(57)【要約】【課題】セルサイズが縮小していった場合でも白傷を効果的に抑制することのできる固体撮像素子を提供する【解決手段】２つの光電変換部列で１つの垂直電荷転送路１３を共用した固体撮像素子１００であって、垂直電荷転送路１３と垂直電荷転送路１３と隣り合う光電変換部列の各光電変換部１１との間に設けられた読み出しゲート１２と、光電変換部１１の表面に設けられた表面低濃度ｐ層２３と、表面低濃度ｐ層２３の表面に読み出しゲート１２から距離をあけて設けられ、表面低濃度ｐ層２３よりも不純物濃度の高い表面高濃度ｐ層２２と、ｐ型の素子分離層３６とを備え、表面高濃度ｐ層２２は、素子分離層３６のうち、垂直電荷転送路１３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部１１の間にある部分の上にまで延びている。【選択図】図２
2010258268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に列方向とこれに直交する行方向に配設された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、
前記光電変換部に対応して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、
前記光電変換部とそれに対応する前記電荷転送路との間に設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部と、
前記光電変換部と、その周囲の前記光電変換部及び前記電荷転送路とを分離するために設けられた前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の素子分離層と、
前記光電変換部の表面に設けられ、前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の第一の不純物層と、
前記第一の不純物層の表面に前記電荷読み出し部から距離をあけて設けられ、前記第一の不純物層と同じ導電型で且つ前記第一の不純物層よりも不純物濃度の高い第二の不純物層とを備え、
前記第二の不純物層は、前記第二の不純物層が形成された前記光電変換部に対応する前記垂直電荷転送路から遠ざかる方向に延在して前記素子分離層の上まで形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部が、前記半導体基板内に列方向に配設された複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向と直交する行方向に複数配列した構成となっており、
前記電荷転送路が前記複数の光電変換部列の間を１つおきに配置され、それを挟んで隣り合う２つの光電変換部列で共用されており、
前記第二の不純物層は、前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部列の光電変換部同士の間にある部分の上にまで延びている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部列は、それぞれ同一の配列ピッチで、且つ、奇数列と偶数列がそれぞれの前記光電変換部の配列ピッチの１／２前記列方向に互いにずれており、
前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部の間にある部分の上方には、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための転送電極が存在する光電変換素子。
【請求項４】
請求項２又は３記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記第二の不純物層が一体化されている固体撮像素子。
【請求項５】
請求項２又は３記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路が１つの前記光電変換部列に対して１つ設けられ、
前記電荷転送路に対応する各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
【請求項８】
請求項３記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記素子分離層を形成する第一の工程と、
前記第一の工程の後に前記第二の不純物層を形成する第二の工程と、
前記第二の工程の後に前記転送電極を形成する第三の工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第三の工程の後、前記転送電極をマスクとしたイオン注入によって前記第一の不純物層を形成する第四の工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記第二の不純物層を一体的に形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項８又は９記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層を一体的に形成する固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、撮像装置、固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子において、ｎ型不純物からなるフォトダイオードの表面に相対的に低濃度のｐ型不純物層を形成し、この低濃度ｐ型不純物層の表面部且つ読み出しゲートから離れた位置に、低濃度ｐ型不純物層よりも高濃度のｐ型不純物層を形成した構成が開示されている。
【０００３】
このように２つの濃度のｐ型不純物を組み合わせた表面シールド層を用いることにより、画素部の白傷を効果的に抑制しながら、フォトダイオードから垂直電荷転送路に電荷を読み出すのに必要な電圧を低く抑えることができるとしている。
【０００４】
しかし、特許文献１の構成では、セルサイズを縮小していった場合、低濃度・高濃度のｐ型不純物層の間隔が一定以上必要であることから、フォトダイオード表面積に対する高濃度ｐ型不純物層の表面積の割合が減少してしまう。表面シールド層の濃度が低くなるほど、白傷抑制効果が低下してしまうため、セルサイズを縮小していった場合、白傷が増加してしまうことが懸念される。
【０００５】
特許文献２，３には、２つのフォトダイオード列で１つの垂直電荷転送路を共用した構成の固体撮像素子が開示されているが、いずれの文献にも、表面シールド層についての構成や、セルサイズ縮小による白傷の増加という課題については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２０１０８８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８３１５号公報
【特許文献３】特開昭５５−１６０４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セルサイズが縮小していった場合でも白傷を効果的に抑制することのできる固体撮像素子、これを備える撮像装置、この製造方法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】
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に列方向とこれに直交する行方向に配設された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、前記光電変換部に対応して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記光電変換部とそれに対応する前記電荷転送路との間に設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部と、前記光電変換部と、その周囲の前記光電変換部及び前記電荷転送路とを分離するために設けられた前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の素子分離層と、前記光電変換部の表面に設けられ、前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の第一の不純物層と、前記第一の不純物層の表面に前記電荷読み出し部から距離をあけて設けられ、前記第一の不純物層と同じ導電型で且つ前記第一の不純物層よりも不純物濃度の高い第二の不純物層とを備え、前記第二の不純物層は、該第二の不純物層が形成された前記光電変換部に対応する前記垂直電荷転送路から遠ざかる方向に延在して前記素子分離層の上まで形成されている。
【０００９】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。
【００１０】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記固体撮像素子の製造方法であって、前記素子分離層を形成する第一の工程と、前記第一の工程の後に前記第二の不純物層を形成する第二の工程と、前記第二の工程の後に前記転送電極を形成する第三の工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、セルサイズが縮小していった場合でも白傷を効果的に抑制することのできる固体撮像素子、これを備える撮像装置、この製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図２】図１に示す固体撮像素子の部分拡大模式図
【図３】図２に示すＡ−Ａ’線の断面模式図
【図４】図２に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図
【図５】図２に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図
【図６】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図
【図７】図６に示す固体撮像素子の部分拡大模式図
【図８】図７に示すＢ−Ｂ’線の断面模式図
【図９】図７に示した固体撮像素子の効果を説明するための図
【図１０】図７に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図
【図１１】図７に示した固体撮像素子の光電変換部の表面高濃度層の変形例を示した図
【図１２】図７に示した固体撮像素子の製造方法を説明するための図
【図１３】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図
【図１４】図１３に示す固体撮像素子の部分拡大模式図
【図１５】図１４に示すＣ−Ｃ’線の断面模式図
【図１６】参考例の固体撮像素子の構成を説明する図
【図１７】参考例の固体撮像素子の一部分を模式的に示す平面図
【図１８】図１７のＨ−Ｈ’線の断面図
【図１９】フォトダイオードの不純物の分布とイオン注入の方向を説明する図
【図２０】参考例の固体撮像素子の他の構成例を示す平面図
【図２１】参考例の固体撮像素子の他の構成例を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。
【００１５】
図１に示す固体撮像素子１００は、半導体基板Ｓ内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状（ここでは格子状）に配設された複数の光電変換部１１を備える。複数の光電変換部１１の配置は、列方向に配設された複数の光電変換部１１からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。
【００１６】
固体撮像素子１００は、光電変換部列の各光電変換部１１で発生した電荷を列方向に転送する電荷転送路である垂直電荷転送路１３を備える。行方向に並ぶ光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路１３が１つおきに配置されている。この固体撮像素子１００では、垂直電荷転送路１３を挟んで隣り合う２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路１３を共用する構成となっている。この構成は、隣り合う２つの光電変換部列に、それらで共用される１つの垂直電荷転送路１３が対応して設けられた構成とも言うことができる。
【００１７】
“垂直電荷転送路１３を挟んで隣り合う２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路１３を共用する”とは、この２つの光電変換部列の各光電変換部１１で発生して蓄積された電荷については、この垂直電荷転送路１３で列方向に転送するということを意味する。このため、垂直電荷転送路１３と、それに隣り合う２つの光電変換部列の各光電変換部１１との間には電荷読み出し部である読み出しゲート１２が形成されており、この読み出しゲート１２を介して、２つの光電変換部列から、それらの間にある垂直電荷転送路１３に電荷を読み出すことができるようになっている。なお、読み出しゲート１２は、行方向に隣り合う光電変換部１１同士で列方向に互いに異なる位置に形成されており、１つの垂直電荷転送路１３に対し、それを共用する２つの光電変換部列からそれぞれ独立に電荷を読み出せるようになっている。
【００１８】
固体撮像素子１００は、更に、光電変換部１１とその周囲の光電変換部１１及び垂直電荷転送路１３とを分離するために設けられた素子分離層１６（図１で一部のみ図示している）と、垂直電荷転送路１３を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路１４と、水平電荷転送路１４を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部１５とを備える。
【００１９】
図２は、図１に示す固体撮像素子の部分拡大模式図である。図２に示すように、固体撮像素子１００の半導体基板Ｓ上方には、行方向に並ぶ光電変換部１１からなる光電変換部行毎に２つの転送電極１７，１８が設けられている。転送電極１７，１８は、垂直電荷転送路１３での電荷転送動作を制御するための電極であり、垂直電荷転送路１３の上方に列方向に交互に並べて設けられている。
【００２０】
転送電極１７は、対応する光電変換部行の上側部に沿って行方向に延びて形成されており、偶数番目の光電変換部列の光電変換部１３の読み出しゲート１２も覆うように形成されている。このため、転送電極１７は、偶数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路１３に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。
【００２１】
転送電極１８は、対応する光電変換部行の下側部に沿って行方向に延びて形成されており、奇数番目の光電変換部列の光電変換部１３の読み出しゲート１２も覆うように形成されている。このため、転送電極１８は、奇数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路１３に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。
【００２２】
転送電極１７，１８に印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路１３に読み出した電荷を列方向に転送することができる。また、転送電極１７，１８は、読み出しゲート１２と重なる部分も有しているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換部１１から垂直電荷転送路１３に電荷を読み出すことができる。
【００２３】
図３は、図２に示す固体撮像素子のＡ−Ａ’線の断面模式図である。図３に示すように、光電変換部１１、読み出しゲート１２、垂直電荷転送路１３、素子分離層１６は、いずれも、ｎ型シリコン基板２０上に形成されたｐウェル層２１内に形成されている。ｎ型シリコン基板２０とｐウェル層２１が半導体基板Ｓを構成している。
【００２４】
光電変換部１１は、ｐウェル層２１内に形成されたｎ型不純物層で構成され、このｎ型不純物層とｐウェル層２１とのｐｎ接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部（フォトダイオード）として機能する。この光電変換部１１は、その表面に低濃度のｐ型不純物層２３（以下、表面低濃度ｐ層２３と言う）が設けられ、更に、表面低濃度ｐ層２３の表面に表面低濃度ｐ層２３よりも高濃度のｐ型不純物層２２（以下、表面高濃度ｐ層２２と言う）が設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【００２５】
垂直電荷転送路１３はｐウェル層２１内に形成されたｎ型不純物層で構成されている。読み出しゲート１２は、ｐウェル層２１内に形成されたｐ型不純物層で構成されている。素子分離層１６は、読み出しゲート１２や表面低濃度ｐ層２３よりも高濃度のｐ型不純物層で構成され、光電変換部１１と垂直電荷転送路１３と読み出しゲート１２以外のｐウェル層２１の領域に形成されている。
【００２６】
読み出しゲート１２及び垂直電荷転送路１３上には、ゲート絶縁膜ＧＳを介して転送電極１７，１８が形成されている。転送電極１７，１８上方には、光電変換部１１の一部上方に開口Ｋを有するタングステン等から構成される遮光膜１９が設けられている。遮光膜１９上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。
【００２７】
次に、光電変換１１表面に形成される表面低濃度ｐ層２３と表面高濃度ｐ層２２について詳細に説明する。
【００２８】
表面低濃度ｐ層２３は、光電変換部１１の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図２に示したように、平面視においては、光電変換部１１と同じ面積（完全に重なった構成）となっている。また、図３に示したように、垂直電荷転送路１３を挟まずに行方向に隣り合う２つの光電変換部１１の各々の表面低濃度ｐ層２３は、素子分離層１６によって分離されている。
【００２９】
表面高濃度ｐ層２２は、表面低濃度ｐ層２３の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図２，３に示したように、読み出しゲート１２から距離をおいて（すなわち、読み出しゲート１２との間に表面低濃度ｐ層２３が介在するように）形成されている。また、垂直電荷転送路１３を挟まずに行方向に隣り合う光電変換部１１との間にある素子分離層１６の一部分の上にまで延びて形成されている。
【００３０】
この固体撮像素子１００では、２つの光電変換部列で１つの垂直電荷転送路１３を共用する構成とし、表面高濃度ｐ層２２を、該表面高濃度ｐ層２２が表面に形成された光電変換部１１に対応する垂直電荷転送路１３側には延ばさず、垂直電荷転送路１３が存在していない側に延ばして面積を確保した構成（言い換えると、表面低濃度ｐ層２４の端部を越えて、該表面低濃度ｐ層２４が表面に形成された光電変換部１１に対応する垂直電荷転送路１３から遠ざかる方向に延在させた構成）となっている。このため、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部１１の表面積に対する表面高濃度ｐ層２２の表面積の割合を一定以上維持することができ、白傷を効果的に抑制することができる。また、表面高濃度ｐ層２２を延ばしても、その延ばした側にある隣接垂直電荷転送路１３までの距離は十分にあるため、隣接垂直電荷転送路１３との間のリークを心配することなく、表面高濃度ｐ層２２の面積拡大を図ることができる。
【００３１】
また、固体撮像素子１００によれば、読み出しゲート１２と表面高濃度ｐ層２２との間には一定幅の表面低濃度ｐ層２３が介在するため、光電変換部１１から垂直電荷転送路１３への電荷読み出しのための電圧を低くすることもできる。また、半導体基板Ｓ表面に垂直な方向においては、光電変換部１１と表面高濃度ｐ層２２との間に表面低濃度ｐ層２３が介在しているため、光電変換部１１と表面高濃度ｐ層２２との間の電界を緩和することができ、これによる白傷抑制効果も得ることができる。
【００３２】
なお、図２，３の例では、光電変換部１１の表面高濃度ｐ層２２と、その光電変換部１１の垂直電荷転送路１３を挟まずに行方向で隣り合う光電変換部１１の表面高濃度ｐ層２２との間に隙間を存在させているが、図４に示すように、この隙間を無くし、垂直電荷転送路１３を挟まずに行方向に隣り合う２つの表面高濃度ｐ層２２を一体的に形成した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部１１の表面積に対する表面高濃度ｐ層２２の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度ｐ層２２を形成するためのマスクパターンがシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。
【００３３】
また、図５に示すように、図４に示した表面高濃度ｐ層２２を列方向に隣り合うもの同士で接続し、垂直電荷転送路１３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部列の各光電変換部１１の表面に設けられる表面高濃度ｐ層２２を一体化した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部１１の表面積に対する表面高濃度ｐ層２２の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度ｐ層２２を形成するためのマスクパターンがよりシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。
【００３４】
次に、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例について説明する。
【００３５】
図６は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。
【００３６】
図６に示す固体撮像素子２００は、半導体基板Ｓ’内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状（ここでは略市松状）に配設された複数の光電変換部３１を備える。複数の光電変換部３１の配置は、列方向に所定ピッチで配設された複数の光電変換部３１からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。また、複数の光電変換部列は、奇数列と偶数列が、それぞれの光電変換部３１の配列ピッチの１／２、列方向に互いにずれたものとなっている。
【００３７】
固体撮像素子２００は、光電変換部列の各光電変換部３１で発生した電荷を列方向に転送する電荷転送路である垂直電荷転送路３３を備える。行方向に並ぶ光電変換部列同士の間には、垂直電荷転送路３３が行方向に１つおきに配置されている。この固体撮像素子２００では、垂直電荷転送路３３を挟んで隣り合う２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路３３を共用する構成となっている。この構成は、隣り合う２つの光電変換部列に、それらで共用される１つの垂直電荷転送路３３が対応して設けられた構成とも言うことができる。
【００３８】
“垂直電荷転送路３３を挟んで隣り合う２つの光電変換部列で該垂直電荷転送路３３を共用する”とは、この２つの光電変換部列の各光電変換部３１で発生して蓄積された電荷については、この垂直電荷転送路３３で列方向に転送するということを意味する。このため、垂直電荷転送路３３と、それに隣り合う２つの光電変換部列の各光電変換部３１との間には電荷読み出し部である読み出しゲート３２が形成されており、この読み出しゲート３２を介して、２つの光電変換部列から、それらの間にある垂直電荷転送路３３に電荷を読み出すことができるようになっている。なお、読み出しゲート３２は、行方向に隣り合う光電変換部３１同士で互いに対向しない位置に形成されており、１つの垂直電荷転送路３３に対し、それを共用する２つの光電変換部列からそれぞれ独立に電荷を読み出せるようになっている。
【００３９】
固体撮像素子２００は、更に、光電変換部３１とその周囲の光電変換部３１及び垂直電荷転送路３３とを分離するために設けられた素子分離層３６（図６で一部のみ図示している）と、垂直電荷転送路３３を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路３４と、水平電荷転送路３４を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部３５とを備える。
【００４０】
図７は、図６に示す固体撮像素子の部分拡大模式図である。図７に示すように、固体撮像素子２００の半導体基板Ｓ’上方には、行方向に並ぶ光電変換部３１からなる１つの光電変換部行あたり４つの転送電極３７，３８，３９，４０が設けられている。転送電極３７，３８，３９，４０は、垂直電荷転送路３３での電荷転送動作を制御するための電極であり、垂直電荷転送路３３の上方に列方向に並べて設けられている。また、転送電極３７，３８，３９，４０は、それぞれ、光電変換部行の間を、光電変換部行の各光電変換部３１を避けるように行方向に蛇行して延びる形状となっている。
【００４１】
転送電極３８は、偶数番目の光電変換部列の光電変換部３３の読み出しゲート３２も覆うように形成されており、偶数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路３３に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。
【００４２】
転送電極４０は、奇数番目の光電変換部列の光電変換部３３の読み出しゲート３２も覆うように形成されており、奇数番目の光電変換部列から垂直電荷転送路３３に電荷を読み出すための読み出し電極としても機能する。
【００４３】
転送電極３７，３８，３９，４０に印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路３３に読み出した電荷を列方向に転送することができる。また、転送電極３８，４０は、読み出しゲート３２と重なる部分も有しているため、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換部３１から垂直電荷転送路３３に電荷を読み出すことができる。
【００４４】
図８は、図７に示す固体撮像素子のＢ−Ｂ’線の断面模式図である。図８に示すように、光電変換部３１、読み出しゲート３２、垂直電荷転送路３３、素子分離層３６は、いずれも、ｎ型シリコン基板４１上に形成されたｐウェル層４２内に形成されている。ｎ型シリコン基板４１とｐウェル層４２が半導体基板Ｓ’を構成している。
【００４５】
光電変換部３１は、ｐウェル層４２内に形成されたｎ型不純物層で構成され、このｎ型不純物層とｐウェル層４２とのｐｎ接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部（フォトダイオード）として機能する。この光電変換部３１は、その表面に低濃度のｐ型不純物層４３（以下、表面低濃度ｐ層４３と言う）が設けられ、更に、表面低濃度ｐ層４３の表面に表面低濃度ｐ層４３よりも高濃度のｐ型不純物層４４（以下、表面高濃度ｐ層４４と言う）が設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【００４６】
垂直電荷転送路３３はｐウェル層４２内に形成されたｎ型不純物層で構成されている。読み出しゲート３２は、ｐウェル層４２内に形成されたｐ型不純物層で構成されている。素子分離層３６は、読み出しゲート３２や表面低濃度ｐ層４３よりも高濃度のｐ型不純物層で構成され、光電変換部３１と垂直電荷転送路３３と読み出しゲート３２以外のｐウェル層４２の領域に形成されている。
【００４７】
読み出しゲート３２及び垂直電荷転送路３３上には、ゲート絶縁膜ＧＳを介して転送電極３７〜４０が形成されている。転送電極３７〜４０上方には、光電変換部３１の一部上方に開口Ｋを有するタングステン等から構成される遮光膜Ｗが設けられている。遮光膜Ｗ上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。
【００４８】
次に、光電変換部３１表面に形成される表面低濃度ｐ層４３と表面高濃度ｐ層４４について詳細に説明する。
【００４９】
表面低濃度ｐ層４３は、光電変換部３１の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図７に示したように、平面視においては、光電変換部３１と同じ面積（完全に重なった構成）となっている。また、図８に示したように、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部３１の各々の表面低濃度ｐ層４３は、素子分離層３６によって分離されている。
【００５０】
表面高濃度ｐ層４４は、表面低濃度ｐ層４３の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図７，８に示したように、読み出しゲート３２から距離をおいて（すなわち、読み出しゲート３２との間に表面低濃度ｐ層４３が介在するように）形成されている。また、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う光電変換部３１との間にある素子分離層３６の一部分の上にまで延びて形成されている。
【００５１】
この固体撮像素子２００では、２つの光電変換部列で１つの垂直電荷転送路３３を共用する構成とし、表面高濃度ｐ層４４を、該表面高濃度ｐ層４４が表面に形成された光電変換部３１に対応する垂直電荷転送路３３側には延ばさず、垂直電荷転送路３３が存在していない側に延ばして面積を確保した構成（言い換えると、表面低濃度ｐ層４３の端部を越えて、該表面低濃度ｐ層４３が表面に形成された光電変換部３１に対応する垂直電荷転送路３３から遠ざかる方向に延在させた構成）となっている。このため、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部３１の表面積に対する表面高濃度ｐ層４４の表面積の割合を一定以上維持することができ、白傷を効果的に抑制することができる。また、表面高濃度ｐ層４４を延ばしても、その延ばした側にある隣接垂直電荷転送路３３までの距離は十分にあるため、隣接垂直電荷転送路３３との間のリークを心配することなく、表面高濃度ｐ層４４の面積拡大を図ることができる。
【００５２】
また、固体撮像素子２００によれば、読み出しゲート３２と表面高濃度ｐ層４４との間には一定幅の表面低濃度ｐ層４３が介在するため、光電変換部３１から垂直電荷転送路３３への電荷読み出しのための電圧を低くすることもできる。また、半導体基板Ｓ’表面に垂直な方向においては、光電変換部３１と表面高濃度ｐ層４４との間に表面低濃度ｐ層４３が介在しているため、光電変換部３１と表面高濃度ｐ層４４との間の電界を緩和することができ、これによる白傷抑制効果も得ることができる。
【００５３】
固体撮像素子２００のように、光電変換部列を奇数列と偶数列で列方向にずらし、且つ、２つの光電変換部列で１つの垂直電荷転送路３３を共用する構成では、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部列の各光電変換部３１同士の間の素子分離層３６上方にも転送電極３７〜４０が存在することになるが、この間の素子分離層３６は、素子分離を主目的としたものであるため、半導体基板Ｓ’表面をシールドする能力は不十分である。したがって、図９に示すように、図７に示した構成において、各光電変換部３１の表面高濃度ｐ層４４を表面低濃度ｐ層４３の内側に形成した構成の場合には、転送電極３７〜４０に電圧が印加された際に、この部分の半導体基板Ｓ’表面が空乏化しやすくなってしまう。この結果、白傷が発生しやすくなるという課題がある。
【００５４】
固体撮像素子２００では、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部列の各光電変換部３１同士の間の素子分離層３６の上まで表面高濃度ｐ層２２を延ばす構成としているため、これにより半導体基板Ｓ’表面をシールドする能力を補うことができ、上述した課題を解決することができる。
【００５５】
なお、図９に示した構成において、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部列の間に垂直電荷転送路３３を設けた従来の一般的な構成の固体撮像素子においては、半導体基板Ｓ’表面が空乏化しやすくなることによる白傷が垂直電荷転送路にて発生することになるが、垂直電荷転送路では１つの欠陥箇所に電荷蓄積パケットが滞在する時間は短いため、このような白傷による画質への影響は少ない。ところが、固体撮像素子２００のように、２つの光電変換部列で１つの垂直電荷転送路を共用する構成の場合には、このような白傷による画質へ影響が懸念されるため、表面高濃度ｐ層４４を延在する構成が有効となる。また、図２に示した構成では、光電変換部１１同士の間の素子分離層上方に転送電極が存在しないため、上述した課題は発生しないが、空間サンプリング周波数の向上を図る場合には図６に示した構成が有効である。
【００５６】
なお、図７，８の例では、奇数列の光電変換部３１の表面高濃度ｐ層４４を、その光電変換部３１の右上に隣接する光電変換部３１との間の素子分離層３６上まで延ばすものとしたが、これに限らない。例えば、奇数列の光電変換部３１の表面高濃度ｐ層４４を、その光電変換部３１の右下に隣接する光電変換部３１との間の素子分離層３６上まで延ばすものとしても良い。
【００５７】
また、図７，８の例では、光電変換部３１の表面高濃度ｐ層４４と、その光電変換部３１の垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う光電変換部３１の表面高濃度ｐ層４４との間に隙間を存在させているが、図１０に示すように、この隙間を無くし、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの表面高濃度ｐ層４４を一体的に形成した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部３１の表面積に対する表面高濃度ｐ層４４の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度ｐ層４４を形成するためのマスクパターンがシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。
【００５８】
また、図１１に示すように、図１０に示した表面高濃度ｐ層４４を、列方向に隣り合うもの同士で接続し、垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部列の各光電変換部３１の表面に設けられる表面高濃度ｐ層４４を一体化した構成としても良い。このようにすることで、光電変換部３１の表面積に対する表面高濃度ｐ層４４の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。また、表面高濃度ｐ層４４を形成するためのマスクパターンがよりシンプルなものとなるため、微細化にも容易に対応することができる。
【００５９】
次に、固体撮像素子２００の製造方法について説明する。
【００６０】
図１２は、図７に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための図であり、各製造工程での図７のＢ−Ｂ線断面を示した図である。まず、ｐウェル層４２内に、光電変換部３１、読み出しゲート３２、垂直電荷転送路３３、及び素子分離層３６をイオン注入によって形成する（図１２（ａ））。
【００６１】
次に、光電変換部３１の表面の読み出しゲート３２から距離をあけ、且つ、素子分離層３６のうち垂直電荷転送路３３を挟まずに隣り合う２つの光電変換部３１の間にある部分の上にまで延びるように、光電変換部３１の表面付近にイオン注入を行って表面高濃度ｐ層４４を形成する（図１２（ｂ））。
【００６２】
次に、ゲート絶縁膜ＧＳ上に導電性材料を成膜し、これをパターニングして転送電極３７〜４０を形成する（図１２（ｃ））。転送電極３７〜４０は、転送電極３８，４０をまず先に形成し、これを熱酸化して絶縁膜で覆った後、転送電極３７，３９を形成することで２層構造の電極とする。なお、転送電極３７〜４０は単層電極構造としても良い。
【００６３】
次に、転送電極３７〜４０をマスクとして、転送電極３７〜４０の間の光電変換部３１が露出した領域にイオン注入を行い、表面低濃度ｐ層４３を形成する（図１２（ｄ））。その後は、遮光膜Ｗを形成し、カラーフィルタやマイクロレンズを形成して固体撮像素子の製造を完了する。
【００６４】
以上のように、素子分離層３６の形成後に表面高濃度ｐ層４４を形成し、その後に転送電極３７〜４０を形成するようにすることで、表面高濃度ｐ層４４の表面積を大きくすることができ、白傷を抑制することができる。
【００６５】
また、上記方法では、表面低濃度ｐ層４３を転送電極３７〜４０をマスクとしたセルフアラインによって形成しているため、表面低濃度ｐ層４３の形状制御が容易となり、電荷読み出し特性の安定化を図ることができる。また、転送電極３７〜４０を２層構造としているため、近接する転送電極３７〜４０間の隙間を平面視上なくすことができ、セルフアラインで表面低濃度ｐ層４３を形成する際に、転送電極間の隙間からイオン注入されるのを容易に防止することができる。
【００６６】
なお、図１０や図１１に示したような構成を実現する場合には、表面高濃度ｐ層４４を形成する際のマスクパターンを、図１０や図１１に示した形状に対応するものに適宜変更すれば良い。
【００６７】
また、上記説明では、表面低濃度ｐ層４３を転送電極３７〜４０をマスクとしたセルフアラインによって形成するものとしたが、表面低濃度ｐ層４３を転送電極３７〜４０の形成前に形成しても良い。この場合、光電変換部３１表面に表面高濃度ｐ層４４が形成されていない状態で表面低濃度ｐ層４３を形成することができるため、表面低濃度ｐ層４３形成のためのイオン注入制御が容易となる。
【００６８】
図１３は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す平面模式図である。この固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡やカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像装置に搭載して用いられる。
【００６９】
図１３に示す固体撮像素子３００は、半導体基板Ｓ’’内の列方向とこれに直交する行方向に二次元状（ここでは正方格子状）に配設された複数の光電変換部５１を備える。複数の光電変換部５１の配置は、列方向に配設された複数の光電変換部５１からなる光電変換部列を行方向に複数配列したものとなっている。
【００７０】
固体撮像素子３００は、光電変換部列の各光電変換部５１に対応して設けられ、各光電変換部５１で発生した電荷を列方向に転送する垂直電荷転送路５３と、各光電変換部５１とそれに対応する垂直電荷転送路５３との間に設けられ、各光電変換部５１で発生した電荷を該垂直電荷転送路５３に読み出すための電荷読み出し部である読み出しゲート５２と、光電変換部５１とその周囲の光電変換部５１及び垂直電荷転送路５３とを分離するために設けられた素子分離層５６（図１３で一部のみ図示している）と、垂直電荷転送路５３を転送されてきた電荷を行方向に転送するための水平電荷転送路５４と、水平電荷転送路５４を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する出力部５５とを備える。
【００７１】
図１４は、図１３に示す固体撮像素子の部分拡大模式図であり、図１５は、図１４に示す固体撮像素子のＣ−Ｃ’線の断面模式図である。図１５に示すように、光電変換部５１、読み出しゲート５２、垂直電荷転送路５３、素子分離層５６は、いずれも、ｎ型シリコン基板６０上に形成されたｐウェル層６１内に形成されている。ｎ型シリコン基板６０とｐウェル層６１が半導体基板Ｓ’’を構成している。
【００７２】
光電変換部５１は、ｐウェル層６１内に形成されたｎ型不純物層で構成され、このｎ型不純物層とｐウェル層６１とのｐｎ接合により、入射した光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部（フォトダイオード）として機能する。この光電変換部６１は、その表面に低濃度のｐ型不純物層５７（以下、表面低濃度ｐ層５７と言う）が設けられ、更に、表面低濃度ｐ層５７の表面に表面低濃度ｐ層５７よりも高濃度のｐ型不純物層５８（以下、表面高濃度ｐ層５８と言う）が設けられた、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【００７３】
垂直電荷転送路５３はｐウェル層６１内に形成されたｎ型不純物層で構成されている。読み出しゲート５２は、ｐウェル層６１内に形成されたｐ型不純物層で構成されている。素子分離層５６は、読み出しゲート５２や表面低濃度ｐ層５７よりも高濃度のｐ型不純物層で構成され、光電変換部５１と垂直電荷転送路５３と読み出しゲート５２以外のｐウェル層６１の領域に形成されている。
【００７４】
読み出しゲート５２及び垂直電荷転送路５３上には、ゲート絶縁膜ＧＳを介して転送電極Ｖが形成されている。転送電極Ｖ上方には、光電変換部５１の一部上方に開口を有するタングステン等から構成される遮光膜５９が設けられている。遮光膜５９上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズ等が設けられている。
【００７５】
次に、光電変換５１表面に形成される表面低濃度ｐ層５７と表面高濃度ｐ層５８について詳細に説明する。
【００７６】
表面低濃度ｐ層５７は、例えば光電変換部５１の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図１４に示したように、平面視においては、光電変換部５１と同じ面積（完全に重なった構成）となっている。
【００７７】
表面高濃度ｐ層５８は、例えば表面低濃度ｐ層５７の表面にイオン注入を行うことで形成されたものであり、図１４，１５に示したように、表面高濃度ｐ層５８が形成された光電変換部５１に対応する読み出しゲート５２から距離をおいて（すなわち、読み出しゲート５２との間に表面低濃度ｐ層５７が介在するように）形成されている。また、表面高濃度ｐ層５８は、表面低濃度ｐ層５７の端部を越えて、該表面高濃度ｐ層５８が表面に形成された光電変換部５１に対応する垂直電荷転送路５３から遠ざかる方向に延在して素子分離層５６の上まで形成されている。
【００７８】
この固体撮像素子３００では、表面高濃度ｐ層５８を、対応する垂直電荷転送路５３側には延ばさず、該表面高濃度ｐ層５８が表面に形成された光電変換部５１に対応する垂直電荷転送路５３から遠ざかる方向に延ばして面積を確保した構成となっている。このため、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部５１の表面積に対する表面高濃度ｐ層５８の表面積の割合を一定以上維持することができ、白傷を効果的に抑制することができる。また、読み出しゲート５２と表面高濃度ｐ層５８との間には表面低濃度ｐ層５７が介在するため、光電変換部５１から垂直電荷転送路５３への電荷読み出しのための電圧を低くすることができる。
【００７９】
なお、固体撮像素子３００においても、列方向に隣り合う表面高濃度ｐ層５８を一体化した構成にすることで、白傷抑制効果を高めることができる。また、固体撮像素子３００において、光電変換部列の奇数列と偶数列とを、光電変換部列の配列ピッチの１／２列方向にずらした構成としても良い。
【００８０】
これまでの説明では、光電変換部１１や光電変換部３１から信号として読み出す電荷を電子として説明したが、これは正孔であっても良い。正孔とする場合には、上述してきた説明及び図面において、ｎ型とｐ型をすべて反対とすれば良い。
【００８１】
以下、全ての光電変換部で読み出しゲートの位置が統一されていないタイプの固体撮像素子を参考例として説明する。なお、以下の参考例の各図面で用いる符号は、この参考例の説明にのみ適用する。つまり、参考例の各図面で用いる符号は、図１〜図１５に示した符号とは重複するものがあるが、符号が同じであっても、別の符号として読むものとする。
【００８２】
（参考例）
図１６に示す固体撮像素子１０は、シリコン等の半導体基板の表面に行方向と、該行方向に直交する列方向に、正方格子状に配設された複数のフォトダイオード１２を備えている。ここで、行方向は、図１６のＸ方向に相当し、以下、Ｘ方向とする。また、列方向は、図１６のＹ方向に相当し、以下、Ｙ方向とする。
【００８３】
複数のフォトダイオード１２の列同士の間に、Ｙ方向に延びるように形成された垂直シフトレジスタ（ＶＣＣＤ）１４が形成されている。垂直シフトレジスタ３は、半導体基板の表面に、一定幅で直線状に形成された領域である。
【００８４】
この構成例の固体撮像素子１０は、複数のフォトダイオード１２が、電荷が行方向左側の垂直シフトレジスタに読み出される第１フォトダイオード１２ａと、電荷が行方向右側の垂直シフトレジスタに読み出される第２フォトダイオード１２ｂとを含む。また、複数のフォトダイオード１２は、第１フォトダイオード１２ａのみを行方向に配列した行と、第２フォトダイオード１２ｂのみを行方向に配列した行とを、列方向に交互に並べた配列を有する。第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂとを総称して、単にフォトダイオード１２ともいう。
【００８５】
第１フォトダイオード１２ａと、該第１フォトダイオード１２ａの電荷が読み出される側（図１６の構成では左側）の垂直シフトレジスタ３との間には、読み出しゲート１５が設けられている。同様に、第２フォトダイオード１２ｂと、該第２フォトダイオード１２ｂの電荷が読み出される側（図１６の構成では右側）の垂直シフトレジスタ３との間には、読み出しゲート１５が設けられている。つまり、第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂとは、それぞれ、電荷の読み出される方向が反対となる。
【００８６】
垂直シフトレジスタ３と、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４と、読み出しゲート１５は、フォトダイオード１２で生成された電荷をＹ方向に転送（垂直転送）する垂直電荷転送部として機能する。
【００８７】
垂直シフトレジスタ３の上方に複数の転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が形成されている。転送電極Ｖ１〜Ｖ４に転送パルスが印加されると、垂直シフトレジスタ３に蓄積されている電荷がＹ方向に転送される。
【００８８】
垂直シフトレジスタ３のＹ方向の端部が、水平シフトレジスタ１６に接続している。水平シフトレジスタ１６の上方には、図示しない複数の水平電荷転送電極が行方向に並べて設けられている。複数の水平電荷転送電極に転送パルスが印加されると、水平シフトレジスタ１６に蓄積されている電荷がＸ方向に転送される。水平シフトレジスタ１６と、複数の水平電荷転送電極とが、電荷をＸ方向に転送（水平転送）する水平電荷転送部として機能する。
【００８９】
水平シフトレジスタ１６のＸ方向の端部には、出力アンプ１８が設けられている。出力アンプ１８は、例えばフローティングディフュージョンアンプで構成され、転送された電荷を電圧信号に変換する。
【００９０】
半導体基板の上方には図示しないカラーフィルタを有する。カラーフィルタの配列は任意である。カラーフィルタの配列の一例としては、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色を含むベイヤー配列とすることができる。
【００９１】
図１７に示すように、複数のフォトダイオード１２ａ，１２ｂが、各フォトダイオード１２ａ，１２ｂの電荷が読み出される側の転送電極Ｖ１，Ｖ３と一部重なり合うように形成される。
【００９２】
この構成例では、第１フォトダイオード１２ａが、該第１フォトダイオード１２ａの電荷が読み出される垂直シフトレジスタ３の上方に位置する転送電極Ｖ１と重なり合うように構成されている。また、第２フォトダイオード１２ｂが、該第２フォトダイオード１２ｂの電荷が読み出される垂直シフトレジスタ３の上方に位置する転送電極Ｖ３と重なり合うように構成されている。
【００９３】
図１８に示すように、半導体基板の表面には、ｐウェル領域１が形成されている。ｐウェル領域１の表面には、図中ｎ＋で示す高濃度のｎ型の不純物拡散領域２ｂと、該不純物拡散領域２ｂの表面側に形成された高濃度のｐ型の不純物拡散領域２ａとが設けられている。不純物拡散領域２ａは、暗電流を抑止するために設けられている。ｐウェル領域１とｎ型の不純物拡散領域２ｂとがｐｎ接合することでフォトダイオード１２ａが形成される。図１８では、不純物拡散領域２ａ，２ｂを含めてフォトダイオード１２ａとして表記している。
【００９４】
図１８において、隣り合うフォトダイオード１２の間には、垂直シフトレジスタ３が設けられている。垂直シフトレジスタ３と、該垂直シフトレジスタ３へ電荷が読み出されるフォトダイオード１２ａとの間には、読み出しゲート４が設けられている。また、ｐウェル領域１には、垂直シフトレジスタ３に対して、読み出しゲート４の反対側で隣り合う素子分離領域６と、垂直シフトレジスタ３の下方に位置する素子分離領域５とが設けられている。
【００９５】
ｐウェル領域１の表面には、窒化膜や酸化膜などを含むゲート絶縁膜７が形成されている。
【００９６】
各フォトダイオード１２ａの上方には、ゲート絶縁膜７を介してポリシリコンなどからなる転送電極Ｖ１が設けられている。
【００９７】
ゲート絶縁膜７の上面には、転送電極Ｖ１を覆うように層間絶縁膜１３が形成されている。また、転送電極Ｖ１の側部及び上部を層間絶縁膜１３を介して覆うように、アルミニウムやタングステンなどの遮光性材料からなる遮光膜１５が形成されている。遮光膜１５は、フォトダイオード１２ａの上方の一部が開口しており、開口した領域で入射光を通過させ、該入射光をフォトダイオード１２ａに受光させる。
【００９８】
フォトダイオード１２ａにおける読み出しゲート４側の一部が、転送電極Ｖ１の下方に潜り込むように形成されている。
【００９９】
次に、フォトダイオード１２の形成について説明する。フォトダイオード１２は、半導体基板のｐウェル領域に不純物をイオン注入することで形成する。イオン注入を半導体基板の表面に対して垂直に行うと、不純物によって形成される不純物拡散領域の分布は、半導体基板の表面から深さ方向に対してほぼまっすぐに形成される。一方、イオン注入を半導体基板の表面に対して斜めの方向から行うと、不純物拡散領域の分布は、半導体基板の表面から深さ方向に対して斜めに形成される。なお、イオン注入された不純物は、半導体基板内でその周囲近傍に拡散するが、不純物拡散領域全体に対して極めて小さい割合であるためここでは無視するものとする。
【０１００】
図１６の固体撮像素子１０のように第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂとは、電荷を読み出す方向が異なっており、その読み出される側の転送電極に一部潜り込むように形成する必要がある。ここで、仮に、第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂそれぞれの電荷を読み出す方向に合わせて、イオン注入の方向を変えて合計２回のイオン注入を行うとする。具体的には、第１フォトダイオード１２ａでは、半導体基板の表面に対してＸ方向右側から斜めにイオン注入し、第２フォトダイオード１２ｂでは、半導体基板の表面に対してＸ方向左側から斜めにイオン注入を行う。この場合には、第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂとでそれぞれ別のイオン注入を行うため、第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂとで電荷読み出しなどの特性に差が生じてしまう。
【０１０１】
この構成例では、第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂとを同じイオン注入によって１回で形成する。
【０１０２】
図１９（ａ）は、半導体基板においてＸ方向に対する不純物の分布とイオン注入の方向を示し、図１９（ｂ）は、半導体基板においてＹ方向に対する不純物の分布とイオン注入の方向を示している。なお、図１９（ａ），（ｂ）では、素子分離領域や読み出しゲートを図示せず省略している。
【０１０３】
図１９（ａ）に示すように、イオン注入によって、不純物は、半導体基板の表面に対して、Ｘ方向に傾斜することなく、Ｘ方向に対称に分布する。ここで、対称に分布とは、フォトダイオード１２のＸ方向のどの位置においても半導体基板の表面からの不純物の分布が等しいことを意味する。このとき、半導体基板のｐウェル領域１には、不純物が略矩形状に分布する。
【０１０４】
このとき、イオン注入の方向は、図１９（ｂ）に示すように、半導体基板の表面に対して、Ｙ方向に傾斜する。つまり、イオン注入の方向は、電荷が転送される方向に傾斜する。このとき、不純物が、Ｙ方向では、半導体基板の表面から電荷を転送する方向に向かって傾斜する向きで分布する。このとき、半導体基板のｐウェル領域１には、不純物が略平行四辺形状に分布する。なお、Ｙ方向におけるイオン注入の方向は、半導体基板の表面から電荷を転送する方向の反対側へ向かって傾斜していてもよい。Ｙ方向において、イオン注入を斜め方向に行うのは、イオン注入された不純物の分布を安定させるためである。
【０１０５】
第１フォトダイオード１２ａと第２フォトダイオード１２ｂ間の電荷の読み出し方向の相違にかかわらず、第１フォトダイオード１２ａ及び第２フォトダイオード１２ｂは、同じ方向でかつ１回のイオン注入によって形成される。
【０１０６】
この固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードの一部で電荷を読み出す方向がＸ方向に対して異なっている場合に、不純物がＸ方向では対称に分布するようにイオン注入することで、複数のフォトダイオード間で電荷を読み出す方向とイオン注入の方向との関係が同じになる。このため、複数のフォトダイオードそれぞれの読み出し特性に差が生じることを回避することができる。
【０１０７】
このようにフォトダイオードを形成する手順としては、先ず、半導体基板の表面にフォトダイオードを形成するためのイオン注入を行う。そして、フォトダイオードを形成した後で、半導体基板の上層に転送電極などを形成する。こうすれば、Ｘ方向に対して斜めにイオン注入を行わなくても、フォトダイオードの一部と重なり合うように後工程で転送電極を形成できる。
【０１０８】
具体的には、先に、半導体基板の表面にフォトダイオードを形成するためのイオン注入工程を行う。イオン注入工程では、不純物が行方向に対称に分布し、且つ、列方向に対しては半導体基板の表面から電荷が転送される方向に向かって斜めに分布するようにイオン注入を行って複数のフォトダイオードを形成する。
【０１０９】
複数のフォトダイオードを形成した後で、半導体基板の上方に、転送電極を形成する。このとき、既に形成されたフォトダイオードの一部と重なり合うように転送電極を形成する。
【０１１０】
半導体基板の上層に設けられる絶縁膜などは、周知の製造手順を採用して適宜形成することができる。このとき、イオン注入を行う手順と転送電極を形成する手順とを妨げない順番で形成される。
【０１１１】
こうすれば、複数のフォトダイオード間で特性の差がない固体撮像素子を得ることができるとともに、１回のイオン注入のみでフォトダイオードを形成することができるため、電荷の読み出し方向に応じて製造工程が増えてしまうことがない。
【０１１２】
固体撮像素子の構成は、上記構成例に限定されない。
図２０に示す固体撮像素子は、上記構成例と同様に、半導体基板の表面に、Ｘ方向及びＹ方向に格子状に複数のフォトダイオードが配列されている。複数のフォトダイオードがＸ方向に対して両側の垂直シフトレジスタ３に電荷が読み出されるように読み出しゲートが形成された第１フォトダイオード１２ａと、第２フォトダイオード１２ｂとを含む。
【０１１３】
第１フォトダイオード１２ａは、電荷が読み出される側の転送電極Ｖ１，Ｖ４と一部重なり合うように形成される。同様に、第２フォトダイオード１２ｂは、電荷が読み出される側の転送電極Ｖ２，Ｖ３と一部重なり合うように形成される。
【０１１４】
第１フォトダイオード１２ａで生成された電荷は、転送電極Ｖ１の下方に位置する垂直シフトレジスタ３、または、転送電極Ｖ４の下方に位置する垂直シフトレジスタ３に読み出される。
【０１１５】
第２フォトダイオード１２ｂで生成された電荷は、転送電極Ｖ３の下方に位置する垂直シフトレジスタ３、または、転送電極Ｖ２の下方に位置する垂直シフトレジスタ３に読み出される。
【０１１６】
図２０の固体撮像素子の構成例において、上記構成例と同様に、イオン注入の方向を、半導体基板の表面に対して、Ｘ方向に傾斜することなく、垂直とする。こうすることで、不純物が半導体基板の表面のＸ方向に対称に分布する。また、Ｙ方向においては、半導体基板の表面に対して傾斜するようにイオン注入を行う。このとき、不純物が、Ｙ方向では、半導体基板の表面から電荷を転送する方向に向かって傾斜する向きで分布する。
【０１１７】
この固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードの一部で電荷を読み出す方向がＸ方向に対して異なっている場合に、不純物がＸ方向にして対称に分布するようにイオン注入することで、複数のフォトダイオード間で電荷を読み出す方向とイオン注入の方向との関係が同じになる。イオン注入は、Ｙ方向に対して斜めに行われるため、不純物のＸ方向の分布を対称にすることができ、斜め方向にイオン注入を行うことで、注入された不純物の分布が安定する。このため、複数のフォトダイオードそれぞれの読み出し特性に差が生じることを回避することができる。
【０１１８】
図２１に示す固体撮像素子では、複数のフォトダイオードが、Ｘ方向に対して一方に電荷が読み出されるように読み出しゲートが形成された第１フォトダイオード２２ａと、第１フォトダイオード１２ａの反対方向へ電荷が読み出されるように読み出しゲートが形成された第２フォトダイオード２２ｂとを含む。
【０１１９】
第１フォトダイオード２２ａは、電荷が読み出される側の転送電極Ｖ２，Ｖ４と一部重なり合うように形成される。同様に、第２フォトダイオード２２ｂは、電荷が読み出される側の転送電極Ｖ１，Ｖ３と一部重なり合うように形成される。
【０１２０】
第１フォトダイオード２２ａで生成された電荷は、転送電極Ｖ２，Ｖ４それぞれの下方に位置する垂直シフトレジスタ３に読み出される。
【０１２１】
第２フォトダイオード２２ｂで生成された電荷は、転送電極Ｖ１，Ｖ３それぞれの下方に位置する垂直シフトレジスタ３に読み出される。
【０１２２】
この構成例では、電荷を読み出す方向が向かい合うように隣り合う第１フォトダイオード２２ａと第２フォトダイオード２２ｂとの間の垂直シフトレジスタ３にのみ電荷が読み出される。電荷を読み出す方向が向かい合わないように隣り合った第１フォトダイオード２２ａと第２フォトダイオード２２ｂとの間には垂直シフトレジスタ３や転送電極Ｖ１〜Ｖ４が設けられていない。または、電荷を読み出す方向が向かい合わないように隣り合った第１フォトダイオード２２ａと第２フォトダイオード２２ｂとの間には垂直シフトレジスタ３や転送電極Ｖ１〜Ｖ４を設けたうえで、該垂直シフトレジスタ３へ電荷の読み出しを行わない構成としてもよい。
【０１２３】
図２１の固体撮像素子の構成例において、上記構成例と同様に、イオン注入の方向を、半導体基板の表面に対して、Ｘ方向に傾斜することなく、垂直とする。こうすることで、不純物が半導体基板の表面のＸ方向に対称に分布する。また、Ｙ方向においては、半導体基板の表面に対して傾斜するようにイオン注入を行う。このとき、不純物が、Ｙ方向では、半導体基板の表面から電荷を転送する方向に向かって傾斜する向きで分布する。
【０１２４】
この固体撮像素子によれば、複数のフォトダイオードの一部で電荷を読み出す方向がＸ方向に対して異なっている場合に、不純物がＸ方向にして対称に分布するようにイオン注入することで、複数のフォトダイオード間で電荷を読み出す方向とイオン注入の方向との関係が同じになる。イオン注入は、Ｙ方向に対して斜めに行われるため、不純物のＸ方向の分布を対称にすることができ、斜めにイオン注入を行うことで、注入された不純物の分布が安定する。このため、複数のフォトダイオードそれぞれの読み出し特性に差が生じることを回避することができる。
【０１２５】
以上のように、本明細書には次の事項が開示されている。
【０１２６】
開示された固体撮像素子は、半導体基板内に列方向とこれに直交する行方向に配設された複数の光電変換部を有する固体撮像素子であって、前記光電変換部に対応して設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記光電変換部とそれに対応する前記電荷転送路との間に設けられ、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部と、前記光電変換部と、その周囲の前記光電変換部及び前記電荷転送路とを分離するために設けられた前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の素子分離層と、前記光電変換部の表面に設けられ、前記光電変換部を構成する不純物と反対導電型の第一の不純物層と、前記第一の不純物層の表面に前記電荷読み出し部から距離をあけて設けられ、前記第一の不純物層と同じ導電型で且つ前記第一の不純物層よりも不純物濃度の高い第二の不純物層とを備え、前記第二の不純物層は、前記第二の不純物層が形成された前記光電変換部に対応する前記垂直電荷転送路から遠ざかる方向に延在して前記素子分離層の上まで形成されている。
【０１２７】
この構成により、セルサイズを縮小していった場合でも、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を維持することができる。このため、白傷を抑制することができる。また、電荷読み出し部と第二の不純物層との間には第一の不純物層が介在するため、光電変換部から電荷転送路への電荷読み出しのための電圧を低くすることができる。
【０１２８】
開示された固体撮像素子は、前記複数の光電変換部が、前記半導体基板内に列方向に配設された複数の前記光電変換部からなる光電変換部列を前記列方向と直交する行方向に複数配列した構成となっており、前記電荷転送路が前記複数の光電変換部列の間を１つおきに配置され、それを挟んで隣り合う２つの光電変換部列で共用されており、前記第二の不純物層は、前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部列の光電変換部同士の間にある部分の上にまで延びている。
【０１２９】
この構成により、表面高濃度ｐ層と隣接電荷転送路とのリークの発生が抑制されるため、白傷を更に低減することができる。
【０１３０】
開示された固体撮像素子は、前記複数の光電変換部列は、それぞれ同一の配列ピッチで、且つ、奇数列と偶数列がそれぞれの前記光電変換部の配列ピッチの１／２前記列方向に互いにずれており、前記素子分離層のうち、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部の間にある部分の上方には、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための転送電極が存在する。
【０１３１】
この構成により、転送電極に電圧が印加された場合でも、電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの光電変換部の間の半導体基板表面が第二の不純物層によってシールドされるため、この表面部分が空乏化しにくくなり、白傷の発生を抑えることができる。
【０１３２】
開示された固体撮像素子は、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記第二の不純物層が一体化されている。
【０１３３】
この構成により、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。
【０１３４】
開示された固体撮像素子は、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている。
【０１３５】
この構成により、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。
【０１３６】
開示された固体撮像素子は、前記電荷転送路が１つの前記光電変換部列に対して１つ設けられ、前記電荷転送路に対応する各光電変換部の前記第二の不純物層が一体化されている。
【０１３７】
この構成により、光電変換部表面積に対する第二の不純物層の表面積の割合を更に大きくすることができ、白傷をより抑制することができる。
【０１３８】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。
【０１３９】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記固体撮像素子の製造方法であって、前記素子分離層を形成する第一の工程と、前記第一の工程の後に前記第二の不純物層を形成する第二の工程と、前記第二の工程の後に前記転送電極を形成する第三の工程とを含む。
【０１４０】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第三の工程の後、前記転送電極をマスクとしたイオン注入によって前記第一の不純物層を形成する第四の工程を含む。
【０１４１】
この方法により、電荷読み出し特性を安定化させることができる。
【０１４２】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記第二の不純物層を一体的に形成する。
【０１４３】
この方法により、第二の不純物層形成のためのマスクパターンをシンプルなものにすることができ、微細化が進んだ場合でも製造が容易となる。
【０１４４】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程では、前記電荷転送路を挟まずに隣り合う２つの前記光電変換部列の各光電変換部の前記第二の不純物層を一体的に形成する。
【０１４５】
この方法により、第二の不純物層形成のためのマスクパターンをシンプルなものにすることができ、微細化が進んだ場合でも製造が容易となる。
【符号の説明】
【０１４６】
１１  光電変換部
１２  読み出しゲート
１３  垂直電荷転送路
２２  表面高濃度ｐ層
２３  表面低濃度ｐ層
３６  素子分離層
１００  固体撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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