(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成され、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積する受光部、及び、前記基板上において前記受光部に隣接する領域に形成された画素電極を有して構成される画素と、
隣接する画素間を分離する多段素子分離層であって、前記受光部を挟んで前記画素電極に対向する領域では、前記基板の光入射面から０．５μｍ〜１μｍよりも深い領域において、前記画素における集光中心と前記基板内の長波長の光が光電変換される光電変換領域の中心とが一致するように前記受光部から所定の距離だけ離して形成された下段素子分離層、及び、前記下段素子分離層上部に形成され、前記受光部に接するように形成された上段素子分離層を有し、前記受光部を挟んで前記画素電極に対向する領域以外の領域では、前記受光部に接するように形成された複数段の不純物拡散層を有する多段素子分離層と
を含む固体撮像装置。
【請求項２】
前記下段素子分離層は、前記受光部から０．１μｍ以上離れた領域に形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素電極は、ポリシリコンまたはアモルファスシリコンで形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素電極は、前記受光部で生成された信号電荷を読み出すための読み出し電極である
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記多段素子分離層上部には、ＬＯＣＯＳまたはＳＴＩからなる素子分離部を有し、前記素子分離部の前記基板における界面は、前記多段素子分離層に被覆されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
基板を準備する工程と、
前記基板の受光部が形成される領域を挟んで、画素電極が形成される領域に対向する領域では、前記基板の光入射面から０．５μｍ〜１μｍよりも深い領域において、前記受光部を含む画素における集光中心と、前記基板内の長波長の光が光電変換される光電変換領域の中心が一致するように、前記受光部が形成される領域から所定の距離離れた領域に、１段以上の下段素子分離層を形成し、前記受光部が形成される領域を挟んで前記画素電極が形成される領域に対向する領域及び前記画素電極が形成される領域を除く、前記受光部が形成される領域を囲む領域では、前記受光部が形成される領域に接するように、１段以上の下段素子分離層を形成する工程と、
前記下段素子分離層を形成する前、または後の工程に、前記下段素子分離層上の領域に所定のマスクを介して所望の不純物をイオン注入することにより、受光部が形成される領域に接する領域に、１段以上の上段素子分離層を形成する工程と、
前記基板上部の受光部が形成される領域に隣接する領域に、ゲート絶縁膜を介して画素電極を形成する工程と、
前記画素電極を形成する前、または後の工程に、前記画素電極と前記上段素子分離層とで囲まれた領域に、所望の不純物をイオン注入して受光部を形成する工程、
を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記下段素子分離層は、受光部から０．１μｍ以上離れた領域に形成する
請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記画素電極は、ポリシリコンまたはアモルファスシリコンで形成する
請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記上段素子分離層上の基板上部には、ＬＯＣＯＳまたはＳＴＩからなる素子分離部を形成し、前記素子分離部の前記基板に対する界面は、前記上段素子分離層によって被覆する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記画素電極は、前記受光部で生成された信号電荷を読み出すための読み出し電極である
請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
光学レンズと、
基板と、前記基板に形成され、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積する受光部、及び、前記基板上において前記受光部に隣接する領域に形成された画素電極を有して構成される画素と、隣接する画素間を分離する多段素子分離層であって、前記受光部を挟んで前記画素電極に対向する領域では、前記基板の光入射面から０．５μｍ〜１μｍよりも深い領域において、前記画素における集光中心と前記基板内の長波長の光が光電変換される光電変換領域の中心とが一致するように前記受光部から所定の距離だけ離して形成された下段素子分離層、及び、前記下段素子分離層上部に形成され、前記受光部に接するように形成された上段素子分離層を有し、前記受光部を挟んで前記画素電極に対向する領域以外の領域では、前記受光部に接するように形成された複数段の不純物拡散層を有する多段素子分離層と、を有して構成され、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置とに大別される。
これらの固体撮像装置では、画素毎にフォトダイオードからなる受光部が形成されており、受光部では、受光部に入射した光による光電変換により信号電荷が生成される。ＣＣＤ型の固体撮像装置では、受光部において生成された信号電荷はＣＣＤ構造を有する電荷転送部内を転送され、出力部において画素信号に変換されて出力される。一方、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、受光部において生成された信号電荷は画素毎に増幅され、増幅された信号が画素信号として信号線により出力される。
【０００３】
ところで、固体撮像装置では、画素と画素との間の領域には、隣接する画素間において、信号電荷の漏れ込みを防ぐために、素子分離のためのウェル領域が設けられている。下記特許文献１には、ＣＣＤ型の固体撮像装置において、隣接画素間に、多段の不純物領域からなる素子分離領域を形成する構成が記載されている。
【０００４】
特許文献１では、多段の不純物領域からなる素子分離領域をイオン注入によって形成する際に、下層の不純物領域を形成するためのイオン注入面積を、上層の不純物領域を形成するためのイオン注入面積よりも小さくする構成がとられている。この場合、拡散後の仕上がり段階において、受光部の電荷蓄積領域が深さ方向で同じになるようにされている。これにより、素子分離領域では、半導体基板の深さ方向に徐々に幅の狭い不純物領域とされるので、不純物領域の拡散による受光部の電荷蓄積領域の減少が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６５４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のＣＭＯＳ型の固体撮像装置の画素は、図７に示すように、基板５３に形成された受光部５５と、受光部５５に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン部５２に読み出すための読み出し電極５６を有して構成されている。読み出し電極５６は、受光部５５が形成された領域の端部の基板５３上に、絶縁膜５８を介して例えばポリシリコンにより形成される。また、受光部５５と読み出し電極５６を含む画素は、隣接する画素間に形成された素子分離領域５４によって分離されている。素子分離領域５４は、基板５３上部に形成されたＬＯＣＯＳ酸化膜５９とその下部に複数回のイオン注入によって形成された複数段の素子分離層５７によって構成されている。
【０００７】
以上の構成を有する従来のＣＭＯＳ型の固体撮像装置において、図示しないオンチップレンズで画素中心に集光された光Ｌは、基板５３の受光部５５に入射する。入射光のうち、例えば５００ｎｍ以下の短波長の光は基板５３の表面から０．５〜１μｍの領域に吸収され、そこにおいて光電変換される。また、例えば６００ｎｍ〜７００ｎｍの長波長の光は、基板５３の表面から０．５〜１μｍよりも深い位置で吸収され、そこにおいて光電変換される。
【０００８】
このとき、画素の集光中心Ｓ１は、受光部５５の中心位置とされ、読み出し電極５６端部と素子分離領域５４端部を結ぶ線の中心に位置する。しかしながら、長波長の斜め光Ｌ１はポリシリコンからなる読み出し電極５６を透過して基板５３内部に入射する。このため、読み出し電極５６下部の受光部５５では無い領域においても、長波長の光による光電変換がなされ、読み出し電極５６下部においても信号電荷ｅが生成される。すなわち、長波長の光による光電変換領域６０は、受光部５５のみならず読み出し電極５６下部まで広がってしまい、光電変換領域６０の中心Ｓ２が集光中心Ｓ１からずれてしまう。一方、短波長の光は、ポリシリコンからなる読み出し電極５６を透過しにくいため、短波長の光による光電変換は受光部５５のみで行われ、短波長の光による光電変換領域中心は、集光中心Ｓ１と一致する。
【０００９】
このように、従来の固体撮像装置では、長波長側の光の光電変換領域６０は、読み出し電極５６部から素子分離層５７端部まで広がるため、その光電変換領域６０の中心Ｓ２と画素の集光中心Ｓ１とがずれてしまう。この結果、短波長の入射光では特性に問題は生じないが、長波長の入射光では、個々の画素における感度のズレ（感度ムラ）が起こり、また画素配列によっては中心がずれたことに起因する不均一なシェーディング等が生じ、画素特性に波長依存が出てしまう。
【００１０】
上述の点に鑑み、本発明は、感度ムラや、シェーディングが抑制された固体撮像装置を提供する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板と、基板に形成された画素と、隣接する画素間を分離する多段素子分離層とを有して構成されている。画素は、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積する受光部と、基板上に形成された画素電極とを有して構成されている。多段素子分離層は、複数段の不純物拡散層を有して構成されている。そして、受光部を挟んで画素電極に対向する領域の基板表面から深さ方向に形成された多段素子分離領域は、基板の光入射面から０．５μｍ〜１μｍよりも深い領域において、画素における集光中心と基板内の長波長の光が光電変換される光電変換領域の中心とが一致するように受光部から所定の距離だけ離して形成された下段素子分離層、及び、下段素子分離層上部に形成され、受光部に接するように形成された上段素子分離層を有している。また、多段素子分離領域は、受光部を挟んで画素電極に対向する領域以外の領域では、受光部に接するように形成された複数段の不純物拡散層を有する。
【００１２】
本発明の固体撮像装置では、受光部を挟んで画素電極と対向する領域似形成された多段素子分離層では、受光部から所定の距離だけ離して形成された下段素子分離層を有する。このため、受光部による空乏層が、下段素子分離層側に広がるように形成される。これにより、受光部と下段素子分離層との間においても光電変換がなされる。
【００１３】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、以下の工程を有する。まず、基板を準備し、基板の受光部が形成される領域を挟んで、画素電極が形成される領域に対向する領域において、所定のマスクを介して所望の不純物をイオン注入する工程を有する。そしてここにおいて、基板の光入射面から０．５μｍ〜１μｍよりも深い領域であって、受光部を含む画素における集光中心と、基板内の長波長の光が光電変換される光電変換領域の中心が一致するように、受光部が形成される領域から所定の距離離れた領域に、１段以上の下段素子分離層を形成する。これと同時に、受光部が形成される領域を挟んで画素電極が形成される領域に対向する領域及び画素電極が形成される領域を除く、受光部が形成される領域を囲む領域では、受光部が形成される領域に接するように、１段以上の下段素子分離層を形成する。また、下段素子分離層を形成する前、または後の工程に、下段素子分離層上の領域に、所定のマスクを介して所望の不純物をイオン注入する工程を有する。そしてここにおいて、受光部が形成される領域に接する領域に、１段以上の上段素子分離層を形成する。また、基板上部の所定の領域に、ゲート絶縁膜を介して画素電極を形成する工程と、画素電極の形成工程の前または後の工程において、画素電極端部と上段素子分離層端部との間の領域に、所望の不純物をイオン注入して受光部を形成する工程を有する。
【００１４】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、上段素子分離層及び下段素子分離層により、複数段の不純物拡散層からなる多段素子分離層が構成される。また、受光部を挟んで画素電極と対向する領域に形成される多段素子分離層のうち、下段素子分離層が、受光部から所定の距離だけ離れた領域に形成される。
【００１５】
本発明の電子機器は、光学レンズと、光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、固体撮像装置が出力される出力信号を処理する信号処理回路とを有して構成されている。そして、固体撮像装置は、基板と、基板に形成された画素と、隣接する画素間を分離する多段素子分離層とを有して構成されている。画素は、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積する受光部と基板上に形成された画素電極とを有して構成されている。多段素子分離層は、複数段の不純物拡散層を有して構成されている。そして、受光部を挟んで画素電極に対向する領域の基板表面から深さ方向に形成された多段素子分離領域は、基板の光入射面から０．５μｍ〜１μｍよりも深い領域において、受光部を含む画素における集光中心と、基板内の長波長の光が光電変換される光電変換領域の中心が一致するように、受光部から所定の距離だけ離して形成された下段素子分離層、及び、下段素子分離層上部に形成され、受光部に接するように形成された上段素子分離層を有している。また、多段素子分離領域は、受光部を挟んで画素電極に対向する領域以外の領域では、受光部に接するように形成された複数段の不純物拡散層を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入射光の波長依存による感度ムラやシェーディングが抑制された固体撮像装置が得られる。またその固体撮像装置を用いることにより、画質の向上が図られた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素部における概略平面構成図である。
【図３】図２のａ−ａ’線上に沿う断面構成図である。
【図４】Ａ〜Ｃ  第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図５】Ｄ〜Ｆ  第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図６】第２の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図７】従来の固体撮像装置の概略断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図１〜図６を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：固体撮像装置
１−１  固体撮像装置全体の構成
１−２  要部の構成
１−３  製造方法
２．第２の実施形態：電子機器
【００１９】
〈１．第１の実施形態：固体撮像装置〉
［１−１  固体撮像装置の全体の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置１の全体を示す概略構成図である。
本実施形態例の固体撮像装置１は、シリコンからなる基板１１上に配列された複数の画素２から構成される画素部３と、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成される。
【００２０】
画素２は、フォトダイオードからなる受光部と、複数のＭＯＳトランジスタとから構成され、基板１１上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。画素２を構成するＭＯＳトランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、アンプトランジスタで構成される４つのＭＯＳトランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタであってもよい。
【００２１】
画素部３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素２から構成される。画素部３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路５に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。
【００２２】
制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路８で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力される。
【００２３】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素２のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通してカラム信号処理回路５に供給する。
【００２４】
カラム信号処理回路５は、例えば、画素２の列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域（図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０とのあいだに設けられている。
【００２５】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００２６】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して、順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。
【００２７】
［１−２  要部の構成］
図２に、本実施形態例の固体撮像装置の１画素分の概略平面構成を示す。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態例の固体撮像装置の画素２は、隣接する画素間を分離する素子分離領域１３と、素子分離領域１３に囲まれた領域に形成された受光部１２と、受光部１２の端部に形成された画素電極１４とを有して構成されている。
【００２９】
図３は、図２のａ−ａ’線上に沿う断面構成であり、画素電極１４と、受光部１２と、受光部１２を挟んで画素電極１４と対向する領域にある素子分離領域１３の断面構成を見た図である。本実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明する。
【００３０】
図３に示すように、画素２が形成される基板１９は、例えば第１導電型（ｎ型）半導体からなる基板１９で構成されている。基板１９の表面側からもっとも深い領域には、第２導電型（ｐ型）ウェル領域からなるオーバーフローバリア層２０が形成されている。
【００３１】
受光部１２は、基板１９の光入射側となる最表面に形成されたｐ型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域１６と、暗電流抑制領域１６の下部に形成されたｎ型の不純物領域からなる電荷蓄積領域１７とで構成されている。また、電荷蓄積領域１７とオーバーフローバリア層２０との間の領域には、ｎ型低濃度不純物領域（ｎ−領域）１８が形成されている。受光部１２では、暗電流抑制領域１６と電荷蓄積領域１７の間のｐｎ接合により主なフォトダイオードが構成されている。暗電流抑制領域１６により、基板１９界面で発生した暗電流が暗電流抑制領域１７の多数キャリアであるホールに捕獲されることによって抑制される。また、受光部１２で生成された信号電荷は、主に電荷蓄積領域１７に蓄積される。
【００３２】
画素電極１４は、受光部１２に隣接する領域の基板１９上部に、ゲート絶縁膜２８を介して形成されており、例えば、ポリシリコンによって構成されている。本実施形態例では、画素電極１４は、転送トランジスタを構成する読み出し電極とされている。画素電極１４を挟んで受光部１２が形成された領域と反対側の基板１９表面側には、ｎ型の高濃度不純物領域からなるフローティングディフュージョン部２１が形成されている。また、画素電極１４下部、及びフローティングディフュージョン部２１下部はｐ型不純物領域２７とされている。
【００３３】
また、受光部１２を挟んで画素電極と対向する領域に形成される素子分離領域１３は、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）からなる素子分離部２６と、素子分離部２６下部に形成された多段素子分離層３１とで構成されている。多段素子分離層３１は、複数段の不純物拡散層によって構成されている。
【００３４】
素子分離部２６は、ＬＯＣＯＳの他、ＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)を用いることもできる。また、本実施形態例では、素子分離部２６を形成する例としたが、酸化膜などによる素子分離部２６を形成せずに、不純物拡散層からなる素子分離層のみで分離する例としてもよい。
【００３５】
多段素子分離層３１は、基板１９の深さ方向にｐ型の不純物を高濃度に複数回イオン注入することによって形成された不純物拡散層により構成されている。本実施形態例では、多段素子分離層３１のうち、光照射面となる基板１９表面から深さＷ１（本実施形態例では０．５μｍ〜１μｍ）にある不純物拡散層を、上段素子分離層２２，２３とする。また、上段素子分離層２２，２３よりも下部に形成された不純物拡散層を下段素子分離層２４，２５とする。
【００３６】
上段素子分離層２２，２３は、受光部１２の端部から素子分離部２６下部に架けて形成されている。このとき、素子分離部２６の基板１９に対する界面が上段素子分離層２２，２３を構成するｐ型の不純物が高濃度に拡散された不純物拡散層により囲まれるため、素子分離部２６の界面の欠陥に起因して発生する暗電流が抑制される。
【００３７】
下段素子分離層２４，２５は、受光部１２の端部（この場合、受光部を構成する電荷蓄積領域１７の端部）から所定の距離Ｗ２離れた位置より素子分離部２６下部に架けて形成されている。すなわち、下段素子分離層２４，２５は、上段素子分離層２２，２３よりも狭い領域に形成され、かつ、受光部１２から離れた領域に形成されている。距離Ｗ２は、０．１以上であることが好ましく、本実施形態例では、０．２μｍ程度とされている。 
【００３８】
以上の構成を有する固体撮像装置では、図示しないオンチップレンズで画素中心に集光された光Ｌは、基板１９の受光部１２に入射する。入射光Ｌのうち、例えば青色の光である５００ｎｍ以下の短波長の光は基板１９の表面から０．５〜１μｍの領域に吸収され、そこにおいて光電変換される。また、例えば赤色の光である６００ｎｍ〜７００ｎｍの長波長の光は、基板１９の表面から０．５〜１μｍよりも深い位置で吸収され、そこにおいて光電変換される。そして、光電変換により受光部１２で生成、蓄積された信号電荷は、画素電極１４に所定の電圧を印加することにより、フローティングディフュージョン部２１に読み出される。
【００３９】
ところで、本実施形態例の固体撮像装置では、受光部１２に対して、画素電極１４に対向する領域に形成される多段素子分離層３１において、下段素子分離層２４，２５が受光部１２から所定の距離だけ離して形成されている。このため、受光部１２を形成する電荷蓄積領域１７の空乏層の広がりが素子分離部２６下部まで伸びる。これにより、長波長光が光電変換される基板１９の深い領域では、光電変換領域３０が素子分離部２６下部まで広がるため、下段素子分離層２４，２５と受光部１２との間の領域でも長波長光が光電変換される。そしてこのとき、画素電極１４側においても、ポリシリコンを透過した長波長の光が、画素電極１４下部の基板１９の深い領域で光電変換される。このため、長波長光に対する光電変換領域３０が両側に対照的に広がるため、その光電変換領域３０の中心Ｓと実際の画素の集光中心Ｓとが一致する。
【００４０】
下段素子分離層２４，２５を受光部１２から離す距離Ｗ２は、画素電極１４の受光部１２への張り出し量や、素子分離領域１３の幅によって異なってくる。このため、距離Ｗ２は、長波長光の光電変換領域３０の中心と、画素の集光中心Ｓが一致するように、所定の距離に設定される。
【００４１】
短波長光が光電変換される基板１９の浅い領域では、受光部１２が上段素子分離層２２，２３に接して形成され、また、短波長光の光はポリシリコンからなる画素電極１４を透過しにくい。このため短波長光に対する光電変換領域２９は画素電極１４端部から受光部１２端部までとなる。これにより、短波長側でも、その光電変換領域２９の中心Ｓと、画素の集光中心Ｓとが一致する。
【００４２】
このように、本実施形態例の固体撮像装置では、長波長光に対する光電変換領域３０の中心と、短波長光に対する光電変換領域２９の中心と、画素の集光中心Ｓとがすべて一致するので、感度ムラや、シェーディングが低減される。
【００４３】
なお、複数段の不純物拡散層からなる多段素子分離層３１のうち、深さ方向に深い位置に形成される下段素子分離層２４，２５を受光部１２から所定の距離だけ離して形成する構成は、光電変換領域の中心がずれてしまうような領域でのみ適用されればよい。例えば、図２のａ−ａ’線上と直交する線上に沿う断面では、長波長光の光が基板１９内に透過してしまい光電変換領域の対照性が崩れるということが起こらない。このため、そのａ−ａ’線上と直交する線上にある素子分離領域１３の多段素子分離層３１では、すべての不純物拡散層が受光部１２に接するように形成されている。
【００４４】
以上の構成により、本実施形態例の固体撮像装置では、長波長光の感度が向上する他、光の波長によらず画素の感度が均一になり、感度ムラが低減される。また、画素配列起因による不均一なシェーディングが改善される。さらに、下段素子分離層２４，２５を受光部１２から所定の距離だけ離し、空乏層を広げる構成であるため、飽和電荷量（Ｑｓ）が増加する。また、赤色の光に対する感度（レッド感度）と青色の光に対する感度（ブルー感度）の比で構成される感度比を、基板の上層に形成されるメタル開口やオンチップレンズサイズの調整による上層形状の変更によらず制御することが可能となる。
【００４５】
本実施形態例の固体撮像装置では、多段素子分離層３１を２段の上段素子分離層２２，２３と、２段の下段素子分離層２４，２５で形成する例としたが、上段素子分離層及び下段素子分離層は、１段以上であればよく、２段以上の複数段で構成してもよい。
【００４６】
また、本実施形態例の固体撮像装置では、画素電極１４をポリシリコンで形成する例としたが、本発明の構成は、その他、アモルファスシリコンで形成された画素電極を有する固体撮像装置にも有用である。
【００４７】
また、本実施形態例の固体撮像装置では、画素電極１４を読み出し電極とするものであるが、その他、リセットトランジスタや増幅トランジスタ等を構成する画素電極であってもよい。すなわち、受光部に隣接する領域に画素トランジスタを構成する画素電極が形成される場合は、本実施形態例と同様に、長波長側において、画素の集光中心に対する光電変換領域の対称性が崩れる。このため、受光部を挟んでその画素電極に対向する領域の下段素子分離層を受光部から離して形成することで、長波長側の光電変換領域の中心を画素の集光中心にあわせることができる。
【００４８】
［１−３  製造方法］
図４Ａ〜図５Ｆは、本実施形態例の固体撮像装置の画素部３における製造工程図であり、図２のａ−ａ’線上に沿う断面の製造工程図である。図４Ａ〜図５Ｆを用いて、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法を説明する。
【００４９】
まず、図４Ａに示すように、ｎ型半導体からなる基板１９を準備し、隣接する画素間を分離するように、基板１９上の所定の領域を選択的に酸化することによりＬＯＣＯＳからなる素子分離部２６を形成する。
【００５０】
次に、図４Ｂに示すように、画素部が形成される基板１９全面において基板１９の深い領域にｐ型の不純物をイオン注入することにより、オーバーフローバリア層２０を形成する。
【００５１】
次に、図４Ｃに示すように、イオン注入領域となる素子分離部２６上部が開口されたマスク３３を形成する。そして、そのマスク３３を用い、素子分離部２６とオーバーフローバリア層２０の間の領域であって基板１９表面から深さＷ１（本実施形態例では、０．５μｍ〜１μｍ）よりも下層の基板１９領域に、ｐ型の不純物を高濃度にイオン注入する。これにより下段素子分離層２５，２６を形成する。この場合、注入エネルギーを変えて複数回イオン注入することにより、複数段（図４Ｃでは２段）の下段素子分離層２４，２５を形成する。また、下段素子分離層２４，２５は、受光部１２が形成される領域から所定の距離Ｗ２、例えば本実施形態例では０．２μｍ程度離した領域に形成する。このため、下段素子分離層２４，２５は、ＬＯＣＯＳからなる素子分離部２６の下部に、下段素子分離層２４，２５の端部がくるように形成される。そして、下段素子分離層２４，２５端部と受光部１２が形成される領域との間の距離は、マスク３３の開口領域によって調整される。
【００５２】
次に、図５Ｄに示すように、イオン注入領域となる素子分離部２６上部が開口されたマスク３４であって、前工程で用いたマスク３３とは異なるマスク３４を形成する。このマスク３４の開口部端部は、素子分離部２６端部よりも受光部１２側にずれるように形成されている。そして、このマスク３４を用い、素子分離部２６と下段素子分離層２４，２４の間の領域に、ｐ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、上段素子分離層２２，２３を形成する。この場合、注入エネルギーを変えて複数回イオン注入することにより、複数段(図５Ｄでは２段)の上段素子分離層２２，２３を形成する。また、上段素子分離層２２，２３は、受光部１２が形成される領域から、素子分離部２６下部に架けて形成されており、素子分離部２６と基板１９の界面を覆うように形成する。
【００５３】
次に、図５Ｅに示すように、画素電極１４下部及びフローティングディフュージョン部２１が形成される領域の下部には、ｐ型の不純物をイオン注入することによりｐ型不純物領域２７を形成する。そして、受光部１２が形成される領域に隣接する基板１９上部に、例えばシリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜２８を形成し、その上部に、ポリシリコンからなる画素電極１４を形成する。
【００５４】
その後、図５Ｆに示すように、画素電極１４端部から上段素子分離層２２，２３端部の間の領域に、所望の不純物をイオン注入することにより、電荷蓄積領域１７と暗電流抑制領域１６とからなる受光部１２を形成する。また、その電荷蓄積領域１７とオーバーフローバリア層２０との間の領域では、ｎ型の基板１９の不純物濃度によりｎ−領域１８が構成される。さらに、画素電極１４に対して受光部１２とは反対側の基板１９表面側に、ｎ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、フローティングディフュージョン部２１を形成する。
【００５５】
その後、従来と同様の製造工程にて、配線層、カラーフィルタ層、オンチップレンズ等を形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置が完成する。
【００５６】
本実施形態例では、多段素子分離層３１の形成工程において、マスクを変えて下段素子分離層２４，２５と上段素子分離層２２，２３とを作り分けることにより、下段素子分離層２４，２５を受光部１２から離して形成することができる。また、本実施形態例の製造方法により、図３に示したように、長波長光の光電変換領域３０の中心Ｓと画素の集光中心Ｓとが一致した固体撮像装置を得ることができる。
【００５７】
また、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法では、深さ方向のイオン注入を複数回に分けて行うので、各深さにおいて、適切な素子分離層となる不純物拡散層の不純物注入量を制御することが可能である。
【００５８】
本実施形態例の固体撮像装置の製造方法では、画素電極１４を形成した後に受光部１２を形成する例としたが、画素電極１４を形成する前の工程において、受光部１２を形成してもよい。
【００５９】
上述の実施形態では、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳ型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はＣＭＯＳ型固体撮像装置への適用に限られるものではない。また画素が二次元マトリックス状に形成された画素部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。
【００６０】
また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【００６１】
さらに、本発明は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【００６２】
また、本発明の実施の形態は、上述の実施形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。また、上述した例では、主としてｎチャネルＭＯＳトランジスタを構成とした場合であるが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタを構成とすることもできる。ｐチャネルＭＯＳトランジスタとする場合は、各図において、その導電型を反転した構成となる。
また、本実施形態例では、基板として、ｎ型の半導体基板を用いる例としたが、ｐ型の半導体基板を用いることもできる。
【００６３】
また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【００６４】
〈２．第２の実施形態：電子機器〉
次に、本発明の第２の実施形態に係る電子機器について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
本実施形態例の電子機器２００は、上述した本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（カメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
【００６５】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、シャッタ装置２１１と、駆動回路２１２と、信号処理回路２１３とを有する。
【００６６】
光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２１２は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２１２から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１の信号転送を行なう。信号処理回路２１３は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【００６７】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置において、感度ムラやシェーディングが抑制されるので、画質の向上が図られる。
【００６８】
このように、固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・固体撮像装置
２・・・画素
３・・・画素部
４・・・垂直駆動回路
５・・・カラム信号処理回路
６・・・水平駆動回路
７・・・出力回路
８・・・制御回路
１０・・・水平信号線
１１・・・基板
１２・・・受光部
１３・・・素子分離領域
１４・・・画素電極
１６・・・暗電流抑制領域
１７・・・電荷蓄積領域
１８・・・ｎ−領域
１９・・・基板
２０・・・オーバーフローバリア層
２１・・・フローティングディフュージョン部
２２、２３・・・上段素子分離層
２４、２５・・・下段素子分離層
２６・・・素子分離部
２７・・・ｐ型不純物領域
２８・・・ゲート絶縁膜
２９・・・光電変換領域
３０・・・光電変換領域
３１・・・多段素子分離層
３３・・・マスク
３４・・・マスク
【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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