(57)【要約】【課題】電荷の転送効率を向上させることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】この固体撮像装置は、ｎ型シリコン基板２の表面の所定領域に設けられた光電変換部７と、隣接する光電変換部７間に位置するｎ型シリコン基板２の表面に形成され、光電変換部７で生成された電荷が転送されるｎ型不純物領域５と、ｎ型不純物領域５に対応するｎ型シリコン基板２の表面上に設けられ、電荷を転送するためのゲート電極１１ｂ（１１ａ）とを含む複数の画素１を備えている。また、光電変換部７に位置する転送チャネルと、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５に位置する転送チャネルとが平坦化されている。【選択図】図２
2006278465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主表面の所定領域に設けられた光電変換部と、隣接する前記光電変換部間に位置する前記基板の主表面に形成され、前記光電変換部で生成された電荷が転送される第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域に対応する前記基板の主表面上に設けられ、前記電荷を転送するためのゲート電極とを含む複数の画素を備え、
前記光電変換部に位置する転送チャネルと、前記ゲート電極下の前記第１不純物領域に位置する転送チャネルとが平坦化されている、固体撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換部は、前記基板の主表面の所定領域に設けられた第１導電型の第２不純物領域と、前記第２不純物領域の位置する前記基板の主表面の所定領域上に突出するように設けられた第２導電型の第３不純物領域とを含む、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換部の前記電荷が蓄積される領域のポテンシャルの底部と、前記ゲート電極下の第１不純物領域の前記電荷が蓄積される領域のポテンシャルの底部とは、前記基板の主表面から同じ深さまたは近傍の深さの位置に形成される、請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電荷の転送時において、前記光電変換部の前記電荷の転送方向側に隣接して配置された前記第１不純物領域の前記電荷が蓄積される領域のポテンシャルは、前記光電変換部の前記電荷が蓄積される領域のポテンシャルを覆うように形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換部の前記電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピークは、光電変換時における対応する前記第１不純物領域のポテンシャルよりも低い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記ゲート電極は、同一画素内の前記基板の主表面上に前記光電変換部を挟むように所定の間隔を隔てて配置された第１ゲート電極および第２ゲート電極を含み、
前記光電変換部のポテンシャルは、所定の値に固定されており、
前記第１ゲート電極または前記第２ゲート電極下の前記第１不純物領域のポテンシャルが、前記光電変換部のポテンシャルよりも上昇または低下することにより、前記光電変換部で生成された前記電荷が転送される、請求項１〜５のいずれか１項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、固体撮像装置に関し、特に、光電変換部を含む複数の画素を備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電変換部を含む複数の画素を備えた固体撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１７は、上記特許文献１に開示された固体撮像装置と同様の構造を有する従来の一例による固体撮像装置の構造を説明するための断面図である。図１７を参照して、従来の一例による固体撮像装置では、複数の画素１０１が隣接して配置されている。また、この従来の固体撮像装置は、ｎ型基板１０２を備えている。このｎ型基板１０２の上面から所定の深さの領域には、ｐ型ウェル領域１０３が形成されている。また、ｎ型基板１０２の表面の所定領域には、複数のｎ型高濃度不純物領域１０４が所定の間隔を隔てて形成されている。また、ｎ型高濃度不純物領域１０４は、ｐ型ウェル領域１０３よりも浅い領域に形成されている。
【０００４】
また、ｎ型高濃度不純物領域１０４の表面には、所定の深さを有するｐ型高濃度不純物領域１０５が形成されている。このｐ型高濃度不純物領域１０５と、ｎ型高濃度不純物領域１０４と、ｐ型ウェル領域１０３とによって、光電変換部１０６が構成されている。この光電変換部１０６は、各画素１０１に１つずつ設けられている。また、ｎ型基板１０２の表面の隣接する２つの光電変換部１０６間の領域には、ｎ型不純物領域１０７が形成されている。このｎ型不純物領域１０７は、光電変換部１０６のｎ型高濃度不純物領域１０４に比べて浅い領域に形成されている。なお、電荷の転送時には、所定の画素１０１の光電変換部１０６のｎ型高濃度不純物領域１０４の転送チャネルからｎ型不純物領域１０７の転送チャネルを介して、隣接する別の画素１０１の光電変換部１０６のｎ型高濃度不純物領域１０４へ電荷が転送されるように構成されている。
【０００５】
また、ｎ型基板１０２の上面全体を覆うように、ゲート絶縁膜１０８が形成されている。また、ゲート絶縁膜１０８上のｎ型不純物領域１０７に対応する領域には、電荷を転送するためのゲート電極１０９ａおよび１０９ｂが形成されている。このゲート電極１０９ａおよび１０９ｂは、同一の画素１０１内に１つずつ設けられている。また、同一の画素１０１内のゲート電極１０９ａおよび１０９ｂは、光電変換部１０６を挟むように所定の間隔を隔てて配置されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１７に示した従来の一例による固体撮像装置では、光電変換部１０６の電荷の転送チャネルは、ｐ型高濃度不純物領域１０５よりも下方のｎ型高濃度不純物領域１０４に位置するため、ｎ型基板１０２の上面からの深さが大きくなる。その一方、ゲート電極１０９ａおよび１０９ｂ下の電荷の転送チャネルは、ｎ型不純物領域１０７のｎ型基板１０２の上面から近い位置に形成されるので、ｎ型基板１０２の上面からの深さが小さくなる。このように、光電変換部１０６のｎ型高濃度不純物領域１０４に位置する電荷の転送チャネルの深さ位置と、ゲート電極１０９ａおよび１０９ｂ下のｎ型不純物領域１０７に位置する電荷の転送チャネルの深さ位置とが異なるため、電荷の転送チャネルが深さ方向に蛇行して形成されるという不都合がある。その結果、電荷の転送効率が低下するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電荷の転送効率を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における固体撮像装置は、基板の主表面の所定領域に設けられた光電変換部と、隣接する光電変換部間に位置する基板の主表面に形成され、光電変換部で生成された電荷が転送される第１導電型の第１不純物領域と、第１不純物領域に対応する基板の主表面上に設けられ、電荷を転送するためのゲート電極とを含む複数の画素を備えている。また、光電変換部に位置する転送チャネルと、ゲート電極下の第１不純物領域に位置する転送チャネルとが平坦化されている。なお、本発明における平坦化とは、光電変換部に位置する転送チャネルとゲート電極下に位置する転送チャネルとが同じ深さで完全に平坦化されている場合のみならず、近傍の深さで実質的に平坦化されているような場合も含む意味である。
【００１０】
この一の局面による固体撮像装置では、上記のように、光電変換部に位置する転送チャネルと、ゲート電極下の第１不純物領域に位置する転送チャネルとを平坦化することによって、電荷の転送チャネルが蛇行しないので、電荷の転送効率を向上させることができる。
【００１１】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、光電変換部は、基板の主表面の所定領域に設けられた第１導電型の第２不純物領域と、第２不純物領域の位置する基板の主表面の所定領域上に突出するように設けられた第２導電型の第３不純物領域とを含む。このように構成すれば、光電変換部の第２不純物領域上に第３不純物領域を設ける場合にも、第２不純物領域を基板の主表面まで形成することができる。これにより、光電変換部の第２不純物領域上に第３不純物領域を設ける場合にも、光電変換部の第１導電型の第２不純物領域の深さ位置と、隣接する光電変換部間に位置する基板の主表面に形成された第１導電型の第１不純物領域の深さ位置とを揃えることができるので、光電変換部の第２不純物領域に位置する転送チャネルと、ゲート電極下の第１不純物領域に位置する転送チャネルとを容易に平坦化することができる。また、光電変換部の第１導電型の第２不純物領域上に第２導電型の第３不純物領域を設けることによって、第３不純物領域上に絶縁膜を設ける場合に、第３不純物領域に存在するホールにより絶縁膜と第３不純物領域との界面にホールを充満させることができる。これにより、その界面に充満されたホールにより、意図しない電荷が、価電子帯から絶縁膜と第３不純物領域との界面に形成される界面準位を介して伝導帯に励起されるのを抑制することができる。このため、意図しない電荷が価電子帯から界面準位を介して伝導帯に励起されることに起因して発生する暗電流を抑制することができる。これにより、光電変換部の第２不純物領域上に設けた第３不純物領域により暗電流を抑制しながら、電荷の転送効率を向上させることができる。
【００１２】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、光電変換部の電荷が蓄積される領域のポテンシャルの底部と、ゲート電極下の第１不純物領域の電荷が蓄積される領域のポテンシャルの底部とは、基板の主表面から同じ深さまたは近傍の深さの位置に形成される。このように構成すれば、光電変換部の電荷が蓄積される領域の深さ位置と、ゲート電極下の第１不純物領域の電荷が蓄積される領域の深さ位置とを実質的に揃えることができるので、容易に、光電変換部に位置する転送チャネルと、ゲート電極下の第１不純物領域に位置する転送チャネルとを実質的に平坦化することができる。
【００１３】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、電荷の転送時において、光電変換部の電荷の転送方向側に隣接して配置された第１不純物領域の電荷が蓄積される領域のポテンシャルは、光電変換部の電荷が蓄積される領域のポテンシャルを覆うように形成されている。このように構成すれば、光電変換部の電荷の転送方向側に隣接して配置された第１不純物領域の電荷が蓄積される領域のポテンシャルにより、光電変換部の電荷が蓄積される領域のポテンシャルの一部が覆われていない場合と異なり、光電変換部の電荷が蓄積される領域のポテンシャルの覆われていない領域が生じることに起因してポテンシャルのディップ（くぼみ）が形成されるのを抑制することができる。これにより、ポテンシャルのディップによって光電変換部から第１不純物領域への電荷の転送が阻害されるのを抑制することができるので、より電荷の転送効率を向上させることができる。
【００１４】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、光電変換部の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピークは、光電変換時における対応する第１不純物領域のポテンシャルよりも低い。このように構成すれば、光電変換部の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピークを、光電変換時に第１不純物領域に形成されるポテンシャルバリアよりも低くすることができるので、光電変換時に多量の電荷が発生することにより光電変換部の電荷が蓄積される領域から電荷が溢れる場合にも、その溢れる電荷を光電変換部の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピーク上を介して基板側に排出することができる。これにより、光電変換時に所定の画素の光電変換部の電荷が蓄積される領域から溢れた電荷が、第１不純物領域のポテンシャルバリアを越えて隣接する別の画素の光電変換部に流出するのを抑制することができる。このため、このような隣接する別の画素の光電変換部への電荷の流出に起因して、光が入射していない部分も明るく見える現象であるブルーミングが発生するのを抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、ゲート電極は、同一画素内の基板の主表面上に光電変換部を挟むように所定の間隔を隔てて配置された第１ゲート電極および第２ゲート電極を含み、光電変換部のポテンシャルは、所定の値に固定されており、第１ゲート電極または第２ゲート電極下の第１不純物領域のポテンシャルが、光電変換部のポテンシャルよりも上昇または低下することにより、光電変換部で生成された電荷が転送される。なお、本願発明において、「光電変換部のポテンシャルが所定の値に固定される」とは、第１ゲート電極または第２ゲート電極下の第１不純物領域のポテンシャルが上昇または低下するのに対して、実質的に固定されているという意味を含む。すなわち、第１ゲート電極または第２ゲート電極下の第１不純物領域のポテンシャルが上昇または低下する量に対して、わずかな量だけ光電変換部のポテンシャルが変化する場合も含む概念である。上記のように構成すれば、実際には、光電変換部上にゲート電極が設けられていないにも係わらず、光電変換部のポテンシャルを実質的に固定する一定の電圧が印加された仮想的なゲート電極が光電変換部上に設けられているとみなせる構造を有する固体撮像装置において、光電変換部に位置する転送チャネルと、第１不純物領域に位置する転送チャネルとを平坦化することによって、電荷の転送効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による固体撮像装置の構造を説明するための断面図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態による固体撮像装置のポテンシャル図である。図３は、図２に示した一実施形態による固体撮像装置のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面における深さ方向のポテンシャルの波形について説明するための模式図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による固体撮像装置の構造について説明する。
【００１８】
本実施形態による固体撮像装置では、図１に示すように、複数の画素１が隣接して配置されている。また、本実施形態による固体撮像装置は、ｎ型シリコン基板２を備えている。なお、このｎ型シリコン基板２は、本発明の「基板」の一例である。ｎ型シリコン基板２の上面から約１μｍ以上約４μｍ以下の深さの領域には、ｐ型ウェル領域３が形成されている。また、ｎ型シリコン基板２の表面の所定領域には、約１０１７ｃｍ−３の不純物濃度を有する複数のｎ型高濃度不純物領域４が所定の間隔を隔てて形成されている。なお、このｎ型高濃度不純物領域４は、本発明の「第２不純物領域」の一例である。また、ｎ型高濃度不純物領域４は、ｎ型シリコン基板２の上面から約１μｍの深さまでの領域に形成されている。
【００１９】
また、ｎ型シリコン基板２の表面の隣接する２つのｎ型高濃度不純物領域４間の領域には、約１０１６ｃｍ−３〜約１０１７ｃｍ−３の不純物濃度を有するｎ型不純物領域５が形成されている。なお、このｎ型不純物領域５は、本発明の「第１不純物領域」の一例である。また、ｎ型不純物領域５には、後述する光電変換部７で生成された電荷が光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４から転送されるように構成されている。また、ｎ型不純物領域５は、ｎ型シリコン基板２の上面から約１μｍの深さまでの領域に形成されている。
【００２０】
すなわち、本実施形態では、ｎ型高濃度不純物領域４の形成される深さ位置と、ｎ型不純物領域５の形成される深さ位置とが同じであることにより、図３に示すように、光電変換部７の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｘ−Ｘ断面のポテンシャル）の底部と、電荷の転送時におけるゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の電荷転送時のポテンシャル）の底部とは、ｎ型シリコン基板２の表面からほぼ同じ深さの位置に形成される。これにより、本実施形態では、図２に示すように、光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４に位置する転送チャネルと、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５に位置する転送チャネルとが平坦化されている。
【００２１】
また、本実施形態では、図３に示すように、電荷の転送時における光電変換部７の電荷の転送方向側に隣接して配置されたｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の電荷転送時のポテンシャル）は、光電変換部７の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｘ−Ｘ断面のポテンシャル）を覆うように形成される。また、光電変換部７の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピークは、光電変換時における対応するｎ型不純物領域５のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の光電変換時のポテンシャル）よりも低い。
【００２２】
また、本実施形態では、図１に示すように、ｎ型高濃度不純物領域４の位置するｎ型シリコン基板２の表面上に、約１０１８ｃｍ−３の不純物濃度を有するシリコン層からなるｐ型高濃度不純物層６が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ突出するように形成されている。なお、このｐ型高濃度不純物層６は、本発明の「第３不純物領域」の一例である。また、ｐ型高濃度不純物層６を構成するシリコン層は、ｎ型高濃度不純物領域４の位置するｎ型シリコン基板２の表面上に選択的にエピタキシャル成長させたシリコン層である。また、ｐ型高濃度不純物層６の転送方向の幅は、ｎ型高濃度不純物領域４の転送方向の幅よりも大きくなるように形成されている。これにより、このエピタキシャル成長させたシリコン層とｎ型シリコン基板２との境界領域に結晶欠陥が発生するのが抑制されるとともに、その結晶欠陥に起因する暗電流の発生が抑制される。また、ｐ型高濃度不純物層６と、上記のｎ型高濃度不純物領域４と、ｐ型ウェル領域３とによって、光電変換部７が構成されている。なお、この光電変換部７は、各画素１に１つずつ設けられている。また、光電変換部７は、所定の値に実質的に固定されたポテンシャルを有している。
【００２３】
また、ｎ型シリコン基板２の表面の後述するゲート電極１１ａおよび１１ｂに対応する領域上を覆うように、数１０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜８が形成されている。このＳｉＯ２膜８上には、数１０ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜９が形成されている。このＳｉＮ膜９は、反射抑制膜としての機能を有する。そして、ＳｉＯ２膜８とＳｉＮ膜９とによって、ゲート絶縁膜１０が構成されている。また、ｎ型不純物領域５に対応するゲート絶縁膜１０上の所定領域には、電荷を転送するためのポリシリコンからなるゲート電極１１ａ（１１ｂ）が形成されている。なお、このゲート電極１１ａおよび１１ｂは、本発明の「第１ゲート電極」および「第２ゲート電極」の一例である。また、ゲート電極１１ａおよび１１ｂは、同一の画素１内に１つずつ設けられているとともに、光電変換部７を挟むように設けられている。また、この光電変換部７を挟むように配置されたゲート電極１１ａおよび１１ｂは、それぞれ、光電変換部７に対して所定の間隔を隔てて設けられている。また、所定の画素１に設けられたゲート電極１１ａと、その所定の画素１に隣接する別の画素１に設けられたゲート電極１１ｂとは、所定の間隔を隔てて配置されている。
【００２４】
また、各ゲート電極１１ａおよび１１ｂ上には、それぞれ、ＳｉＮ膜１２が形成されている。また、ゲート電極１１ａとゲート電極１１ｂとの間の領域、ゲート電極１１ａとｐ型高濃度不純物層６との間の領域、および、ゲート電極１１ｂとｐ型高濃度不純物層６との間の領域には、それぞれ、ＳｉＯ２膜１３が形成されている。このＳｉＯ２膜１３は、ゲート電極１１ａおよび１１ｂとｐ型高濃度不純物層６とを電気的に絶縁するために設けられている。また、ｐ型高濃度不純物層６の上面から、隣接するＳｉＮ膜１２上の所定領域にかけての領域を覆うようにＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜が積層された絶縁膜１４が形成されている。
【００２５】
また、本実施形態では、ゲート電極１１ａおよび１１ｂに、それぞれ、所定の正電圧と負電圧とに変化する２相のクロックパルス信号が印加されるように構成されている。そして、光電変換時には、ゲート電極１１ａおよび１１ｂに共に負電圧が印加されることにより、ゲート電極１１ａおよび１１ｂ下のｎ型不純物領域５のポテンシャルが光電変換部７の固定されたポテンシャルよりも高くなるように構成されている。これにより、光電変換時には、光電変換部７にポテンシャル井戸が形成されるとともに、そのポテンシャル井戸に光電変換により生成された電荷が蓄積されるように構成されている。
【００２６】
また、電荷の転送時には、２相のクロックパルス信号により、ゲート電極１１ａおよび１１ｂ下のｎ型不純物領域５のポテンシャルを上昇または低下させることによって、光電変換部７のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を順次隣接する画素１のｎ型不純物領域５および光電変換部７へ転送するように構成されている。なお、光電変換部７のポテンシャルは、電荷の転送時にも実質的に固定されている。なお、光電変換部７において、ｐ型高濃度不純物層６のポテンシャルは、光電変換時および電荷の転送時において固定されている一方、ｎ型高濃度不純物領域４およびｐ型ウェル領域３のポテンシャルは、電荷の転送時に、光電変換時のポテンシャルに対して多少変化する。ただし、この際のｎ型高濃度不純物領域４およびｐ型ウェル領域３のポテンシャルの変化量は、ゲート電極１１ａおよび１１ｂ下のｎ型不純物領域５のポテンシャルが上昇または低下する量に比べてわずかである。
【００２７】
そして、光電変換部７の両側に隣接するｎ型不純物領域５のポテンシャルが光電変換部７の実質的に固定されたポテンシャルに対して高くなる場合には、光電変換部７のポテンシャルは、ポテンシャル井戸の底部となる。一方、光電変換部７に隣接するｎ型不純物領域５のポテンシャルが光電変換部７の実質的に固定されたポテンシャルに対して低くなる場合には、光電変換部７のポテンシャルは、隣接する２つのポテンシャル井戸間のポテンシャルバリアとして機能する。このように、本実施形態による固体撮像装置では、実際には光電変換部７上にゲート電極が設けられていないにも係わらず、光電変換部７のポテンシャルを実質的に固定する一定の電圧が印加された仮想的なゲート電極が光電変換部７上に設けられているとみなせる構造が構成されている。
【００２８】
本実施形態では、上記のように、光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４の形成される深さ位置と、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５の形成される深さ位置とを揃えることにより、光電変換部７に位置する転送チャネルと、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５に位置する転送チャネルとを平坦化することによって、電荷の転送チャネルが蛇行しないので、電荷の転送効率を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態では、光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４上にｐ型高濃度不純物層６を設けることによって、ｐ型高濃度不純物層６に存在するホールにより絶縁膜１４とｐ型高濃度不純物層６との界面にホールを充満させることができる。これにより、その界面に充満されたホールにより、意図しない電荷が、シリコンの価電子帯から絶縁膜１４とｐ型高濃度不純物層６との界面に形成される界面準位を介して伝導帯に励起されるのを抑制することができる。このため、意図しない電荷が価電子帯から界面準位を介して伝導帯に励起されることに起因して発生する暗電流を抑制することができる。
【００３０】
なお、光電変換部のｎ型高濃度不純物領域上にｐ型高濃度不純物領域を形成する場合には、図４に示すような比較例による固体撮像装置の構成も考えられる。すなわち、図４に示した比較例による固体撮像装置では、光電変換部１７において、ｐ型高濃度不純物領域１６がｎ型シリコン基板２の上面から約０．１μｍの深さまでの領域に形成されるとともに、ｎ型高濃度不純物領域１４がｐ型高濃度不純物領域１６の下方の約０．１μｍ〜約１μｍの深さの領域に形成されている。このため、この比較例による固体撮像装置では、光電変換部１７のｎ型高濃度不純物領域１４の形成される深さ位置と、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５の形成される深さ位置とが異なる。これにより、比較例による固体撮像装置では、図５に示すように、光電変換部１７のｎ型高濃度不純物領域１４の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｘ−Ｘ断面のポテンシャル）の底部の深さ位置と、電荷の転送時におけるゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の電荷転送時のポテンシャル）の底部の深さ位置とが異なるため、図４に示すように、電荷の転送チャネル（図４の点線参照）が蛇行するという問題点が生じる。これに対して、本実施形態では、上記したように、光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４の形成される深さ位置と、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５の形成される深さ位置とが同じであるので、光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４に位置する転送チャネルと、ゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５に位置する転送チャネルとを平坦化することができる。これにより、本実施形態では、図４に示した比較例による固体撮像装置に比べて、電荷の転送効率を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、電荷の転送時において、光電変換部７の電荷の転送方向側に隣接して配置されたｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャルが、光電変換部７の電荷が蓄積される領域のポテンシャルを覆うように構成することによって、光電変換部７の電荷が蓄積される領域の一部の領域のポテンシャルが、光電変換部７の電荷の転送方向側に隣接して配置されたｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャルによって覆われていないことに起因してポテンシャルのディップ（くぼみ）が形成されるのを抑制することができる。
【００３２】
具体的には、図４に示した比較例による固体撮像装置では、図５に示すように、光電変換部１７の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｘ−Ｘ断面のポテンシャル）において、電荷の転送時におけるゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の電荷転送時のポテンシャル）によって覆われていない部分が生じる。この場合には、図４に示すように、光電変換部１７とゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５との境界部近傍にポテンシャルの隆起部が形成されるので、そのポテンシャルの隆起部の光電変換部１７側にポテンシャルのディップ（くぼみ）が形成される。したがって、この場合には、ポテンシャルのディップに電荷が溜まるので、光電変換部１７からゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５への電荷の転送が阻害されるという問題点が生じる。これに対して、本実施形態では、光電変換部７の電荷が蓄積される領域のポテンシャルが、電荷の転送時におけるゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャルによって覆われていることにより、ポテンシャルのディップが形成されないので、光電変換部７からゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５への電荷の転送が阻害されない。このため、本実施形態では、より電荷の転送効率を向上させることができる。
【００３３】
なお、上記したポテンシャルのディップによる問題点を解消するために、図５に示したポテンシャル形状を有する比較例による固体撮像装置において、図６に示すように、電荷の転送時にゲート電極１１ｂにより高いオン電圧（正電圧）を印加することにより、光電変換部１７の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｘ−Ｘ断面のポテンシャル）が、ゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の電荷転送時のポテンシャル）によって覆われるようにすることも考えられる。この場合には、ポテンシャルのディップは形成されないので、上記したポテンシャルのディップによる問題点は解消される。しかしながら、この場合には、ゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の電荷転送時のポテンシャル）の底部がｎ型シリコン基板２の表面に接触するように形成されることにより、ゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５に位置する転送チャネルがｎ型シリコン基板２の表面に接触するように形成される。この場合には、ｎ型シリコン基板２の表面（ｎ型シリコン基板２とＳｉＯ２膜８との界面）に多く存在するホールに電荷が再結合されることにより、転送電荷量が減少するという別の問題点が生じる。
【００３４】
そこで、この転送電荷量の減少を補うために、ｎ型不純物領域５の不純物濃度を増加させることも考えられる。しかしながら、この場合には、図７に示すように、光電変換時におけるゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５のポテンシャル（Ｙ−Ｙ断面の光電変換時のポテンシャル）の高さが、光電変換部１７の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャル（Ｘ−Ｘ断面のポテンシャル）のピークよりも低くなるので、光電変換時に多量の電荷が発生することにより光電変換部１７の電荷が蓄積される領域から電荷が溢れる場合には、その溢れた電荷は、ｎ型不純物領域５に形成されるポテンシャルバリアを越えて隣接する画素１の光電変換部１７に流出するという不都合が生じる。したがって、この場合には、その電荷の流出に起因して、光が入射していない部分も明るく見える現象であるブルーミングが発生するというさらに別の問題点が生じる。
【００３５】
これに対して、本実施形態では、光電変換部７の電荷が蓄積される領域のポテンシャルが、電荷の転送時におけるゲート電極１１ｂ下のｎ型不純物領域５の電荷が蓄積される領域のポテンシャルによって覆われているので、上記の比較例のようにゲート電極１１ｂにより高いオン電圧を印加したり、その際に生じる転送電荷量の減少を補うためにｎ型不純物領域５の不純物濃度を増加させたりする必要はない。これにより、本実施形態では、上記した比較例のような問題点は生じない。
【００３６】
また、本実施形態では、光電変換部７の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピークが、光電変換時における対応するｎ型不純物領域５のポテンシャルよりも低くなるように構成することによって、光電変換部７の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピークを、光電変換時にｎ型不純物領域５に形成されるポテンシャルバリアよりも低くすることができる。これにより、光電変換時に多量の電荷が発生することにより光電変換部７の電荷が蓄積される領域から電荷が溢れる場合にも、その溢れる電荷を光電変換部７の電荷が蓄積される領域よりも深さの大きい領域に形成されるポテンシャルのピーク上を介してｎ型シリコン基板２側に排出することができる。このため、光電変換時に所定の画素１の光電変換部７の電荷が蓄積される領域から溢れた電荷が、ｎ型不純物領域５のポテンシャルバリアを越えて隣接する別の画素１の光電変換部７に流出するのを抑制することができる。このため、このような隣接する別の画素１の光電変換部７への電荷の流出に起因して、光が入射していない部分も明るく見える現象であるブルーミングが発生するのを抑制することができる。
【００３７】
図８〜図１４は、本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１および図８〜図１４を参照して、本実施形態による固体撮像装置の製造プロセスについて説明する。
【００３８】
本実施形態では、まず、図８に示すように、ｎ型シリコン基板２にｐ型不純物をイオン注入することによって、ｎ型シリコン基板２の上面から数μｍの深さまでｐ型ウェル領域３を形成する。その後、ｎ型シリコン基板２の表面を熱酸化することにより、ｎ型シリコン基板２の表面に数１０ｎｍの厚みを有する犠牲酸化膜としてのＳｉＯ２膜１８を形成する。この犠牲酸化膜としてのＳｉＯ２膜１８は、以降のプロセスにおいてｎ型シリコン基板２にイオン注入を行う際に、ｎ型シリコン基板２にダメージが与えられるのを抑制するために設ける。この後、ｎ型高濃度不純物領域４の形成される領域以外の領域を覆うようにレジスト膜１９を形成する。そして、このレジスト膜１９をマスクとして、注入エネルギ：数１００ｋｅＶ、ドーズ量：約１０１２〜約１０１３ｃｍ−２の条件下でｎ型シリコン基板２にＡｓ（ヒ素）をイオン注入する。これにより、ｎ型シリコン基板２の表面の所定領域に複数のｎ型高濃度不純物領域４が所定の間隔を隔てて形成される。この後、レジスト膜１９を除去する。
【００３９】
次に、図９に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｎ型高濃度不純物領域４上のみを覆うように、レジスト膜２０を形成する。そして、このレジスト膜２０をマスクとして、注入エネルギ：数１０ｋｅＶ、ドーズ量：数１０１２ｃｍ−２の条件下でｎ型シリコン基板２にＡｓ（ヒ素）をイオン注入する。この後、約８００℃〜約９５０℃、約１時間の条件下でアニールする。これにより、ｎ型シリコン基板２の表面の隣接する２つのｎ型高濃度不純物領域４間の領域に、ｎ型不純物領域５が形成される。この後、レジスト膜２０を除去する。また、ＳｉＯ２膜１８も除去する。
【００４０】
次に、図１０に示すように、ｎ型シリコン基板２の表面を熱酸化することにより、数１０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜８を形成する。この後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＳｉＯ２膜８上に数１０ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜９を形成する。このＳｉＮ膜９とＳｉＯ２膜８とによって、ゲート絶縁膜１０が形成される。この後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ＳｉＮ膜９上の所定領域にポリシリコンからなる複数のゲート電極１１ａおよび１１ｂを所定の間隔を隔てて形成するとともに、各ゲート電極１１ａおよび１１ｂ上にそれぞれＳｉＮ膜１２を形成する。なお、この際、所定のｎ型高濃度不純物領域４と、隣接するｎ型高濃度不純物領域４との間の領域に設けられたゲート電極１１ａおよび１１ｂを所定の間隔を隔てて配置する。
【００４１】
次に、図１１に示すように、ＣＶＤ法を用いて、全面を覆うようにＳｉＯ２膜１３を形成する。そして、図１２に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ＳｉＯ２膜１３のゲート電極１１ａとゲート電極１１ｂとの間の領域、および、ｎ型高濃度不純物領域４とゲート電極１１ａ（１１ｂ）との間の領域以外の領域を除去する。
【００４２】
次に、本実施形態では、図１３に示すように、約８００℃で、１時間程度、塩化水素ガスおよびジクロロシランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２）雰囲気中にさらすことによって、ｎ型シリコン基板２の表面のｎ型高濃度不純物領域４上にシリコン層をエピタキシャル成長させる。なお、このシリコン層をエピタキシャル成長させる際に、ホウ素を導入するとともに電気的に活性化させることによりシリコン層をｐ型化する。これにより、ｎ型シリコン基板２の表面のｎ型高濃度不純物領域４上に、最終的に得たい数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの厚みとエッチバックする厚みとを加えた厚みを有するシリコンのエピタキシャル成長膜からなるｐ型高濃度不純物層６を形成する。この後、図１４に示すように、ｐ型高濃度不純物層６をエッチバックすることにより、ｐ型高濃度不純物層６のｎ型シリコン基板２の表面からの突出量を数１０ｎｍ〜数１００ｎｍに調節する。なお、上記の塩化水素ガスおよびジクロロシランガスの流量や、これらのガスにさらす時間などを制御してｎ型シリコン基板２の表面のｎ型高濃度不純物領域４上にシリコン層をエピタキシャル成長させることにより、エッチバックを行うことなく、直接数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの突出量を有するｐ型高濃度不純物層６を形成してもよい。
【００４３】
そして、最後に、図１に示したように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｐ型高濃度不純物層６の上面から隣接するＳｉＮ膜１２上の所定領域にかけての領域を覆うようにＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜の積層膜からなる絶縁膜１４を形成する。上記のようにして、図１に示した本実施形態による固体撮像装置が形成される。
【００４４】
次に、上記実施形態による効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。すなわち、以下に説明するシミュレーションでは、固体撮像装置に上記実施形態による構造を用いることによって、ポテンシャルのディップの形成を抑制することが可能であるか否かを確認した。具体的には、このシミュレーションでは、実施例として図１に示した上記実施形態と同様の構成を有する固体撮像装置を用いるとともに、比較例として図４に示した固体撮像装置と同様の構成を有する固体撮像装置を用いて、電荷の転送時における電荷の転送方向に沿ったポテンシャルの変化を算出した。
【００４５】
なお、実施例としては、ｎ型シリコン基板の表面のｎ型高濃度不純物領域上にｐ型高濃度不純物層を３００ｎｍ分突出するように形成するとともに、光電変換部のｎ型高濃度不純物領域の形成される深さ位置と、ゲート電極下のｎ型不純物領域が形成される深さ位置とが揃っている固体撮像装置を用いた。また、比較例としては、光電変換部のｐ型高濃度不純物領域がｎ型シリコン基板の表面から約０．１μｍの深さまでの領域に形成されるとともに、そのｐ型高濃度不純物領域の下方の約０．１μｍ〜約１μｍの深さの領域にｎ型高濃度不純物領域が形成された固体撮像装置を用いた。また、実施例および比較例の両方において、光電変換部の転送方向側に隣接するゲート電極には＋５．８Ｖのオン電圧を印加するとともに、光電変換部の転送方向と反対側に隣接するゲート電極には−５．８Ｖのオフ電圧を印加するように設定した。上記のシミュレーションの結果が図１５（実施例）および図１６（比較例）に示されている。
【００４６】
比較例では、図１６に示すように、光電変換部のｎ型不純物領域との境界部近傍の領域にポテンシャルのディップが形成されることがわかる。その一方、実施例では、図１５に示すように、光電変換部のｎ型不純物領域との境界部近傍の領域にポテンシャルのディップが形成されないことがわかる。上記の結果から、実施例のようにｐ型高濃度不純物層をｎ型シリコン基板の表面のｎ型高濃度不純物領域に対応する領域上に突出するように形成することが、ポテンシャルのディップの形成を抑制するために有効であることがわかった。すなわち、ポテンシャルのディップにより電荷の転送が阻害されるを抑制するために、ｐ型高濃度不純物層をｎ型シリコン基板の表面のｎ型高濃度不純物領域に対応する領域上に突出するように形成することが好ましいことが判明した。
【００４７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
たとえば、上記実施形態では、ｎ型シリコン基板２の表面のｎ型高濃度不純物領域４に対応する領域上に選択的にシリコン層をエピタキシャル成長させることによってｐ型高濃度不純物層６を形成したが、本発明はこれに限らず、ｎ型シリコン基板２の上面全体を覆うようにシリコン層をエピタキシャル成長させた後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、全面にエピタキシャル成長させたシリコン層のｎ型高濃度不純物領域４に対応する領域以外の領域を除去することによりｐ型高濃度不純物層６を形成してもよい。また、ｎ型シリコン基板２にイオン注入を行うことにより、ｎ型シリコン基板２の表面から所定の深さまでの領域にｐ型高濃度不純物領域を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｐ型高濃度不純物層６以外の領域を除去することによりｐ型高濃度不純物層６を形成してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、ｎ型シリコン基板２の表面上にのみｐ型高濃度不純物層６が形成されるように構成したが、本発明はこれに限らず、ｎ型シリコン基板２の表面上のｐ型高濃度不純物層６に加えて、ｐ型高濃度不純物層６の不純物がｎ型シリコン基板２側に熱拡散することによりｎ型シリコン基板２の表面の非常に浅い領域にｐ型不純物領域が形成されるように構成してもよい。なお、このｐ型不純物領域は、光電変換部７のｎ型高濃度不純物領域４およびゲート電極１１ｂ（１１ａ）下のｎ型不純物領域５に位置する転送チャネルが蛇行しないような非常に浅い領域に形成するものとする。
【００５０】
また、上記実施形態における各層の導電型（ｐ型およびｎ型）を逆の導電型に入れ換えて固体撮像装置を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態による固体撮像装置の構造を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態による固体撮像装置のポテンシャル図である。
【図３】図２に示した一実施形態による固体撮像装置のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面における深さ方向のポテンシャルの波形について説明するための模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による効果を説明するための比較例による固体撮像装置のポテンシャル図である。
【図５】図４に示した比較例による固体撮像装置のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面における深さ方向のポテンシャルの波形について説明するための模式図である。
【図６】図４に示した比較例による固体撮像装置において、ゲート電極により高いオン電圧を印加した場合のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面における深さ方向のポテンシャルの波形について説明するための模式図である。
【図７】図４に示した比較例による固体撮像装置において、転送チャネル領域の不純物濃度を増大させた場合のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面における深さ方向のポテンシャルの波形について説明するための模式図である。
【図８】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による固体撮像装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】本発明の実施例による固体撮像装置のシミュレーションよって得た電荷の転送方向に沿ったポテンシャルの波形を示した図である。
【図１６】本発明の比較例による固体撮像装置のシミュレーションよって得た電荷の転送方向に沿ったポテンシャルの波形を示した図である。
【図１７】従来の一例による固体撮像装置の構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  画素
２  ｎ型シリコン基板（基板）
４  ｎ型高濃度不純物領域（第２不純物領域）
５  ｎ型不純物領域（第１不純物領域）
６  ｐ型高濃度不純物層（第３不純物領域）
７  光電変換部
１１ａ、１１ｂ  ゲート電極（第１ゲート電極、第２ゲート電極）
【図１】
2006278465.tif 000003
【図２】
2006278465.tif 000004
【図３】
2006278465.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006278465.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006278465.tif 000009
【図８】
2006278465.tif 000010
【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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