(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に配置された複数の画素セルと、
各画素セルを駆動するために設けられた駆動手段とを具備し、
各画素セルは、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すために設けられた転送トランジスタとを有し、
前記フォトダイオードは、前記半導体基板に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層と、前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層と前記転送トランジスタのゲート電極との間において前記半導体基板の表面に露出するように前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層の下側に形成された深いＮ型フォトダイオード拡散層とを含み、
前記転送トランジスタのゲート電極の下側に、前記深いＮ型フォトダイオード拡散層から前記転送トランジスタまでの電位が滑らかに変化するように形成された、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さを有する３つの拡散層を含む電位平滑化手段を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記拡散層は、少なくとも前記深いＮ型フォトダイオード拡散層から前記転送トランジスタまでの電荷読み出し経路において、電位が急激に落ち込む第１の電位の窪みを消滅させるように形成された第１ポケット消滅拡散層と、
前記電荷読み出し経路において、前記第１の電位の窪みに対して前記転送トランジスタ側で、前記電位が急激に落ち込む第２の電位の窪みを消滅させるように形成された第２ポケット消滅拡散層と、
前記電荷読み出し経路において、前記第１の電位の窪みと前記第２の電位の窪みとの間に発生する前記電位のバリアを消滅させるために形成されたバリア消滅拡散層とを含んでいる、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１ポケット消滅拡散層は、前記バリア消滅拡散層よりも深い位置に形成されており、
前記バリア消滅拡散層は、前記第２ポケット消滅拡散層よりも深い位置に形成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１ポケット消滅拡散層と前記バリア消滅拡散層と前記第２ポケット消滅拡散層とは、Ｐ型不純物拡散層によって構成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１ポケット消滅拡散層と前記第２ポケット消滅拡散層とは、Ｐ型不純物拡散層によって構成されており、
前記バリア消滅拡散層は、ｎ型不純物拡散層によって構成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１ポケット消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端は、前記バリア消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端よりも前記フォトダイオードに近くなっており、
前記バリア消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端は、前記第２ポケット消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端よりも前記フォトダイオードから遠くなっている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１ポケット消滅拡散層は、前記半導体基板の表面から深さ約０．７マイクロメートル（μｍ）の位置に形成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２ポケット消滅拡散層は、前記半導体基板の表面から深さ約０．２マイクロメートル（μｍ）よりも浅い位置に形成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記バリア消滅拡散層は、前記半導体基板の表面から深さ約０．４マイクロメートル（μｍ）の位置に形成されている、請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
各画素セルは、前記転送トランジスタによって前記フォトトランジスタから読み出された前記信号電荷を電圧に変換するために形成された浮遊拡散層と、
前記浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷をリセットするために形成されたリセットトランジスタと、
前記浮遊拡散層によって変換された前記電圧の変化を増幅またはインピーダンス変換するために設けられたソースフォロワとをさらに含んでいる、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の画素セルは、前記半導体基板にマトリックス状に配置されている、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記駆動手段は、前記複数の画素セルを行方向に沿って駆動する垂直駆動回路と、
前記複数の画素セルを列方向に沿って駆動する水平駆動回路とを含んでいる、請求項１１記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項２記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記深いＮ型フォトダイオード拡散層から前記転送トランジスタまでの電位を滑らかに変化させるための電位平滑化手段を形成する電位平滑化手段形成工程と、
前記電位平滑化手段形成工程の後で、前記入射光を前記信号電荷に変換して蓄積する前記フォトダイオードを形成するフォトダイオード形成工程と、
前記フォトダイオード形成工程の後で、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための前記転送トランジスタを形成する転送トランジスタ形成工程とを包含しており、
前記電位平滑化手段形成工程は、前記第１ポケット消滅拡散層を形成する第１ポケット消滅拡散層形成工程と、前記バリア消滅拡散層を前記第１ポケット消滅拡散層の上に形成するバリア消滅拡散層形成工程と、前記第２ポケット消滅拡散層を前記バリア消滅拡散層の上に形成する第２ポケット消滅拡散層工程とを含み、互いに異なる３種類のエネルギーによって不純物を注入することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記電位平滑化手段形成工程によって注入される前記不純物は、前記半導体基板と同電型のイオンである、請求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
第１ポケット消滅拡散層形成工程は、前記第１ポケット消滅拡散層を形成するために第１エネルギーによって前記不純物を注入し、
前記バリア消滅拡散層形成工程は、前記バリア消滅拡散層を形成するために前記第１エネルギーよりも小さい第２エネルギーによって前記不純物を注入し、
前記第２ポケット消滅拡散層工程は、前記第２ポケット消滅拡散層を形成するために前記第２エネルギーよりも小さい第３エネルギーによって前記不純物を注入する、請求項１４記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１ポケット消滅拡散層形成工程は、加速電圧３００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量４．０×１０12／ｃｍ2によって前記不純物を注入し、
前記バリア消滅拡散層形成工程は、加速電圧１００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量８．０×１０11／ｃｍ2によって前記不純物を注入し、
前記第２ポケット消滅拡散層工程は、加速電圧１０キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量４．０×１０11／ｃｍ2によって前記不純物を注入する、請求項１４記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記不純物は、ボロンイオンである、請求項１４記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
半導体基板にマトリックス状に配置された複数の画素セルと、
各画素セルを駆動するために設けられた駆動手段とを具備しており、
各画素セルは、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すために設けられた転送ゲートとを有し、
前記フォトダイオードは、前記半導体基板に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層と、前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層と前記転送ゲートとの間において前記半導体基板の表面に露出するように前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層の下側に形成された深いＮ型フォトダイオード拡散層とを含み、
前記転送ゲートの下側に、前記フォトダイオードから前記転送ゲートまでの電位が滑らかに変化するように形成された、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さを有する３つの拡散層を含む電位平滑化手段とを備えることを特徴とするインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ。
【請求項１９】
前記転送ゲートによって前記フォトダイオードから読み出された前記信号電荷を垂直方向に沿って転送するために、列方向に配置された各画素セルに隣接して互いに所定の間隔を空けて垂直方向に沿って配置された垂直転送ＣＣＤをさらに具備する、請求項１８記載のインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅型ＭＯＳトランジスタが設けられた固体撮像装置およびその製造方法およびインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
増幅型ＭＯＳトランジスタが設けられた固体撮像装置が近年注目されている。この固体撮像装置は、各画素ごとに、フォトダイオードによって検出された信号をＭＯＳトランジスタによって増幅するものであり、高感度という特徴を有している。
【０００３】
図５は、従来の固体撮像装置９０の構成を示す回路図である。固体撮像装置９０は、半導体基板１４にマトリックス状に配置された複数の画素セル１３を備えている。各画素セル１３は、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード９５をそれぞれ有している。各画素セル１３には、フォトダイオード９５に蓄積された信号電荷を読み出すための転送トランジスタ９６がそれぞれ設けられている。
【０００４】
各画素セル１３は、増幅トランジスタ１２を有している。増幅トランジスタ１２は、転送トランジスタ９６によって読み出された信号電荷を増幅する。各画素セル１３には、リセットトランジスタ１１が設けられている。リセットトランジスタ１１は、転送トランジスタ９６によって読み出された信号電荷をリセットする。
【０００５】
固体撮像装置９０は、垂直駆動回路１５を備えている。垂直駆動回路１５には、複数のリセットトランジスタ制御線１１１が接続されている。各リセットトランジスタ制御線１１１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられたリセットトランジスタ１１と接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されている。垂直駆動回路１５には、複数の垂直選択トランジスタ制御線１２１がさらに接続されている。各垂直選択トランジスタ制御線１２１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられた垂直選択トランジスタと接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されており、信号を読み出す行を決定する。
【０００６】
垂直選択トランジスタのソースは、垂直信号線６１に接続されている。各垂直信号線６１の一端には、負荷トランジスタ群２７が接続されている。各垂直信号線６１の他端は、行信号蓄積部２８に接続されている。行信号蓄積部２８は、１行分の信号を取り込むためのスイッチトランジスタを含んでいる。行信号蓄積部２８には、水平駆動回路１６が接続されている。
【０００７】
図６は、従来の固体撮像装置９０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０００８】
垂直選択トランジスタ制御線１２１をハイレベルにするための行選択パルス１０１−１が印加されると、選択された行における垂直選択トランジスタがオンし、選択された行における増幅トランジスタ１２と負荷トランジスタ群２７とによってソースフォロワ回路が構成される。
【０００９】
そして、行選択パルス１０１−１がハイレベルの間に、リセットトランジスタ制御線１１１をハイレベルにするためのリセットパルス１０２−１を印加することによって、増幅トランジスタ１２のゲートが接続されている浮遊拡散層の電位をリセットする。次に、行選択パルス１０１−１がハイレベルの間に、転送トランジスタ制御線をハイレベルにするために転送パルス１０３−１を印加することによって、フォトダイオード９５に蓄積された信号電荷を浮遊拡散層へ転送する。
【００１０】
この時、浮遊拡散層に接続された増幅トランジスタ１２のゲート電圧は、浮遊拡散層の電位と等しくなり、このゲート電圧と実質的に等しい電圧が垂直信号線６１に現れる。そして、フォトダイオード９５に蓄積された信号電荷に基づく信号を行信号蓄積部２８へ転送する。
【００１１】
次に、水平駆動回路１６は、列選択パルス１０６−１−１、１０６−１−２、・・・を順次発生し、行信号蓄積部２８へ転送された信号を１行分の出力信号１０７−１として取り出す。
【００１２】
図７（ａ）は従来の固体撮像装置９０の構成を示す断面図であり、図７（ｂ）は従来の固体撮像装置９０に設けられたフォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位の変化を示す模式図である。
【００１３】
フォトダイオード９５は、半導体基板１４の表面に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層９９と、半導体基板１４の表面に露出するように浅いＰ型フォトダイオード拡散層９９の下側に形成された深いフォトダイオード拡散層９８とを含んでいる埋め込み型ｐｎｐフォトダイオードである。
【００１４】
転送トランジスタ９６は、フォトダイオード９５に隣接するように形成されており、半導体基板１４の上に形成されたゲート電極９７を有している。転送トランジスタ９６に対してフォトダイオード９５の反対側における半導体基板１４の表面には、浮遊拡散層１０が形成されている。リセットトランジスタ１１は、浮遊拡散層１０に対して転送トランジスタ９６の反対側における半導体基板１４の上に形成されており、ゲート電極２３を有している。リセットトランジスタ１１に対して浮遊拡散層１０の反対側における半導体基板１４の表面には、電源拡散層２０７が形成されている。電源拡散層２０７に対してリセットトランジスタ１１の反対側およびフォトダイオード９５に対して転送トランジスタ９６の反対側には、素子分離部２０９がそれぞれ形成されている。
【００１５】
転送トランジスタ９６に設けられたゲート電極９７の下側における半導体基板１４には、転送トランジスタ９６のチャネル電位を制御するための閾値拡散層２０８が、深いフォトダイオード拡散層９８に隣接するように形成されている。
【００１６】
図７（ｂ）を参照すると、固体撮像装置９０の電源電圧は１０ボルト（Ｖ）以上になっており、リセットトランジスタ１１のゲート電極２３をオンにすると、浮遊拡散層１０の電位が電源電圧に固定される。そして、リセットトランジスタ１１のゲート電極２３をオフにすると、浮遊拡散層１０の電位は電気的に浮遊する。
【００１７】
次に、転送トランジスタ９６のゲート電極９７をオンにすると、フォトダイオード９５の深いフォトダイオード拡散層９８に蓄積された信号電荷が閾値拡散層２０８を通って浮遊拡散層１０へ導かれて信号電圧に変換される。信号電圧は、図５に示す増幅トランジスタ１２のゲート電圧を変調し、垂直信号線６１と行信号蓄積部２８と水平駆動回路１６を通って外部へ取り出される。
【００１８】
フォトダイオード９５に蓄積された信号電荷を読み出すときは、完全にすべての電荷が読み出され、フォトダイオード９５に残留する信号電荷がゼロになる状態が理想的である。このような理想的な状態を「完全転送」という。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００１−５３２６０号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の固体撮像装置９０では、電源電圧および転送トランジスタ９６のゲート電圧が１０ボルト（Ｖ）以上の高い電圧であるので、「完全転送」が比較的容易である。
【００２１】
しかしながら、ＭＯＳトランジスタの微細化が進むに従って、電源電圧および転送トランジスタ９６のゲート電圧が低下して２．８ボルト（Ｖ）〜３．３ボルト（Ｖ）程度になってきているため、「完全転送」が極めて困難になっているという問題がある。以下、具体的に説明する。
【００２２】
図７（ｃ）は、従来の固体撮像装置９０に設けられたフォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位の変化を示す模式図である。
【００２３】
電源電圧および転送トランジスタ９６のゲート電圧が２．８ボルト（Ｖ）〜３．３ボルト（Ｖ）程度になると、フォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位が滑らかに変化しなくなる。フォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位は、第１ポケット１７において急激に落ち込む。例えば、第１ポケット１７の電位が２Ｖ、バリア１９の電位が１．７Ｖ、第２ポケット１８の電位が２．１Ｖといった滑らかでない電位変化が生じる。この第１ポケット１７は、浅いＰ型フォトダイオード拡散層９９の端に相当する位置２１０において発生する。第１ポケット１７が発生する位置２１０の深さは約０．７マイクロメートル（μｍ）である。
【００２４】
フォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位は、第１ポケット１７に対して転送トランジスタ９６側における第２ポケット１８においてさらに急激に落ち込む。第２ポケット１８は、浅いＰ型フォトダイオード拡散層９９に覆われていない深いフォトダイオード拡散層９８の表面近くの位置２１２において発生する。第２ポケット１８が発生する位置２１２の深さは、約０．２マイクロメートル（μｍ）以下である。
【００２５】
フォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位は、第１ポケット１７と第２ポケット１８との間においてバリア１９を形成する。このバリア１９は、浅いＰ型フォトダイオード拡散層９９と閾値拡散層２０８とによって挟まれた位置２１１において発生する。バリア１９が発生する位置２１１の深さは、約０．４マイクロメートル（μｍ）以下である。
【００２６】
このように、電源電圧および転送トランジスタ９６のゲート電圧が２．８ボルト（Ｖ）〜３．３ボルト（Ｖ）程度に低くなると、第１ポケット１７と第２ポケット１８とバリア１９とが形成されるために、フォトダイオード９５から転送トランジスタ９６までの電位が滑らかに変化しなくなる。このため、フォトダイオード９５に蓄積された信号電荷を「完全転送」することが極めて困難であるという問題がある。
【００２７】
本発明の目的は、電源電圧が低くても、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を完全転送することができる固体撮像装置およびその製造方法およびインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサを提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動手段とを具備しており、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すために設けられた転送トランジスタとを有し、前記フォトダイオードは、前記半導体基板に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層と、前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層と前記転送トランジスタのゲート電極との間において前記半導体基板の表面に露出するように前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層の下側に形成された深いＮ型フォトダイオード拡散層とを含み、前記転送トランジスタのゲート電極の下側に、前記深いＮ型フォトダイオード拡散層から前記転送トランジスタまでの電位が滑らかに変化するように形成された、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さを有する３つの拡散層を含む電位平滑化手段を備えることを特徴とする。
また、上記において、前記拡散層は、少なくとも前記深いＮ型フォトダイオード拡散層から前記転送トランジスタまでの電荷読み出し経路において、電位が急激に落ち込む第１の電位の窪みを消滅させるように形成された第１ポケット消滅拡散層と、前記電荷読み出し経路において、前記第１の電位の窪みに対して前記転送トランジスタ側で、前記電位が急激に落ち込む第２の電位の窪みを消滅させるように形成された第２ポケット消滅拡散層と、前記電荷読み出し経路において、前記第１の電位の窪みと前記第２の電位の窪みとの間に発生する前記電位のバリアを消滅させるために形成されたバリア消滅拡散層とを含んでいることを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法であって、前記深いフォトダイオード拡散層から前記転送トランジスタまでの電位を滑らかに変化させるための電位平滑化手段を形成する電位平滑化手段形成工程と、前記電位平滑化手段形成工程の後で、前記入射光を前記信号電荷に変換して蓄積する前記フォトダイオードを形成するフォトダイオード形成工程と、前記フォトダイオード形成工程の後で、前記フォトダイオードに蓄積された前記信号電荷を読み出すための前記転送トランジスタを形成する転送トランジスタ形成工程とを包含しており、前記電位平滑化手段形成工程は、前記第１ポケット消滅拡散層を形成する第１ポケット消滅拡散層形成工程と、前記バリア消滅拡散層を前記第１ポケット消滅拡散層の上に形成するバリア消滅拡散層形成工程と、前記第２ポケット消滅拡散層を前記バリア消滅拡散層の上に形成する第２ポケット消滅拡散層工程とを含み、前記フォトダイオードが形成されるべき領域と前記転送トランジスタが形成されるべき領域との間に互いに異なる３種類のエネルギーによって不純物を注入することを特徴とする。
【００３０】
本発明に係るインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサは、半導体基板にマトリックス状に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動手段とを具備しており、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオードを有し、前記フォトダイオードは、前記半導体基板に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層と、前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層と前記転送ゲートとの間において前記半導体基板の表面に露出するように前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層の下側に形成された深いＮ型フォトダイオード拡散層とを含み、前記転送ゲート電極の下側に、前記フォトダイオードから前記転送ゲートまでの電位が滑らかに変化するように形成された、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さを有する３つの拡散層を含む電位平滑化手段とを備えることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係る固体撮像装置においては、フォトダイオードから転送トランジスタまでの電位が電位平滑化手段によって滑らかに変化する。このため、入射光から変換されてフォトダイオードに蓄積された信号電荷が転送トランジスタへ完全に転送される。その結果、低電圧においても高性能に動作する固体撮像装置を得ることができる。
【００３２】
この実施の形態においては、前記転送トランジスタは、前記半導体基板の上に形成されたゲート電極を有しており、前記電位平滑化手段は、前記半導体基板の表面から互いに異なる深さを有するように前記半導体基板に形成された３つの拡散層を含んでいることが好ましい。
【００３３】
前記３つの拡散層は、前記転送トランジスタに設けられた前記ゲート電極の下側に形成されていることが好ましい。
【００３４】
前記電位平滑化手段は、前記フォトダイオードから前記転送トランジスタまでの電位が急激に落ち込む第１ポケットを消滅させるために形成された第１ポケット消滅拡散層と、前記第１ポケットに対して前記転送トランジスタ側において前記電位が急激に落ち込む第２ポケットを消滅させるために形成された第２ポケット消滅拡散層とを含んでいることが好ましい。
【００３５】
前記第１ポケット消滅拡散層は、前記第２ポケット消滅拡散層よりも深い位置に形成されていることが好ましい。
【００３６】
前記電位平滑化手段は、前記第１ポケットと前記第２ポケットとの間において発生する前記電位のバリアを消滅させるために形成されたバリア消滅拡散層をさらに含んでいることが好ましい。
【００３７】
前記第１ポケット消滅拡散層は、前記バリア消滅拡散層よりも深い位置に形成されており、前記バリア消滅拡散層は、前記第２ポケット消滅拡散層よりも深い位置に形成されていることが好ましい。
【００３８】
前記第１ポケット消滅拡散層と前記バリア消滅拡散層と前記第２ポケット消滅拡散層とは、Ｐ型不純物拡散層によって構成されていることが好ましい。
【００３９】
前記第１ポケット消滅拡散層と前記第２ポケット消滅拡散層とは、Ｐ型不純物拡散層によって構成されており、前記バリア消滅拡散層は、ｎ型不純物拡散層によって構成されていることが好ましい。
【００４０】
前記第１ポケット消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端は、前記バリア消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端よりも前記フォトダイオードに近くなっており、前記バリア消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端は、前記第２ポケット消滅拡散層の前記フォトダイオード側の端よりも前記フォトダイオードから遠くなっていることが好ましい。
【００４１】
前記第１ポケット消滅拡散層は、前記半導体基板の表面から深さ約０．７マイクロメートル（μｍ）の位置に形成されていることが好ましい。
【００４２】
前記第２ポケット消滅拡散層は、前記半導体基板の表面から深さ約０．２マイクロメートル（μｍ）よりも浅い位置に形成されていることが好ましい。
【００４３】
前記バリア消滅拡散層は、前記半導体基板の表面から深さ約０．４マイクロメートル（μｍ）の位置に形成されていることが好ましい。
【００４４】
前記フォトダイオードは、前記半導体基板に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層と、前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層と前記転送トランジスタとの間における前記半導体基板の表面に露出するように前記浅いＰ型フォトダイオード拡散層の下側に形成された深いフォトダイオード拡散層とを含んでいることが好ましい。
【００４５】
各画素セルは、前記転送トランジスタによって前記フォトトランジスタから読み出された前記信号電荷を電圧に変換するために形成された浮遊拡散層と、前記浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷をリセットするために形成されたリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層によって変換された前記電圧の変化を増幅またはインピーダンス変換するために設けられたソースフォロワとをさらに含んでいることが好ましい。
【００４６】
前記複数の画素セルは、前記半導体基板にマトリックス状に配置されていることが好ましい。
【００４７】
前記駆動手段は、前記複数の画素セルを行方向に沿って駆動する垂直駆動回路と、前記複数の画素セルを列方向に沿って駆動する水平駆動回路とを含んでいることが好ましい。
【００４８】
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、電位平滑化手段形成工程は、フォトダイオードが形成されるべき領域と転送トランジスタが形成されるべき領域との間に互いに異なる３種類のエネルギーによって不純物を注入して電位平滑化手段を形成する。このため、形成された電位平滑化手段によって、フォトダイオードから転送トランジスタまでの電位が電位平滑化手段によって滑らかに変化する。従って、入射光から変換されてフォトダイオードに蓄積された信号電荷が転送トランジスタへ完全に転送される。その結果、低電圧においても高性能に動作する固体撮像装置を得ることができる。
【００４９】
この実施の形態では、前記電位平滑化手段形成工程によって注入される前記不純物は、前記半導体基板と同電型のイオンであることが好ましい。
【００５０】
前記電位平滑化手段形成工程は、前記フォトダイオードから前記転送トランジスタまでの電位が急激に落ち込む前記第１ポケットを消滅させるための前記第１ポケット消滅拡散層を形成する第１ポケット消滅拡散層形成工程と、前記第１ポケットと前記第２ポケットとの間において発生する前記電位のバリアを消滅させるための前記バリア消滅拡散層を前記第１ポケット消滅拡散層の上に形成するバリア消滅拡散層形成工程と、前記第１ポケットに対して前記転送トランジスタ側において前記電位が急激に落ち込む前記第２ポケットを消滅させるための前記第２ポケット消滅拡散層を前記バリア消滅拡散層の上に形成する第２ポケット消滅拡散層工程とを含んでいることが好ましい。
【００５１】
第１ポケット消滅拡散層形成工程は、前記第１ポケット消滅拡散層を形成するために第１エネルギーによって前記不純物を注入し、前記バリア消滅拡散層形成工程は、前記バリア消滅拡散層を形成するために前記第１エネルギーよりも小さい第２エネルギーによって前記不純物を注入し、前記第２ポケット消滅拡散層工程は、前記第２ポケット消滅拡散層を形成するために前記第２エネルギーよりも小さい第３エネルギーによって前記不純物を注入することが好ましい。
【００５２】
前記第１ポケット消滅拡散層形成工程は、加速電圧３００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量４．０×１０12／ｃｍ2によって前記不純物を注入し、前記バリア消滅拡散層形成工程は、加速電圧１００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量８．０×１０11／ｃｍ2によって前記不純物を注入し、前記第２ポケット消滅拡散層工程は、加速電圧１０キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量４．０×１０11／ｃｍ2によって前記不純物を注入することが好ましい。
【００５３】
前記不純物は、ボロンイオンであることが好ましい。
【００５４】
本実施の形態に係るインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサにおいては、電位平滑化手段によってフォトダイオードから転送ゲートまでの電位が滑らかに変化する。このため、入射光から変換されてフォトダイオードに蓄積された信号電荷が転送ゲートへ完全に転送される。その結果、低電圧においても高性能に動作するインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサを得ることができる。
【００５５】
この実施の形態では、前記転送ゲートによって前記フォトダイオードから読み出された前記信号電荷を垂直方向に沿って転送するために、列方向に配置された各画素セルに隣接して互いに所定の間隔を空けて垂直方向に沿って配置された垂直転送ＣＣＤをさらに具備することが好ましい。
【００５６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００５７】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成を示す回路図である。
【００５８】
固体撮像装置１００は、半導体基板１４にマトリックス状に配置された複数の画素セル１３を備えている。各画素セル１３は、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード５をそれぞれ有している。各画素セル１３には、フォトダイオード５に蓄積された信号電荷を読み出すための転送トランジスタ６がそれぞれ設けられている。
【００５９】
各画素セル１３は、増幅トランジスタ１２を有している。増幅トランジスタ１２は、転送トランジスタ６によって読み出された信号電荷を増幅する。各画素セル１３には、リセットトランジスタ１１が設けられている。リセットトランジスタ１１は、転送トランジスタ６によって読み出された信号電荷をリセットする。
【００６０】
固体撮像装置１００は、垂直駆動回路１５を備えている。垂直駆動回路１５には、複数のリセットトランジスタ制御線１１１が接続されている。各リセットトランジスタ制御線１１１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられたリセットトランジスタ１１と接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されている。垂直駆動回路１５には、複数の垂直選択トランジスタ制御線１２１がさらに接続されている。各垂直選択トランジスタ制御線１２１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられた垂直選択トランジスタと接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されており、信号を読み出す行を決定する。
【００６１】
垂直選択トランジスタのソースは、垂直信号線６１に接続されている。各垂直信号線６１の一端には、負荷トランジスタ群２７が接続されている。各垂直信号線６１の他端は、行信号蓄積部２８に接続されている。行信号蓄積部２８は、１行分の信号を取り込むためのスイッチトランジスタを含んでいる。行信号蓄積部２８には、水平駆動回路１６が接続されている。
【００６２】
図２（ａ）は本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられた電位平滑化層によるフォトダイオードから転送トランジスタまでの電位の変化を示す模式図である。
【００６３】
フォトダイオード５は、半導体基板１４の表面に形成された浅いＰ型フォトダイオード拡散層９と、半導体基板１４の表面に露出するように浅いＰ型フォトダイオード拡散層９の下側に形成された深いフォトダイオード拡散層８とを含んでいる埋め込み型ｐｎｐフォトダイオードである。
【００６４】
転送トランジスタ６は、フォトダイオード５に隣接するように形成されており、半導体基板１４の上に形成されたゲート電極７を有している。転送トランジスタ６に対してフォトダイオード５の反対側における半導体基板１４の表面には、浮遊拡散層１０が形成されている。リセットトランジスタ１１は、浮遊拡散層１０に対して転送トランジスタ６の反対側における半導体基板１４の上に形成されており、ゲート電極２３を有している。リセットトランジスタ１１に対して浮遊拡散層１０の反対側における半導体基板１４の表面には、電源拡散層２０７が形成されている。電源拡散層２０７に対してリセットトランジスタ１１の反対側およびフォトダイオード５に対して転送トランジスタ６の反対側には、素子分離部２０９がそれぞれ形成されている。
【００６５】
転送トランジスタ６に設けられたゲート電極７の下側における半導体基板１４には、フォトダイオード５から転送トランジスタ６までの電位を滑らかに変化させるための電位平滑化層１が形成されている。
【００６６】
電位平滑化層１は、フォトダイオード５から転送トランジスタ６までの電位が落ち込む第１ポケット１７を消滅させるために形成された第１ポケット消滅拡散層２と、第１ポケット１７に対して転送トランジスタ６側において電位が急激に落ち込む第２ポケット１８を消滅させるために形成された第２ポケット消滅拡散層３と、第１ポケット１７と第２ポケット１８との間において発生する電位のバリア１９を消滅させるために形成されたバリア消滅拡散層４とを含んでいる。
【００６７】
第１ポケット消滅拡散層２は半導体基板１４の表面から深さ約０．７マイクロメートル（μｍ）の位置に形成されており、バリア消滅拡散層４は、半導体基板１４の表面から深さ約０．４マイクロメートル（μｍ）の位置に形成されており、第２ポケット消滅拡散層３は半導体基板１４の表面から深さ約０．２マイクロメートル（μｍ）よりも浅い位置に形成されている。
【００６８】
このように、第１ポケット消滅拡散層２はバリア消滅拡散層４よりも深い位置に形成されており、バリア消滅拡散層４は第２ポケット消滅拡散層３よりも深い位置に形成されている。
【００６９】
第１ポケット消滅拡散層２とバリア消滅拡散層４と第２ポケット消滅拡散層３とは、Ｐ型不純物拡散層によって構成されている。
【００７０】
第１ポケット消滅拡散層２のフォトダイオード５側の端は、バリア消滅拡散層４のフォトダイオード５側の端よりもフォトダイオード５に近くなっている。第１ポケット消滅拡散層２のフォトダイオード５側の端を、バリア１９が発生する位置２１１よりもダイオード５側に位置する第１ポケット１７が発生する位置２１０に近づけて第１ポケット１７をより効率的に消滅させるためである。
【００７１】
バリア消滅拡散層４のフォトダイオード５側の端は、第２ポケット消滅拡散層３のフォトダイオード５側の端よりもフォトダイオード５から遠くなっている。
【００７２】
このように構成された固体撮像装置１００においては、第１ポケット消滅拡散層２は、第１ポケット１７を消滅させるように第１ポケット１７における電位をバリア１９の電位よりも低くする。バリア消滅拡散層４は、バリア１９を消滅させ、バリア１９における電位を第１ポケット１７における電位よりも高くする。第２ポケット消滅拡散層３は、第２ポケット１８を消滅させるように第２ポケット１８における電位を低くする。このため、フォトダイオード５から転送トランジスタ６までの電位は、図２（ｃ）に示すように滑らかに上昇する。
【００７３】
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法を説明する。図３は、固体撮像装置１００に設けられた電位平滑化層１における基板表面からの深さとキャリア濃度との間の関係を示すグラフである。横軸は電位平滑化層１における基板表面からの深さを示しており、縦軸は電位平滑化層１のキャリア濃度を示している。
【００７４】
まず、半導体基板１４に第１ポケット消滅拡散層２を形成するために、加速電圧３００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量４．０×１０12／ｃｍ2によってボロンを半導体基板１４へ注入する。次に、バリア消滅拡散層４を形成するために、加速電圧１００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量８．０×１０11／ｃｍ2によってボロンを半導体基板１４へ注入する。その後、第２ポケット消滅拡散層３を形成するために、加速電圧１０キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）、ドーズ量４．０×１０11／ｃｍ2によってボロンを半導体基板１４へ注入する。
【００７５】
そして、形成された第１ポケット消滅拡散層２、バリア消滅拡散層４および第２ポケット消滅拡散層３の隣にフォトダイオード５を形成し、第１ポケット消滅拡散層２、バリア消滅拡散層４および第２ポケット消滅拡散層３の上に転送トランジスタ６を形成し、リセットトランジスタ１１、浮遊拡散層１０、電源拡散層２０７および素子分離部２０９を形成する。
【００７６】
このようにして製造された固体撮像装置に形成された電位平滑化層１においては、図３に示すように、半導体基板１４の深さ０．７マイクロメートル（μｍ）の位置においては、ピーク２４によって示されるキャリア濃度の第１ポケット消滅拡散層２が、ドーズ量１．８×１０16ｃｍ-3によって形成されている。半導体基板１４の深さ０．３５マイクロメートル（μｍ）の位置においては、ピーク２６によって示されるキャリア濃度のバリア消滅拡散層４が、ドーズ量２．５×１０16ｃｍ-3によって形成されている。半導体基板１４の深さ０．１マイクロメートル（μｍ）の位置においては、ピーク２５によって示されるキャリア濃度の第２ポケット消滅拡散層３が、ドーズ量３．０×１０16ｃｍ-3によって形成されている。
【００７７】
以上のように本実施の形態によれば、フォトダイオード５から転送トランジスタ６までの電位が電位平滑化層１によって滑らかに変化する。このため、入射光から変換されてフォトダイオード５に蓄積された信号電荷が転送トランジスタ６へ完全に転送される。その結果、低電圧においても高性能に動作する固体撮像装置を得ることができる。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、第１ポケット消滅拡散層２とバリア消滅拡散層４と第２ポケット消滅拡散層３とがＰ型不純物拡散層によって構成されている例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、第１ポケット消滅拡散層２と第２ポケット消滅拡散層３とがＰ型不純物拡散層によって構成されており、バリア消滅拡散層４がｎ型不純物拡散層によって構成されていてもよい。
【００７９】
また、本実施の形態においては、第１ポケット消滅拡散層２とバリア消滅拡散層４と第２ポケット消滅拡散層３との３個の層によって電位平滑化層１が構成されている例を示したが、第１ポケット消滅拡散層２、バリア消滅拡散層４および第２ポケット消滅拡散層３以外の拡散層を追加して形成し、電位制御の自由度を増やすように構成してもよい。
【００８０】
図４は、本実施の形態に係るインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ１５０の構成を示す平面図である。高い電源電圧によって動作するインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ１５０においても、電源電圧を低電圧化する要求は強い。本発明は、このようなインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ１５０に対しても適用することができる。
【００８１】
インターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ１５０は、半導体基板１４Ａにマトリックス状に配置された複数の画素セル１３Ａを備えている。各画素セル１３Ａは、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード５Ａをそれぞれ有している。各画素セル１３Ａには、フォトダイオード５Ａに蓄積された信号電荷を読み出すための転送ゲート２１がそれぞれ設けられている。
【００８２】
インターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ１５０には、各転送ゲート２１によってフォトダイオード５Ａから読み出された信号電荷を垂直方向に沿って転送するために、垂直方向に配置された各画素セル１３Ａに隣接して互いに所定の間隔を空けて垂直方向に沿って配置された垂直転送ＣＣＤ２２が設けられている。
【００８３】
転送ゲート２１の下側における半導体基板１４Ａには、フォトダイオード５Ａから転送ゲート２１までの電位を滑らかに変化させるための電位平滑化層が形成されている。
【００８４】
電位平滑化層は、フォトダイオード５Ａから転送ゲート２１までの電位が急激に落ち込む第１ポケットを消滅させるために形成された第１ポケット消滅拡散層と、第１ポケットに対して転送ゲート２１側において電位が落ち込む第２ポケットを消滅させるために形成された第２ポケット消滅拡散層と、第１ポケットと第２ポケットとの間において発生する電位のバリアを消滅させるために形成されたバリア消滅拡散層とを含んでいる。
【００８５】
このように前述した構成と同様の構成によって、フォトダイオード５Ａと垂直ＣＣＤ２２との間に形成された転送ゲート２１の下側の半導体基板１４Ａに電位平滑化層を形成すると、電源電圧を低電圧化したインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサ１５０を得ることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電源電圧が低くても、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を完全転送することができる固体撮像装置およびその製造方法およびインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）は本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、
（ｂ）および（ｃ）は本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられた電位平滑化層によるフォトダイオードから転送トランジスタまでの電位の変化を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられた電位平滑化層における基板表面からの深さとキャリア濃度との関係を示すグラフである。
【図４】本実施の形態に係るインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサの構成を示す平面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図６】従来の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】（ａ）は従来の固体撮像装置の構成を示す断面図であり、
（ｂ）および（ｃ）は従来の固体撮像装置に設けられたフォトダイオードから転送トランジスタまでの電位の変化を示す模式図である。
【符号の説明】
１  電位平滑化層
２  第１ポケット消滅拡散層
３  第２ポケット消滅拡散層
４  バリア消滅拡散層
５  フォトダイオード
６  転送トランジスタ
７  ゲート電極
８  深いフォトダイオード層
９  浅いＰ型フォトダイオード層
１０  浮遊拡散層
１１  リセットトランジスタ
１２  ソースフォロワ
１３  画素セル
１４  半導体基板
１５  垂直駆動回路
１６  水平駆動回路
１７  第１ポケット
１８  第２ポケット
１９  バリア
２３  ゲート電極
２４、２５、２６  ピーク
【図１】
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【図２】
0003635279.tif 000003
【図３】
0003635279.tif 000004
【図４】
0003635279.tif 000005
【図５】
0003635279.tif 000006
【図６】
0003635279.tif 000007
【図７】
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