(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上部に行列状に配置して形成された第１導電型の複数の光電変換部と、
前記半導体基板の一の面である電荷検出面に形成され、前記光電変換部に蓄積される電荷を検出する検出回路部と、
前記検出回路部の下側に形成され、前記各光電変換部と接する第２導電型の不純物注入領域を含む第２導電型の複数の分離拡散層と、
前記半導体基板における前記一の面と対向する他の面である光入射面に形成され、異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタとを備え、
前記各光電変換部の形状は、前記カラーフィルタと対応して、前記分離拡散層を構成する前記不純物注入領域により異なることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の光電変換部は、第１の波長領域において透過率が最大となる第１のカラーフィルタと対応する第１の光電変換部と、前記第１の波長領域よりも波長が長い第２の波長領域において透過率が最大となる第２のカラーフィルタと対応する第２の光電変換部とを有し、
前記第２の光電変換部における前記光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域は、前記第１の光電変換部における前記光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域よりも、前記電荷検出面に近いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の光電変換部は、前記第２の波長領域よりも波長が長い第３の波長領域において透過率が最大となる第３のカラーフィルタと対応する第３の光電変換部をさらに有し、
前記第３の光電変換部は、前記光入射面における開口面積及び前記電荷検出面における開口面積と比べて、前記半導体基板の内部において前記光入射面と平行な方向の断面積が最大となることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第３の光電変換部における前記光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域は、前記分離拡散層の内部に拡張して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第３の光電変換部における前記光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域は、前記第３の光電変換部と隣接する少なくとも１つの第１の光電変換部における電荷検出面側の下方にまで拡張して形成されていることを特徴とする請求項３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行列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（Metal Oxide Semiconductor）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６は一般的なＭＯＳ型の固体撮像装置の回路構成を示している。図６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が行列状に配置されて撮像領域を構成している。光電変換部１０１により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により選択された選択トランジスタ１０６を介して出力信号線１１１に伝達される。さらに、増幅された電荷は、水平シフトレジスタ１０９を介して出力端子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と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７は従来例に係る画素部１００の断面構成を示している（例えば、特許文献１を参照。）。図７に示すように、ｐ型半導体基板２０１の上には、ｐ型エピタキシャル層２０３が形成されている。各画素部１００は、素子分離２０７によって区画されており、緑色光を透過する緑フィルタ２２７Ｇ、赤色光を透過する赤フィルタ２２７Ｒ及び青色光を透過する青フィルタ２２７Ｂのいずれかが配置されている。
【０００５】
ｐ型エピタキシャル層２０３の上部には、ｐ型の第１不純物注入領域２１９とその下にｎ型の第２不純物注入領域２１７とが配置されて、光電変換部であるフォトダイオードが形成されている。ｎ型の第２不純物領域２１７とｐ型エピタキシャル層２０３との接合部分も光電変換部となる。ｐ型エピタキシャル層２０３における各第２不純物注入領域２１７の下方には、ｐ＋型の第１埋没バリヤ層２０５が連続して形成されている。すなわち、第１埋没バリヤ層２０５にドーピングされたｐ型の不純物濃度は、ｐ型エピタキシャル層２０３にドーピングされたｐ型の不純物濃度よりも高い。
【０００６】
ｐ型エピタキシャル層２０３における第１埋没バリヤ層２０５の上で、且つ緑フィルタ２２７Ｇと青フィルタ２２７Ｂとが形成された画素部１００には、第２埋没バリヤ層２１１が形成されている。さらに、青フィルタ２２７Ｂが形成された画素部１００には、第２埋没バリヤ層２１１の上に第３埋没バリヤ層２１５が形成されている。ここで、第２埋没バリヤ層２１１及び第３埋没バリヤ層２１５には、ｐ型の不純物がドーピングされており、第１埋没バリヤ層２０５の不純物濃度と同程度の濃度を有する。また、各埋没バリヤ層２０５、２１１及び２１７の上部は、いずれも第２不純物領域２１７と離れている。
【０００７】
以上により、各画素部１００に入射される光の波長に応じて、フォトダイオードの空乏領域の幅及び位置を調節することにより、クロストークを防止している。
【０００８】
また、各画素部に入射される光の波長に応じて、フォトダイオードを構成するｎ型不純物の注入深さを各画素部で変更し、例えば、青フィルタを有する画素部のフォトダイオードを浅く、赤フィルタを有する画素部のフォトダイオードを深く形成して、フォトダイオードの空乏領域を調節することにより、クロストークを防止する従来技術もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２１０９１９号公報
【特許文献２】特許第４１３０８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来のフォトダイオード構造を持つ固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【００１１】
すなわち、図７に示す固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するｎ型の第２不純物注入領域の下方に、光の波長に応じてそれぞれ厚さが異なるｐ型の埋没バリヤ層を設けているものの、各埋没バリヤ層の不純物濃度が低い場合は発生電荷のライフタイムが長くなるため、光電変換されて発生する電荷は消失が遅くなる。これにより、隣接する画素部のフォトダイオードに電荷の流入が起こり、クロストークが増大する。例えば、入射光がｎ型の第２不純物注入領域の下方のｐ型の埋没バリヤ層まで到達すると、このｐ型領域において電荷が発生して隣接するフォトダイオードに流入する。
【００１２】
なお、フォトダイオードを構成するｎ型不純物注入領域を半導体基板の深い領域にまで形成すると、ｐ型領域への光の到達を防止することは可能であるが、斜めに入射される光成分による隣接する画素部への光の漏れ込みが顕著となって、クロストークが増大する。
【００１３】
また、カラーフィルタによって長波長の光成分を除去すると、半導体基板の深部への光の到達は防止できるものの、入射光量が減少して長波長の光に対する感度が低下する。
【００１４】
一方、図７においては、フォトダイオードを構成するｎ型の不純物注入領域の下方に設けるｐ型領域（埋没バリヤ層）の形状を変更しているが、ｐ型領域の不純物濃度が高い場合は、ｎ型の不純物注入領域とｐ型領域との接合リークが増大してノイズが増加する。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、感度及び読み出し特性を維持しながら、光電変換された電荷の他の画素部への流入を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明は、固体撮像装置を裏面照射型とし、入射される光の波長に応じて、光電変換部の形状を異ならせる構成とする。
【００１７】
具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板の上部に行列状に配置して形成された第１導電型の複数の光電変換部と、半導体基板の一の面である電荷検出面に形成され、光電変換部に蓄積される電荷を検出する検出回路部と、検出回路部の下側に形成され、各光電変換部と接する第２導電型の不純物注入領域を含む第２導電型の複数の分離拡散層と、半導体基板における一の面と対向する他の面である光入射面に形成され、異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタとを備え、各光電変換部の形状は、カラーフィルタと対応して、分離拡散層を構成する不純物注入領域により異なることを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体撮像装置によると、各光電変換部の形状は、カラーフィルタと対応して、分離拡散層を構成する不純物注入領域により異なるため、例えば比較的に短波長の光を透過するカラーフィルタと光電変換部との距離を短くすることができる。その結果、斜めの入射光によるクロストークを減少することができる。また、光の波長に応じて、光電変換部の形状が異なるため、画素部の感度を確保しながらクロストークを減少させることができる。
【００１９】
本発明の固体撮像装置において、複数の光電変換部は、第１の波長領域において透過率が最大となる第１のカラーフィルタと対応する第１の光電変換部と、第１の波長領域よりも波長が長い第２の波長領域において透過率が最大となる第２のカラーフィルタと対応する第２の光電変換部とを有し、第２の光電変換部における光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域は、第１の光電変換部における光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域よりも、電荷検出面に近くてもよい。
【００２０】
このようにすると、長波長の光を受ける光電変換部は、半導体基板の電荷検出面側に近い深部にまで形成されることになるため、光電変換された電荷を光電変換部に効率良く集めることが可能となるので、高感度を維持しながらクロストークが減少する。また、電荷検出面側の第２導電型の不純物注入領域の深さを調整することにより、光電変換部の形状を調節できるため、電荷読み出しが低電圧で可能となる。また、第２導電型の不純物注入領域を高濃度化することも可能となるため、ノイズ成分を低減しながら、電荷読み出しが低電圧で可能となる。
【００２１】
この場合に、第２の光電変換部は、光入射面における開口面積及び電荷検出面における開口面積と比べて、半導体基板の内部において光入射面と平行な方向の断面積が最大となっていてもよい。
【００２２】
このようにすると、半導体基板の電荷検出面側に近い深部に到達する入射光を光電変換部に効率良く集めることができるため、高感度を維持しながらクロストークを減少させることが可能となる。
【００２３】
また、この場合に、第２の光電変換部における光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域は、分離拡散層の内部に拡張して形成されていてもよい。
【００２４】
このようにすると、半導体基板の電荷検出面側に近い深部に到達する入射光を光電変換部に効率良く集めることができるため、高感度を維持しながらクロストークを減少させることが可能となる。また、画素のサイズが微細化されて、分離拡散層も同様に狭小となっても、第２導電型の不純物注入領域に対する不純物注入を深い位置にまで形成することなく、隣接する光電変換部と電気的な分離が可能となって、クロストークが減少する。
【００２５】
この場合に、第２の光電変換部における光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域は、第２の光電変換部と隣接する少なくとも１つの第１の光電変換部における電荷検出面側の下方にまで拡張して形成されていてもよい。
【００２６】
このようにすると、光電変換部を半導体基板の電荷検出面側に近い深部にまで形成しても、斜めの入射光による基板深部の発生電荷を集めることができるため、高感度を維持しながらクロストークを減少させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る固体撮像装置は、基板表面からの光電変換部の深さを光波長に応じて調節できるため、電荷の読み出しを低電圧で維持しながら、高感度で且つ低クロストークを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置における画素部を示す模式的な部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の第１変形例に係る固体撮像装置における画素部を示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の第２変形例に係る固体撮像装置における画素部を示す模式的な部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の第３変形例に係る固体撮像装置における撮像領域を示す模式的な平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における模式的な部分断面図である。
【図６】従来のＭＯＳ型の固体撮像装置を示す回路図である。
【図７】従来のＭＯＳ型の固体撮像装置における画素部を示す模式的な部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の一実施形態及び後述する各変形例に限定されない。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可能である。さらに、各変形例との組み合わせることも可能である。
【００３０】
本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素部が行列状に配列された、ＭＯＳ型の固体撮像装置であって、基本的な回路構成は、図６に示した回路構成と同一である。
【００３１】
図１は本実施形態に係る固体撮像装置における画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒの断面構成であって、ここでは、３画素分を示している。各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒは、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１に形成された、ｎ型の拡散領域からなる光電変換部（以降、フォトダイオードとも呼ぶ。）１１と、フォトダイオード１１に蓄積された電荷を出力するＭＯＳ型トランジスタからなる出力回路１２と、青カラーフィルタ１７、緑カラーフィルタ１８及び赤カラーフィルタ１９のいずれかとを有している。フォトダイオード１１と出力回路１２を構成するソースドレイン領域との間は、それぞれ絶縁分離部１３により電気的に分離されている。
【００３２】
出力回路１２を駆動する駆動線及び電荷を出力する出力線等の配線１４は、例えば酸化シリコンからなる層間膜１５に積層されて形成されている。絶縁分離部１３の下側には、ｐ型の分離拡散層１０がそれぞれ形成されている。分離拡散層１０は、互いに隣接するフォトダイオード１１同士を電気的に分離する役割を担っており、各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒの間のクロストークを防止する。
【００３３】
半導体基板１における出力回路１２が形成された電荷検出面と反対側の面上には、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる絶縁膜１６を介在させ、且つ各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒに対応して各カラーフィルタ１７、１８及び１９が形成されている。ここで、各カラーフィルタ１７、１８及び１９は、公知のベイヤ配列でもよく、他の配列でも構わない。青カラーフィルタ１７は、短波長（約４５０ｎｍ）の光に対して高透過率を示すカラーフィルタであり、赤カラーフィルタ１９は、長波長（約６５０ｎｍ）の光に対して高透過率を示すカラーフィルタであり、緑カラーフィルタ１８は、青カラーフィルタ１７と赤カラーフィルタ１９との中間の波長（約５５０ｎｍ）の光に対して高透過率を示すカラーフィルタである。
【００３４】
フォトダイオード１１と絶縁膜１６との間には、第１の高濃度ｐ型層２０が全画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒにわたって均一の深さで形成されている。第１の高濃度ｐ型層２０は、半導体基板１の裏面（光入射面）の欠陥（結晶欠陥）に起因する暗時発生電荷のフォトダイオード１１への流入を抑えて、低ノイズ化を実現する。
【００３５】
出力回路１２が形成された電荷検出面（基板表面）とフォトダイオード１１との間にも、第２の高濃度ｐ型層２１、第３の高濃度ｐ型層２２及び第４の高濃度ｐ型層２３がそれぞれ形成されている。具体的には、赤カラーフィルタ１９が形成されている画素部１００Ｒには、第４の高濃度ｐ型層２３が基板表面から浅く形成され、青カラーフィルタ１７が形成されている画素部１００Ｂには、第２の高濃度ｐ型層２１が基板表面から深く形成されている。緑カラーフィルタ１８が形成されている画素部１００Ｇには、第３の高濃度ｐ型層２２が、第２の高濃度ｐ型層２１よりも浅く且つ第４の高濃度ｐ型層２３よりも深く形成されている。
【００３６】
なお、フォトダイオード１１の蓄積電荷を浮遊拡散層（図示せず）に転送するため、フォトダイオード（光電変換部）１１の一部の領域は、各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒにおいて、電荷検出面から同等の深さに浅く形成されている。また、各高濃度ｐ型層２１〜２３は、半導体基板１の表面の欠陥に起因する暗時発生電荷のフォトダイオード１１への流入を抑えて、低ノイズ化を実現する。
【００３７】
本実施形態に係る固体撮像装置は、各カラーフィルタ１７〜１９が設けられた半導体基板１の裏面である光入射面から光が入射されて、フォトダイオード１１により光電変換された電荷が蓄積されて出力される。なお、本実施形態は、レンズを図示していないが、各カラーフィルタ１７〜１９の上に配置されていてもよい。
【００３８】
一般に、シリコンからなる半導体基板１に入射する光は、波長が４５０ｎｍの場合は、約０．３μｍの深さで光強度が半減する。また、光の波長が５５０ｎｍの場合は、約０．８μｍの深さで光強度が半減し、波長が６５０ｎｍの場合は、約２．３μｍの深さで光強度が半減する。従って、光の波長が長くなるほど半導体基板１の深部にまで入射光が到達して、斜めの入射光によるクロストークが顕在化する。特に、ＭＯＳ型固体撮像装置は、半導体基板の表面上に配線１４を積層して設けており、半導体基板１の電荷検出面から各カラーフィルタ１７〜１９までの距離が離れるため、斜めの入射光によるクロストークの影響が大きくなる。そこで、本実施形態に係る固体撮像装置は、各カラーフィルタ１７〜１９と半導体基板１との距離を短くするため、配線１４が形成されていない半導体基板１の裏面側にカラーフィルタ１７〜１９を形成して、光を裏面から入射する裏面照射型の構成を採る。
【００３９】
赤カラーフィルタ１９に入射した画素部１００Ｒへの透過光は、半導体基板１の基板表面側の深部にまで到達するため、第４の高濃度ｐ型層２３を基板表面から浅く形成して、フォトダイオード１１の形成領域を大きくしている。これにより、半導体基板１における光入射面からの深部で発生した光電変換された電荷を蓄積できるため、クロストークを低減することができる。一方、青カラーフィルタ１７及び緑カラーフィルタ１８にそれぞれ入射した画素部１００Ｂ、１００Ｇへの透過光は、半導体基板１の光入射面から浅い領域にまでしか到達しないため、第２の高濃度ｐ型層２１及び第３の高濃度ｐ型層２２を光入射面から浅く形成している。これにより、図１に示すように、赤カラーフィルタ１９に入射した画素部１００Ｒを透過する斜めの入射光が、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する他の画素部１００Ｂ、１００Ｇに到達しても、フォトダイオード１１が形成されていない領域において光電変換されて電荷が発生するため、画素部１００Ｒからのクロストークを低減することができる。
【００４０】
例えば、半導体基板１の厚さを５μｍとすると、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂのフォトダイオード１１は、半導体基板１の裏面から約２μｍの深さまで形成し、緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇのフォトダイオード１１は、半導体基板１の裏面から３．８μｍの深さまで形成し、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒのフォトダイオード１１は、半導体基板１の裏面から約４．７μｍの深さまで形成する。このようにすると、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂの透過波長が４５０ｎｍの透過光、及び緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇの透過波長が５５０ｎｍの透過光は、それぞれのフォトダイオード１１においてほとんど光電変換される。従って、画素部１００Ｂ、１００Ｇにおける感度は低下しない。一方、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒの透過波長が６５０ｎｍの透過光のうちフォトダイオード１１により光電変換されない一部の光は、各高濃度ｐ型層２１〜２３によって消失するため、画素部１００Ｒからのクロストークが大幅に減少する。具体的には、従来技術に対してクロストークは半減しており、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇの出力値に対する画素部１００Ｒの出力値の比の値は、約１％である。
【００４１】
以下、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の概略を説明する。
【００４２】
ｎ型のフォトダイオード（光電変換部）１１は、注入エネルギーが２００ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶで、燐又は砒素等のｎ型の不純物濃度が１×１０１４／ｃｍ３〜１×１０１７／ｃｍ３のイオン注入を選択的に行って形成する。
【００４３】
絶縁分離部１３は、公知のＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造又はＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）構造により選択的に形成する。
【００４４】
ｐ型の分離拡散層１０は、注入エネルギーが１００ｋｅＶ〜３０００ｋｅＶで、ホウ素等のｐ型の不純物濃度が１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３のイオン注入を選択的に行って形成する。
【００４５】
第１の高濃度ｐ型層２０は、注入エネルギーが１ｋｅＶ〜１００ｋｅＶで、ｐ型の不純物濃度が１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３のイオン注入を行って形成する。このように、第１の高濃度ｐ型層２０の不純物濃度を高濃度とすることにより、発生電荷のライフタイムが短くなり、欠陥に起因する発生電荷のフォトダイオード１１への流入を防止することができる。
【００４６】
第２の高濃度ｐ型層２１は、注入エネルギーが１ｋｅＶ〜１５００ｋｅＶで、ｐ型の不純物濃度が１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３のイオン注入を画素部１００Ｂに選択的に行って形成する。第３の高濃度ｐ型層２２は、注入エネルギーが１ｋｅＶ〜８００ｋｅＶで、ｐ型の不純物濃度が１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３のイオン注入を画素部１００Ｇに選択的に行って形成する。また、第４の高濃度ｐ型層２３は、注入エネルギーが１ｋｅＶ〜１００ｋｅＶで、ｐ型の不純物濃度が１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３のイオン注入を画素部１００Ｒに選択的に行って形成する。
【００４７】
なお、画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒにおけるフォトダイオード１１の一部分、すなわち、各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒにおける中央部分で且つ基板表面の近傍は、各高濃度ｐ型層２１〜２３を介して同等の深さに形成される。前述したように、このフォトダイオード１１における浅い部分から浮遊拡散部へ蓄積された電荷を転送する。
【００４８】
また、第１の高濃度ｐ型層２０と同様に、各高濃度ｐ型層２１〜２３の各不純物濃度を高濃度とすることによって、発生電荷のライフタイムが短くなり、欠陥に起因する発生電荷の各フォトダイオード１１への流入を防止することが可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によると、各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒの感度を確保しながら、長波長の斜めの入射光による画素部１００Ｒからのクロストークを低減することができる。
【００５０】
なお、フォトダイオード（光電変換部）１１を構成するｎ型の不純物領域における基板表面と平行な方向の幅が最大となる領域とは、ｐ型の分離拡散層１０によって囲まれた領域であって、半導体基板１における電荷検出面から最も近くに位置するｎ型不純物の高濃度領域である。ｎ型の高濃度領域であるため、ｐ型の分離拡散層１０におけるｐ型不純物の熱拡散による影響を低減できるため、フォトダイオード１１の領域の幅が最大となる。
【００５１】
（一実施形態の第１変形例）
以下、一実施形態の第１変形例について図２を参照しながら説明する。
【００５２】
図２は第１変形例に係る固体撮像装置における画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒの断面構成であって、ここでは、３画素分を示している。なお、図２において、図１に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことによりその説明を省略する。
【００５３】
図２に示すように、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂにおける第２の高濃度ｐ型拡散層２１の内部には、ｎ型の第１のオーバフロードレイン層２４が形成されている。これと同様に、緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇにおける第３の高濃度ｐ型拡散層２２の内部には、ｎ型の第２のオーバフロードレイン層２５が形成されている。このようにすると、第２の高濃度ｐ型層２１及び第３の高濃度ｐ型層２２を、一実施形態のように、ｐ型の不純物濃度が高い領域とする必要がなくなる。その上、このような構成であっても、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する画素部１００Ｂ及び１００Ｇにおいて、画素部１００Ｒからの斜めの入射光により発生した電荷のフォトダイオード１１への流入を防ぐことができるため、クロストークの低減が可能となる。
【００５４】
なお、各オーバフロードレイン層２４、２５は、出力回路１２に印加されるグランド（ＧＮＤ）電圧又は電源電圧が印加されており、光電変換された電荷を印加電圧側に移動させる。
【００５５】
第１変形例を実現する製造方法は、上述した一実施形態とほぼ同様である。
【００５６】
一実施形態との相違点は、第２の高濃度ｐ型層２１及び第３の高濃度ｐ型層２２におけるｐ型の不純物濃度を１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３としており、この場合でも、フォトダイオード１１とのｐｎ接合によるリークは、一実施形態の構造と比べて１０分の１以下に抑えることができる。
【００５７】
また、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂに形成する第１のオーバフロードレイン層２４は、注入エネルギーが１０ｋｅＶ〜１５００ｋｅＶで、ｎ型の不純物濃度が１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３のイオン注入を選択的に行って形成する。
【００５８】
緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇに形成する第２のオーバフロードレイン層２５は、注入エネルギーが１０ｋｅＶ〜８００ｋｅＶで、ｎ型の不純物濃度が１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３のイオン注入を選択的に行って形成する。
【００５９】
これにより、一実施形態と同等のクローストーク特性及び感度特性を維持しながら、ノイズを１０分の１以下に抑制することが可能となる。
【００６０】
（一実施形態の第２変形例）
以下、一実施形態の第２変形例について図３を参照しながら説明する。
【００６１】
図３は第２変形例に係る固体撮像装置における画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒの断面構成であって、ここでは３画素分を示している。なお、図３において、図１及び図２に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことによりその説明を省略する。
【００６２】
第１変形例との相違点は、図３に示すように、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂ及び緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇにおけるｐ型の各分離拡散層１０の内部に、ｎ型の第３のオーバフロードレイン層２６が形成されている点である。ここで、各第３のオーバフロードレイン層２６は、第１のオーバフロードレイン層２４及び第２のオーバフロードレイン層２５とそれぞれ電気的に接続されている。
【００６３】
この構成により、半導体基板１における基板表面側の深部に到達する長波長光の斜めの入射角度が大きくなっても、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する画素部１００Ｂ及び１００Ｇにおいて、画素部１００Ｒからの斜めの入射光により発生した電荷のフォトダイオード１１への流入を防ぐことができるため、画素部１００Ｒからのクロストークの低減が可能となる。
【００６４】
従来技術に対してクロストークは低減しており、例えば、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇの出力値に対する画素部１００Ｒの出力値の比の値は、約０．５％である。
【００６５】
なお、各オーバフロードレイン層２４〜２６は、出力回路１２に印加されるグランド（ＧＮＤ）電圧又は電源電圧が印加されており、光電変換された電荷を印加電圧側に移動させる。
【００６６】
第２変形例を実現する製造方法は、上述した第１変形例とほぼ同様である。
【００６７】
第１変形例との相違点は、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂ及び緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇに形成する第３のオーバフロードレイン層２６は、注入エネルギーが２００ｋｅＶ〜２０００ｋｅＶで、ｎ型の不純物濃度が１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３のイオン注入をｐ型の分離拡散層１０に対して選択的に行って形成する点である。
【００６８】
これにより、第３のオーバフロードレイン層２６は、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂの第１のオーバフロードレイン層２４及び緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇの第２のオーバフロードレイン層２５とそれぞれ電気的に接続するように形成され、且つ、各画素部１００Ｂ、１００Ｇのフォトダイオード１１を囲むようにｐ型の分離拡散層１０の内部に形成される。
【００６９】
以上のように、第２変形例によると、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒに入射される長波長光の斜めの入射角度が大きくなったとしても、画素部１００Ｒに起因するクロストークを低減することができる。また、各カラーフィルタ１７〜１９の上にレンズを形成して光を集光する必要がなくなるため、クロストークを１％以下に抑制することが可能となる。すなわち、集光されずにｐ型の分離拡散層１０に光が入射しても、光電変換された電荷は、各オーバフロードレイン層２４〜２６からＧＮＤ又は電源電圧に移動するため、各フォトダイオード１１には流入しないからである。
【００７０】
このため、第２変形例に係る固体撮像装置においては、レンズ形成工程が不要となるので、製造プロセスにおけるＴＡＴ（Turn Around Time）の短縮及び製造コストの低減を図ることができる。
【００７１】
（一実施形態の第３変形例）
以下、一実施形態の第３変形例について図４及び図５を参照しながら説明する。
【００７２】
図４は第２変形例に係る固体撮像装置におけるベイヤ配列された画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒを含む撮像領域の平面構成を示し、図５は図４のＶ−Ｖ線における断面構成を示している。なお、図４及び図５において、図１に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことによりその説明を省略する。
【００７３】
一実施形態との相違点は、図５に示すように、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒにおいて、フォトダイオード（光電変換部）１１における第４の高濃度ｐ型層２３の下側部分が、該フォトダイオード１１と接する分離拡散層１０及び第３の高濃度ｐ型層２２の内部にまで拡張されて形成されている点である。すなわち、画素部１００Ｒにおけるフォトダイオード１１は、光入射面における開口面積及び電荷検出面における開口面積と比べて、半導体基板１の内部において光入射面と平行な方向の断面積が最大となるように形成されている。さらに言い換えれば、画素部１００Ｒにおけるフォトダイオード１１における光入射面と平行な方向の幅が最大となる領域が、該フォトダイオード１１と隣接する、緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇのフォトダイオード１１の下側（電荷検出面側の下方）にまで拡張して形成されている。
【００７４】
第３変形例によると、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒに入射される長波長の入射光のうち、斜めの入射光により光電変換された電荷は、隣接する画素部１００Ｇのフォトダイオード１１への流入を防止することができる。その上、画素部１００Ｒ自体の感度も向上する。従来技術に対してクロストークは半減しており、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇの出力値に対する画素部１００Ｒの出力値の比の値は、約０．３％である。すなわち、半導体基板１の電荷検出面側の深部において発生する電荷の画素部１００Ｒと隣接する画素部１００Ｇのフォトダイオード１１への漏れを防止して、画素部１００Ｒのフォトダイオード１１に捕獲することが可能となる。
【００７５】
第３変形例においては、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒと隣接する緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇのフォトダイオード１１の下方にまで、画素部１００Ｒのフォトダイオード１１を拡張した場合、一実施形態の構成と比べて、画素部１００Ｒの感度は１．３倍となる。
【００７６】
なお、画素部１００Ｒのフォトダイオード１１を分離拡散層１０で留めた場合は、画素部１００Ｒの感度は、一実施形態の構成と比べて１．１倍となる。また、この場合のクロストークは、約０．６％である。
【００７７】
第３変形例を実現する製造方法は、上述した一実施形態とほぼ同様である。
【００７８】
一実施形態との相違点は、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒのフォトダイオード１１を、青カラーフィルタ１７を有する画素部１００Ｂ及び緑カラーフィルタ１８を有する画素部１００Ｇの各フォトダイオード１１の下方に形成する場合に、注入エネルギーが２００ｋｅＶ〜８００ｋｅＶで、ｎ型の不純物濃度は１×１０１４／ｃｍ３〜１×１０１７／ｃｍ３とする点である。
【００７９】
なお、青カラーフィルタを有する画素部１００Ｂのフォトダイオード１１は、第２の高濃度ｐ型層２１が占める領域が大きい。従って、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒのフォトダイオード１１は、第２の高濃度ｐ型層２１の内部に、第３の高濃度ｐ型層２２の内部に形成するよりも大きくしてもよい。このように、第２の高濃度ｐ型層２１と第３の高濃度ｐ型層２２とに対して、ｎ型不純物の注入エネルギー及び注入濃度を調節することにより、赤カラーフィルタ１９を有する画素部１００Ｒの感度も向上し、且つそのクロストークをも低減することができる。
【００８０】
なお、各画素部１００Ｂ、１００Ｇ及び１００Ｒにおけるフォトダイオード（光電変換部）１１の開口面積とは、フォトダイオード１１における半導体基板１の光入射面の近傍であって、ｐ型の分離拡散層１０により囲まれる領域の面積、又は電荷検出面の近傍であって、各高濃度ｐ型層２１、２２及び２３により囲まれる領域をいう。
【００８１】
各フォトダイオード２２は、光入射面と平行な方向の断面形状が多角形状であり、その周囲をｐ型の分離拡散層１０又は各高濃度ｐ型層２１、２２及び２３が囲む構造である。
【００８２】
さらに、図５に示すように、第３変形例においては、赤カラーフィルタを有する画素部１００Ｒにおいて、フォトダイオード１１における電荷検出面側の近傍の開口面積が、光入射面側の近傍の開口面積よりも大きい。
【００８３】
以上のように、第３変形例によると、赤カラーフィルタを有する画素部１００Ｒにおいて、半導体基板１の電荷検出面側に近い深部に到達する斜めの入射光をフォトダイオード１１に効率良く集めることができるため、高感度を維持しながらクロストークを減少させることができる。また、各画素部のサイズが微細化されて、各分離拡散層１０も同様に狭小となっても、ｐ型の不純物注入領域に対する不純物注入を深い位置にまで形成することなく、画素部１００Ｒと隣接する他のフォトダイオード１１と電気的な分離が可能となるため、クロストークが減少する。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る固体撮像装置は、基板表面からの光電変換部の深さを光波長に応じて調節できるため、電荷の読み出しを低電圧で維持しながら、高感度で且つ低クロストークを実現することができ、光電変換部を含む画素部が行列状に配列された固体撮像装置等に有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１          半導体基板
１０        分離拡散層
１１        光電変換部（フォトダイオード）
１２        出力回路
１３        絶縁分離部
１４        配線
１５        層間膜
１６        絶縁膜
１７        青カラーフィルタ
１８        緑カラーフィルタ
１９        赤カラーフィルタ
２０        第１の高濃度ｐ型層
２１        第２の高濃度ｐ型層
２２        第３の高濃度ｐ型層
２３        第４の高濃度ｐ型層
２４        第１のオーバフロードレイン層
２５        第２のオーバフロードレイン層
２６        第３のオーバフロードレイン層
１００Ｂ    画素部（青）
１００Ｇ    画素部（緑）
１００Ｒ    画素部（赤）
【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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