(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直及び水平方向に、マトリックス状に配置されて、入射光を光電変換して蓄積電荷を生成し、Ｐ-型領域内に形成されたＮ型領域からなる光電変換部と、
水平方向に連続する前記光電変換部の間に配置されて、隣接する光電変換部より前記蓄積電荷を受け、前記蓄積電荷を垂直方向に順次転送するＰ-型からなる垂直転送レジスタ部と、
前記光電変換部及び垂直転送レジスタ部の下部に配置されたＰ-型からなるオーバーフローバリアーとを有する固体撮像素子において、
前記Ｐ-型領域内であり、垂直方向に連続する前記光電変換部間の垂直画素分離領域の下部のみにＰ型領域を形成した
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
垂直及び水平方向に、マトリックス状に配置されて、入射光を光電変換して蓄積電荷を生成し、Ｐ-型領域内に形成されたＮ型領域からなる光電変換部と、
水平方向に連続する前記光電変換部の間に配置されて、隣接する光電変換部より前記蓄積電荷を受け、前記蓄積電荷を垂直方向に順次転送するＰ-型からなる垂直転送レジスタ部と、
前記光電変換部及び垂直転送レジスタ部の下部に配置されたＰ-型からなるオーバーフローバリアーとを有する固体撮像素子において、
垂直方向に連続する前記光電変換部間の垂直画素分離領域の下部に、垂直方向については、前記光電変換部に飛び出さないように、水平方向については、隣接する前記垂直転送レジスタ部に飛び出さない範囲でＰ型領域を形成した
ことを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子に関し、例えばＣＣＤ固体撮像素子に適用して、フォトセンサ部間の垂直画素分離領域にＰ型不純物を注入してバリアを形成することにより、隣接する画素間における蓄積電荷の混入を有効に回避して、感度を向上する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ固体撮像素子においては、フォトセンサ部間に形成した画素分離領域により、またフォトセンサ部及び画素分離領域の下部に形成したオーバーフローバリアー（ＯＦＢ：ＯｖｅｒＦｌｏｗ−Ｂａｒｒｉｅｒ）により、隣接する画素間における蓄積電荷の混入を有効に回避するようになされている。
【０００３】
すなわち図６は、この種のＣＣＤ固体撮像素子を示す平面図である。ＣＣＤ固体撮像素子１は、光電変換部でなるフォトセンサ部２がマトリックス状に配置されると共に、水平方向に連続するこれらフォトセンサ部２間に垂直転送レジスタ３が配置され、この垂直転送レジスタ３の下端に、水平転送レジスタが配置される。ここでフォトセンサ部２は、入射光を光電変換して蓄積電荷を生成し、各垂直転送レジスタ３は、所定の駆動パルスにより、各フォトセンサ部２の蓄積電荷を例えば１フィールド周期で読み出し、読み出した蓄積電荷を水平転送レジスタに順次転送する。水平転送レジスタは、垂直転送レジスタ３より転送される蓄積電荷を出力部に向かって順次転送し、蓄積電荷を１ライン分転送すると、垂直転送レジスタ３より続く１ラインの蓄積電荷を入力する。出力部は、このように順次転送される蓄積電荷を外部の信号処理回路に出力し、これによりＣＣＤ固体撮像素子１は、ラスタスキャンの順序で順次蓄積電荷を出力する。
【０００４】
このように構成されるＣＣＤ固体撮像素子１は、図７においてフォトセンサ部２及び垂直転送レジスタ３をＡ−Ａ線により水平方向に断面を取って示すように、Ｎ型半導体基板（Ｎ−  ）１０にＰ−  型の領域が形成され、これにより予めオーバーフローバリアー１１がＮ型半導体基板１０の全体に形成される。さらにＣＣＤ固体撮像素子１は、順次Ｐ−  型の領域、Ｎ型の領域、Ｐ＋  型の領域が形成される。このとき垂直転送レジスタ３の形成領域は、順次Ｐ型の領域及びＮ型の領域が形成され、これにより垂直転送レジスタ３において蓄積電荷の転送に供するチャンネルが形成される。
【０００５】
このチャンネルと各チャンネルに電荷を送出するフォトセンサ部２との間は、幅の狭いＰ−  型の領域に保持され、これによりこのフォトセンサ部２の蓄積電荷を垂直転送レジスタ３に送出する読み出しゲート１２が形成される。また読み出しゲート１２と逆側の、チャンネル及びフォトセンサ部２の間は、Ｐ＋  型の領域が形成され、これによりこのＰ＋  型の領域が水平画素分離領域ＡＨに割り当てられて、この水平画素分離領域ＡＨにより水平画素分離領域ＡＨを間に挟んだチャンネル及びフォトセンサ部２間における蓄積電荷の移動が防止される。
【０００６】
続いてＣＣＤ固体撮像素子１は、表面に、酸化シリコンによる絶縁膜１３が形成された後、順次絶縁層を間に挟んで垂直転送レジスタ３を形成する転送電極１４がポリシリコンにより形成され、これにより垂直転送レジスタ３等が形成される。続いてこのＣＣＤ固体撮像素子１は、イオン注入により、フォトセンサ部２が形成された後、遮光金属膜１５等が形成される。
【０００７】
このような水平方向の構造に対して、図８においてフォトセンサ部２をＢ−Ｂ線により垂直方向に断面を取って示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１において、垂直方向に連続するフォトセンサ部２間は、Ｐ−  型の領域に保持されて垂直画素分離領域ＡＶが形成され、これにより垂直方向に隣接するフォトセンサ部２間において、蓄積電荷の混入が防止される。これに対してオーバーフローバリアー１１は、この垂直画素分離領域ＡＶの下部においては、垂直方向に隣接するフォトセンサ部２間における蓄積電荷の混入を防止するのに対し、フォトセンサ部２の下部においては、余剰の蓄積電荷を放電するようになされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種のＣＣＤ固体撮像素子１においては、高感度のものが求められる場合があり、この感度を向上する１つの方法として、半導体基板の深さ方向に、フォトセンサ部２の領域を拡大する方法が考えられる。すなわちこのようにフォトセンサ部２の領域を拡大すれば、その分入射光の長波長側において、フォトセンサ部２の感度を増大することができ、全体として感度を増大することができる。
【０００９】
この場合、オーバーフローバリアー１１を半導体表面より深い位置に形成すれば、半導体基板の深さ方向に、フォトセンサ部２の領域を拡大することができる。ところが単にオーバーフローバリアー１１を半導体表面より深い位置に形成すると、図７に示すように、垂直画素分離領域ＡＶにおいて、その分基板表面からオーバーフローバリアー１１までの距離が増大することにより、Ｐ−  型の領域で部分的に不純物濃度が低下し、このＰ−  型の領域にＮ型の領域１７が形成されるようになる。これにより垂直画素分離領域ＡＶが一部空乏化し、垂直方向に連続するフォトセンサ部２間で蓄積電荷の混入を完全に防止できなくなる問題がある。
【００１０】
このようにフォトセンサ部２間で蓄積電荷の混入を防止できなくなると、例えばこのＣＣＤ固体撮像素子１に補色系のカラーフィルタを付着して単板方式の撮像装置に適用する場合、撮像結果でなる色信号の色純度が低下し、その分撮像結果の色再現性が劣化する。
【００１１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、垂直方向に隣接する画素間における蓄積電荷の混入を有効に回避して、感度を向上することができる固体撮像素子を提案しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために本発明においては、垂直方向に連続する光電変換部間の垂直画素分離領域の下部のみにＰ型領域を形成した構成を採っている。
【００１３】
これらの手段により、Ｐ型不純物を注入して形成された垂直画素分離領域においては、オーバーフローバリアーを深い位置に形成しても、部分的な空乏化を防止することができる。これにより隣接する画素間における蓄積電荷の混入を有効に回避することができ、またオーバーフローバリアーを深い位置に形成して感度を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子を、図６との対比により示す平面図である。ここでフォトセンサ部２及び垂直画素分離領域ＡＶをＣ−Ｃ線により垂直方向に断面を取って図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子２０は、Ｎ型半導体基板１０に予めオーバーフローバリアー１１が形成された後、順次Ｐ−  型の領域、Ｎ型の領域、Ｐ＋  型の領域が形成されて、垂直転送レジスタ３のチャンネル等が形成される。
【００１６】
この形成過程において、ＣＣＤ固体撮像素子２０は、オーバーフローバリアー１１が従来に比して基板表面により深い部分に形成され、これによりフォトセンサ部２の深さを増大して、その分感度を向上するようになされている。
【００１７】
またＣＣＤ固体撮像素子２０は、比較的エネルギーの高いイオン注入によりＰ型不純物を注入して、垂直画素分離領域ＡＶの下部に、蓄積電荷のバリヤを形成するＰ型の領域２１が形成される。このＰ型の領域２１は、垂直方向については、フォトセンサ部２の電荷蓄積領域２２に飛び出さないように、水平方向については、隣接する垂直転送レジスタ３に飛び出さない範囲で（図２）、パターンニングされて形成される。また深さ方向については、オーバーフローバリアー１１の深さ方向の形成位置に対応して、垂直画素分離領域ＡＶが局所的に空乏化しないように、形成位置が選定されるようになされている。
【００１８】
以上の構成において、各フォトセンサ部２に入射した入射光は、光電変換により蓄積電荷に変換され、フォトセンサ部２の電荷蓄積領域２２に蓄積され、さらに余剰な蓄積電荷が下部のオーバーフローバリアー１１を介して放電される。ＣＣＤ固体撮像素子２０においては、従来に比してオーバーフローバリアー１１が基板表面より深い位置に形成されていることにより、各フォトセンサ部２における光電変換効率が長波長側で増大し、その分従来に比して効率良く入射光を光電変換することができ、感度が増大される。
【００１９】
このとき各フォトセンサ部２においては、垂直画素分離領域ＡＶにＰ型の領域２１が形成されたことにより、その分静電容量が増大し、蓄積電荷量に対するポテンシャルの変化が低減される。これによりＣＣＤ固体撮像素子２０では、蓄積電荷量が増大した際の、電荷蓄積領域２２に蓄積される蓄積電荷量の入射光量に対する依存性が低減される。またその分、光電変換可能な入射光量が増大することになり、その分ダイナミックレンジを拡大し、またはユーザーに保証するこの種の最大入射光量を増大することができる。
【００２０】
また垂直画素分離領域ＡＶにおいては、従来に比して高濃度のＰ型領域２１が形成されたことにより、オーバーフローバリアー１１を深い位置に形成しても、空乏化が有効に回避され、これにより垂直方向に隣接するフォトセンサ部２間における蓄積電荷の混入が有効に回避される。またオーバーフローバリアー１１の形成位置を必要に応じて自由に選定することが可能となる。
【００２１】
以上の構成によれば、オーバーフローバリアー１１を深い位置に形成すると共に、その分垂直画素分離領域ＡＶにＰ型不純物を注入してバリアを形成することにより、垂直方向に隣接する画素間における蓄積電荷の混入を有効に回避して、感度を向上することができる。
【００２２】
なお上述の実施の形態においては、水平方向については、隣接する垂直転送レジスタ３と接触しない程度に、Ｐ型の領域２１を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、水平方向については、図３〜図５に示すように、隣接する垂直転送レジスタ３に飛び出さない範囲で種々の大きさでＰ型の領域を形成して上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、垂直方向に連続する光電変換部間の垂直画素分離領域の下部のみにＰ型不純物を注入してバリアを形成することにより、その分だけオーバーフローバリアーを基板表面より深い位置に形成できるため感度を向上することができるとともに、垂直方向に隣接する画素間における蓄積電荷の混入を有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子を示す正面図である。
【図２】図１のＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。
【図３】Ｐ型領域を垂直転送レジスタ側に形成したＣＣＤ固体撮像素子を示す正面図である。
【図４】Ｐ型領域をフォトセンサ部２のほぼ中央付近に形成したＣＣＤ固体撮像素子を示す正面図である。
【図５】Ｐ型領域を隣接する垂直転送レジスタ側に形成したＣＣＤ固体撮像素子を示す正面図である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像素子を示す平面図である。
【図７】図６のＣＣＤ固体撮像素子をＡ−Ａ断面により示す断面図である。
【図８】図６のＣＣＤ固体撮像素子をＢ−Ｂ断面により示す断面図である。
【図９】オーバーフローバリアーを深く形成した場合の説明に供する断面図である。
【符号の説明】
１、２０：ＣＣＤ固体撮像素子、２：フォトセンサ部、３：垂直転送レジスタ、２１：Ｐ型領域、ＡＶ：垂直画素分離領域
【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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