ型（第２導電型）の分離拡散層が形成されており、図２（ａ）に示すように、第１の領域Ａにおける絶縁分離部２２下方に形成された分離拡散層は、低濃度の第１の分離拡散層２３からなり、図２（ｂ）に示すように、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された分離拡散層は、高濃度の第２の分離拡散層２４と、第２の分離拡散層２４下方に形成された低濃度の第１の分離拡散層２３とからなる。
【００３３】
また、図２（ｂ）に示すように、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２間にある増幅トランジスタ１４のソース・ドレイン領域（不図示）は、第２の分離拡散層２４と同時に形成されたウエル領域２５内に形成されている。
【００３４】
このような構成により、増幅トランジスタ１４は高濃度のウエル領域２５内に形成されるため、増幅トランジスタ１４が高速動作しても、ウエル領域２５の電位変動を抑制することができ、これにより、増幅トランジスタ１４を安定して動作させることができる。一方、増幅トランジスタ１４が配置されていない絶縁分離部２２下方には、低濃度の分離拡散層２３が形成されているため、光電変換部１１の幅が確保でき、これにより、固体撮像装置の感度の低下を防止することができる。その結果、固体撮像装置を微細化・高速化しても、高い感度で、安定した動作を行うことのできる固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００３５】
本実施形態において、光電変換部１１間に増幅トランジスタ１４が配置されている第２の領域Ｂに、選択的に高濃度の第２の分離拡散層２４を形成するようにしたが、他の検出用トランジスタ（リセットトランジスタ、選択トランジスタ）の配置に対しても、絶縁分離部２２下方に選択的に高濃度の第２の分離拡散層２４を形成することによって、上記と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
例えば、図１に示すように、絶縁分離部２２が、光電変換部１１間にリセットトランジスタ１５が配置されている第３の領域を有する場合、第３の領域における絶縁分離部２２下方に形成された分離拡散層を、高濃度の第２の分離拡散層２４と、第２の分離拡散層２４下方に形成された低濃度の第１の分離拡散層２３とで構成することができる。このとき、第３の領域における絶縁分離部２２間にあるリセットトランジスタ１５のソース・ドレイン領域は、第２の分離拡散層２４と同時に形成されたウエル領域内に形成される。
【００３７】
本発明において、第１の分離拡散層２３及び第２の分離拡散層２４の不純物濃度は、必ずしも一様である必要はない。また、第１の分離拡散層２３及び第２の分離拡散層２４は、それぞれ、異なるエネルギーのイオン注入を複数回行うことによって形成することができる。例えば、光電変換部１１の深さが１μｍ程度である場合、イオン注入のエネルギーを、５０ｋｅＶ〜３０００ｋｅＶの範囲で３回以上に分けてイオン注入することによって、光電変換部１１よりも深く分離拡散層２３を形成することができる。また、第１の領域Ａにおける絶縁分離部２２下方に形成された第１の分離拡散層２３と、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された第１の分離拡散層２３とは、同時に形成することができる。なお、図２（ｂ）に示した第２の領域Ｂへの第２の分離拡散層２４の選択的な形成は、第２の領域Ｂ以外の領域をマスクで覆ってイオン注入することにより、容易に行うことができる。
【００３８】
第１の分離拡散層２３の不純物濃度（第１の不純物濃度）は、典型的には、１Ｅ１４〜１Ｅ１９／ｃｍ３の範囲にあり、第２の分離拡散層２４の不純物濃度（第２の不純物濃度）は、１Ｅ１５〜１Ｅ２０／ｃｍ３の範囲にある。また、第１の不純物濃度と第２の不純物濃度との濃度差は、１Ｅ１／ｃｍ３以上あることが好ましい。
【００３９】
図３（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）で示した第１の領域Ａにおける絶縁分離部２２下方に、不純物濃度の異なる分離拡散層を形成した場合の分離拡散層の分離幅をシミュレーションで求めた結果を示した図である。ここで、光電変換部１１の幅を、１．０μｍ、不純物濃度を１Ｅ１７／ｃｍ３とした。また、分離拡散層２３の幅を０．２ｍとして、不純物濃度を、図３（ａ）では、１Ｅ１７／ｃｍ３、図３（ｂ）では、１Ｅ１８／ｃｍ３とした。その結果、低濃度の分離拡散層２３による分離幅Ｗ１は、高濃度の分離拡散層２４による分離幅Ｗ２よりも、約０．２μｍ狭くなっていた。すなわち、低濃度の分離拡散層２３で分離され光電変換部１１の幅は、高濃度の分離拡散層２４で分離された光電変換部１１の幅より、約０．２μｍ程度広く確保することができる。なお、図３（ｂ）では、分離拡散層２３の不純物濃度を増加しているので、不純物領域が拡がり、光電変換部１１の深さは浅くなっている。
【００４０】
本発明において、「基板」は、光電変換部１１が形成される基材を意味する。従って、本発明における「基板」は、図２（ａ）、（ｂ）に示したようなｎ型半導体基板２０上にｐ−半導体層２１が形成された構成に限らず、種々の構成を取り得る。例えば、ｎ型半導体基板２０にｎ型のエピタキシャル層が形成され、その上にｐ−半導体層２１が形成された構成であってもよい。また、ｐ型の単一基板であってもよい。なお、ｎ型半導体基板２０を用いる場合、ｎ型半導体基板２０に電源電圧を印加することによって、絶縁分離部２２の下方で発生する光電変換による電荷が、光電変換部１１に洩れ出ることを防止することができ、これにより、混色やブルーミングを低減することができる。
【００４１】
光電変換部１１は、例えば、１Ｅ１４〜１Ｅ１７／ｃｍ３の範囲の不純物濃度で形成される。この場合、絶縁分離部２２下方の分離拡散層２３の不純物濃度は、光電変換部１１の不純物濃度よりも高いことが好ましい。これにより、光電変換部１１間の電位障壁を高めることができるため、光電変換部１１で蓄積された電荷が、隣接する光電変換部１１に流入するのを防止でき、その結果、混色やブルーミングを低減することができる。
【００４２】
図２（ａ）、（ｂ）に示した構成の画素部１０は、通常の半導体プロセスを用いて容易に形成することができる。例えば、絶縁分離部２２は、光電変換部１１の開口面積を確保するために、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造に形成することが好ましいが、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）構造でも構わない。また、絶縁分離部２２を、ＳＴＩ構造にした場合、ＳＴＩ界面の格子欠陥による暗時に発生した電荷が光電変換部１１に流入するのを防止するため、絶縁分離部２２の周辺をｐ型層で覆っておくのが好ましい。
【００４３】
本発明における固体撮像装置は、図７に示したような垂直シフトトランジスタや水平シフトレジスタ等の周辺回路も備えている。これらの周辺回路も、画素部１０の増幅トランジスタ等の検出トランジスタと同じＭＯＳトランジスタで構成される。従って、これらの周回路を構成するＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域は、本発明における第２の分離拡散層２４と同時に形成されたウエル領域内に形成することができる。これにより、固体撮像装置の製造工程や製造コストを低減することができる。この場合、周辺回路の絶縁分離部下方に形成する分離拡散層は、本発明における第１の分離拡散層２３よりも浅く形成してもよい。従って、かかる分離拡散層をイオン注入で形成する場合、レジストの膜厚を厚くする必要がないため、周辺回路をＣＭＯＳトランジスタで構成した場合、ｐ型ウエルとｎ型ウエルとの距離を短くすることができる。例えば、０．２５μｍＣＭＯＳルールを適用した場合、ｎ型ウエルとｐ型ウエルとの距離を１μｍ程度に短くできるため、周辺回路の面積を縮小することができる。
【００４４】
また、浮遊拡散層１２下方にも、第２の分離拡散層２４と同時にウエル領域を形成することが好ましいが、この場合、ウエル領域の不純物濃度は、第２の分離拡散層２４の不純物濃度よりも低くすることが好ましい。これにより、浮遊拡散層１２とウエル領域との空乏層容量が小さくなるため、１電荷あたりの変換出力電圧を増加させることができる。例えば、かかるウエル領域の不純物濃度を、本発明における第１の分離拡散層２３の不純物濃度と同じにすれば、空乏層距離が３倍程度に増加、すなわち、容量が約１／３程度に低減されるため、浮遊拡散層１２での変換出力電圧は約３倍となり、高ゲイン化が図られる。
【００４５】
（第１の実施形態の変形例）
図４（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態の変形例における画素部１０の構成を示した図で、図４（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、図４（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【００４６】
本変形例の特徴は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された第１の分離拡散層２３が、第１の領域Ａにおける絶縁分離部２２下方に形成された第１の分離拡散層２３よりも深く形成されている点にある。
【００４７】
このような構成により、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された分離拡散層２３、２４のシート抵抗をより低減できるため、増幅トランジスタ１４が高速動作をしても、分離拡散層２３、２４の電位をより安定化させることができる。
【００４８】
なお、図４（ｂ）では、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された第１の分離拡散層２３が基板２０に接している例を示しているが、必ずしも基板に接する必要はない。また、第２の領域Ｂにおける第１の分離拡散層２３は、第１の領域Ａにおける第１の分離拡散層２３よりも、１．５倍以上深く形成することが好ましい。この場合、第２の領域Ｂにおける第１の分離拡散層２３は、第１の領域Ａにおける第１の分離拡散層２３よりも、シート抵抗が１／３以下になるため、上記効果をより発揮することができる。
【００４９】
図５（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態の他の変形例を示した図で、図５（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、図５（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【００５０】
本変形例の特徴は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、光電変換部１１を形成する「基板」を、ｐ型半導体基板２０上にｐ型半導体層２１が形成された構成にし、かつ、ｐ型半導体基板２０の不純物濃度を、約１Ｅ１９／ｃｍ３としている。
【００５１】
このような構成により、少数キャリアのライフタイムが短くなり、分離拡散層２３下方で光電変換により発生する電荷が、光電変換部１１に洩れ出ることを防止することができる。これにより、混色及びブルーミングをより低減することが可能となる。加えて、ｐ型半導体層２１の不純物濃度を低濃度にすることによって、光電変換部１１を深さ方向に拡大することができる。これにより、長波長光の感度をより向上させることが可能となる。さらに、分離拡散層２３、２４と同一導電型のｐ型半導体基板２０を用いているため、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された分離拡散層２３、２４のシート抵抗をより低減できる。これにより、増幅トランジスタ１４が高速動作をしても、分離拡散層２３、２４の電位を安定化させることができる。
【００５２】
ここで、ｐ型半導体層２１の不純物濃度は、例えば、１Ｅ１８〜１Ｅ２０／ｃｍ３の範囲に、ｐ型半導体層２１の不純物濃度は、１Ｅ１４〜１Ｅ１６／ｃｍ３の範囲に設定することが好ましい。
【００５３】
図６（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態の他の変形例を示した図で、図６（ａ）は、図１におけるIIa−IIa線に沿った断面図、図５（ｂ）は、図１におけるIIb−IIb線に沿った断面図である。
【００５４】
本変形例の特徴は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光電変換部１１を形成する「基板」を、高濃度のｐ＋半導体基板２０上とｐ−半導体層２１で構成するとともに、第２の領域Ｂにおける絶縁分離部２２下方に形成された第１の分離拡散層２３が、ｐ＋半導体基板２０の表面に接している点にある。
【００５５】
このような構成により、ｐ＋半導体基板２０の表面に接している分離拡散層２３、２４のシート抵抗をより低減できるため、増幅トランジスタ１４が高速動作をしても、分離拡散層２３、２４の電位をより安定化させることができる。
【００５６】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態では、図１に示したような画素部１０のレイアウトを例に説明したが、これに限らず、例えば、図９または図１０に示したようなレイアウトにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の固体撮像装置は、微細化・高速化しても、高い感度で、安定した動作を行うことができ、高感度及び高速の固体撮像装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０      画素部
１１      光電変換部（フォトダイオード）
１２      浮遊拡散層
１３      転送トランジスタ
１４      増幅トランジスタ
１５      リセットトランジスタ
２０      半導体基板
２１      半導体層
２２      絶縁分離部
２３      第１の分離拡散層
２４      第２の分離拡散層
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
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