(57)【要約】【課題】隣接する光電変換部間のブルーミング耐性を保ちつつ、光電変換部に蓄積された電荷を基板へ掃き出すための逆バイアス電圧の上昇を抑制する固体撮像素子を提供する。【解決手段】本発明の固体撮像素子は、ｎ型半導体基板１９に形成されており、基板１９の内部に設けられたｐ型ウェル２０とｎ型半導体基板１９の上部にマトリクス状に配列されたフォトダイオード１７と、各フォトダイオード１７に素子分離領域１８とを備え、素子分離領域１８は、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４とその直下に離問してｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５を有し、フォトダイオード１７の領域には受光部となるｎ型の第１の不純物拡散層２１とその直下に離問し、ｐ型の第３の不純物拡散層の最大濃度部分と略同一位置にｎ型の第２の不純物拡散層を備えている。【選択図】図１
2006229107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の半導体基板と、
入射光に応じて蓄積電荷を発生し、前記半導体基板上に所定の配列で設けられた光電変換部と、
前記光電変換部を電気的に分離する素子分離領域と、
前記光電変換部で発生した過剰電荷をその外部へ排出するための手段と、を備えた固体撮像素子であって、
前記素子分離領域は、前記半導体基板の表面から内部に向かって設けられた第二導電型の第１の不純物拡散層と、前記第二導電型の第１の不純物拡散層よりも深い位置に設けられた第二導電型の第２の不純物拡散層と、を有し、
前記光電変換部は、受光部となる第一導電型の第１の不純物拡散層と、前記第一導電型の第１の不純物拡散層よりも深い位置に設けられた第一導電型の第２の不純物拡散層と、を有し、
前記第一導電型の第２の不純物拡散層の最大濃度部分が、前記半導体基板の深さ方向に対して、前記第二導電型の第２の不純物拡散層とほぼ同じ位置にあることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第一導電型の第２の不純物拡散層と前記第二導電型の第２の不純物拡散層とは隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記半導体基板を上から見たとき、前記第一導電型の第２の不純物拡散層の一部が前記第二導電型の第１の不純物拡散層と重なるように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
少なくとも前記第一導電型の第２の不純物拡散層は、高加速エネルギーのイオン打ち込み技術と熱処理を経て形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記半導体基板の深さ方向に対して、前記第一導電型の第１の不純物拡散層と前記第一導電型の第２の不純物拡散層との間に第一導電型の第３の不純物拡散層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記半導体基板の深さ方向に対して、前記第一導電型の第３の不純物拡散層の最大濃度部分が、前記第二導電型の第１の不純物拡散層の底部とほぼ同じ位置にあることを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第一導電型の第３の不純物拡散層と前記第二導電型の第１の不純物拡散層とは隣接して配置されていることを特徴とする請求項５または６記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記第一導電型の第３の不純物拡散層は、高加速エネルギーのイオン打ち込み技術と熱処理を経て形成されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記過剰電荷の外部排出手段は、第二導電型のウェル層であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型オーバーフロードレイン構造を有する固体撮像素子に関し、光電変換部間のブルーミングを抑制し、かつ光電変換部に蓄積された電荷を半導体基板へ掃き出す逆バイアス電圧の上昇を抑制する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子の微細化と高密度化に伴って、光電変換部間のブルーミングが厳しくなっている。この問題点を解決する方法として、素子間分離部の高濃度イオン注入による方法と、またはｎ型半導体基板に印加する逆バイアス電圧を高くする方法がある。
【０００３】
しかしながら、前者の方法では、オーバーフロードレインを形成するｐ型ウェルの電位が変動し難くなる。それにより、フォトダイオードに蓄積されたすべての電荷をｎ型半導体基板に掃き出すために、高い逆バイアス電圧を印加しなくてはならなくなり、電子シャッター・モードが機能しなくなる。また、後者の方法では、フォトダイオードの最大蓄積電荷量が少なくなってしまう。
【０００４】
そこで、前記の問題を解決する技術として、素子間分離部を多層に不純物拡散層を形成する方法が提案されている。以下、図１２〜図１５を参照して特許文献１に示されている素子間分離部を多層に不純物拡散層を形成する方法について説明する。
【０００５】
図１２は、従来の固体撮像素子の要部の断面図であり、フォトダイオードがマトリクス状に配列されている部分を垂直転送レジスタに平行に切断した構造を示す。
【０００６】
図１３は、図１２におけるＡ’−Ａ’切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純
物濃度分布図であり、図１４は、図１２におけるＢ’−Ｂ’切断線に沿った各不純物拡散
層の深さ方向の不純物濃度分布図であり、図１５は、図１２におけるＡ’−Ａ’切断線及
びＢ’−Ｂ’切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の電位プロファイルを示す図であ
る。
【０００７】
図１２に示したように、固体撮像素子１において、入射した光に応じて電荷を発生する光電変換部であるフォトダイオード２が素子分離領域３をはさんで、例えばマトリクス状（２次元状）に配列されている。
【０００８】
ｎ型半導体基板４の深部、例えば入射光の長波長の感度が得られる、基板表面８から３μｍ程度の深さに薄厚のｐ型ウェル５を設け、さらにｎ型半導体基板４の上部にｎ型不純物拡散層６と、このｎ型不純物拡散層６の表面にｐ型不純物拡散層７が設けられている。
【０００９】
また、素子分離領域３には、フォトダイオード２と隣接してｐ型の第１の素子分離不純物拡散層９が設けられている。
【００１０】
図１４、１５に示したように、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層９の最大濃度位置は、基板表面８からｐ型ウェル５までに至らないフォトダイオード２の最大ポテンシャルＰ３’の位置の深さＸ３’と略同じとなる所定深さＸ１ｂ’にあり、縦横方向にそれぞれの所定ピッチで離間して配置されている。
【００１１】
さらに素子分離領域３では、ｎ型半導体基板４内のｐ型ウェル５と第１の素子分離不純物拡散層９との間の中間部分の深さＸ２ｂ’に最大濃度があるｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０が、基板の上から見てｐ型の第１の素子分離不純物拡散層９と同一のパターンをなすように形成されている。
【００１２】
そして、ｐ型不純物拡散層７はＧＮＤレベルに固定され、これにより基板表面８がシールドされて暗電流の発生が抑制される。またｎ型半導体基板４は、電源（図示せず）に接続され、ｐ型ウェル５を反転させる逆バイアスが印加される。これによって、過剰な入射光などによってフォトダイオード２の蓄積容量を越える過剰電荷が発生した場合には、この過剰電荷がｎ型半導体基板４に掃き出される縦型オーバーフロードレイン構造を形成している。
【００１３】
さらに、素子分離領域３の上方に、転送電極配線１３と、さらに絶縁層を間に介してその上に転送電極配線１２が設けられており、転送電極配線１２の上に設けられた絶縁層１１上にフォトダイオード２部分に入射光を取り込む窓部１５を開口した遮光層１４が形成されている。
【００１４】
また、図１３〜図１５では、フォトダイオード２が形成された部分（Ａ’−Ａ’切断線
に沿う部分）の濃度分布はＣａ’、電位プロファイルは、Ｄａ’の各曲線で示してあり、素子分離領域３が形成された部分（Ｂ’−Ｂ’切断線に沿う部分）の濃度分布はＣｂ’、
電位プロファイルはＤｂ’の各曲線で示してある。
【００１５】
図１３に示した濃度プロファイルは、左側からピーク７ａを含む部分がｐ型不純物拡散層７、ピーク６ａを含む部分がｎ型不純物拡散層６、ピーク５ａを含む部分がｐ型ウェル５にそれぞれ対応しており、各境界を実線で示している。また、図１４に示した濃度プロファイルは、左側からピーク９ａを含む部分がｐ型の第１の素子分離不純物拡散層９、ピーク１０ａを含む部分がｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０、ピーク５ａを含む部分がｐ型ウェル５にそれぞれ対応しており、各境界を実線で示している。
【００１６】
また、図１５に示すように、フォトダイオード２の部分に対応する電位プロファイルＤａ’のうち、基板表面８からの深さＸ’には、オーバーフロードレインに当たるｐ型ウェル５の部分の電位Ｐ’が、ｎ型半導体基板４に印加される逆バイアス電圧によって形成されている。
【００１７】
一方、素子分離領域３では、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層９とｐ型ウェル５の間に、所定濃度のｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０を設けているので、図１５に示す電位プロファイルＤｂ’は、フォトダイオード部分よりも浅くなり、基板表面８からの深さＸ１’及びＸ２’に、電位Ｐ１’及びＰ２’が現れる。
【００１８】
上記のｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０の形成には、周知のフォトエッチング技術と高加速イオン打ち込み技術を用いており、素子間分離部において、基板表面からの深さが異なる複数層の不純物拡散層を形成することが容易となる。
【特許文献１】特開２００１−２５７３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、固体撮像素子の微細化に伴い、光電変換部および素子分離領域が小さくなると、素子分離領域３にｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０を形成するとき、熱拡散または、イオン注入時の横方向への拡散により、フォトダイオード２直下領域付近にもｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０が形成される。それにより、フォトダイオード２の直下に形成されたｐ型の第２の素子分離不純物拡散層１０がｐ型ウェル５と同じ効果を持つことで、オーバーフロードレインを形成するｐ型ウェルの電位が浅くなり、変動し難くなる。
【００２０】
つまり、図１６に示すように、フォトダイオード２の部分に対応する電位プロファイルＤａ’において、表面からの深さＸ２’に、ｐ型ウェル５部分のみで形成する電位Ｐ’より浅い電位Ｐ''が現れる。
【００２１】
この電位Ｐ''を深くさせるためにはｎ型半導体基板４に従来の場合よりも高い逆バイアス電圧を印加しなければならなくなる。その結果、フォトダイオード２の内部に蓄積された電荷を一時的に全てｎ型半導体基板４に掃き出す電子シャッター・モードが機能しなくなってしまう。
【００２２】
そこで、本発明は、光電変換部に蓄積された全ての電荷を、逆バイアス電圧を高くすることなく半導体基板に掃き出すことができる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子は、第一導電型の半導体基板と、入射光に応じて蓄積電荷を発生し、前記半導体基板上に所定の配列で設けられた光電変換部と、前記光電変換部を電気的に分離する素子分離領域と、前記光電変換部で発生した過剰電荷をその外部へ排出するための手段と、を備えた固体撮像素子であって、前記素子分離領域は、前記半導体基板の表面から内部に向かって設けられた第二導電型の第１の不純物拡散層と、前記第二導電型の第１の不純物拡散層よりも深い位置に設けられた第二導電型の第２の不純物拡散層と、を有し、前記光電変換部は、受光部となる第一導電型の第１の不純物拡散層と、前記第一導電型の第１の不純物拡散層よりも深い位置に設けられた第一導電型の第２の不純物拡散層と、を有し、前記第一導電型の第２の不純物拡散層の最大濃度部分が、前記半導体基板の深さ方向に対して、前記第二導電型の第２の不純物拡散層とほぼ同じ位置にあることを特徴とする。
【００２４】
前記第一導電型の第２の不純物拡散層と前記第二導電型の第２の不純物拡散層とは隣接して配置されていることが好ましい。
【００２５】
前記半導体基板を上から見たとき、前記第一導電型の第２の不純物拡散層の一部が前記第二導電型の第１の不純物拡散層と重なるように設けられていることが好ましい。
【００２６】
少なくとも前記第一導電型の第２の不純物拡散層は、高加速エネルギーのイオン打ち込み技術と熱処理を経て形成されることが好ましい。
【００２７】
前記半導体基板の深さ方向に対して、前記第一導電型の第１の不純物拡散層と前記第一導電型の第２の不純物拡散層との間に第一導電型の第３の不純物拡散層が設けられていることが好ましい。
【００２８】
前記半導体基板の深さ方向に対して、前記第一導電型の第３の不純物拡散層の最大濃度部分が、前記第二導電型の第１の不純物拡散層の底部とほぼ同じ位置にあることが好ましい。
【００２９】
前記第一導電型の第３の不純物拡散層と前記第二導電型の第１の不純物拡散層とは隣接して配置されていることが好ましい。
【００３０】
前記第一導電型の第３の不純物拡散層は、高加速エネルギーのイオン打ち込み技術と熱処理を経て形成されることが好ましい。
【００３１】
前記過剰電荷の外部排出手段は、第二導電型のウェル層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る固体撮像素子によると、光電変換部に蓄積された全ての電荷を、逆バイアス電圧を高くすることなく半導体基板に掃き出すことができ、電子シャッター・モードでの動作を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子とその製造方法について、図１〜図５を参照して説明する。
【００３４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子の要部の断面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純物濃度分布図であり、図３は図１におけるＢ−Ｂ切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純物濃度分布図であり、図４は図１におけるＡ−Ａ切断線及びＢ−Ｂ切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の電位プロファイルを示す図である。
【００３５】
図１に示すように、固体撮像素子１６において、入射した光に応じて電荷を発生する光電変換部であるフォトダイオード１７が素子分離領域１８をはさんで、例えばマトリクス状（２次元状）に配列されている。
【００３６】
ｎ型半導体基板１９の深部、例えば入射光の長波長の感度が得られる、基板表面２３から３μｍ程度の深さに薄厚のｐ型ウェル２０を設け、さらにフォトダイオード１７に対応する部分では、ｐ型ウェル２０の上にｎ型の第２の不純物拡散層３１が設けられ、ｎ型半導体基板１９の上部にｎ型の第１の不純物拡散層２１と、このｎ型の第１の不純物拡散層２１の表面にｐ型の不純物拡散層２２が設けられている。
【００３７】
また、素子分離領域１８には、フォトダイオード１７と隣接してｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４が設けられている。
【００３８】
図３、４に示したように、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４の最大濃度位置は、基板表面２３からｐ型ウェル２０までに至らないか、またはフォトダイオード１７の最大ポテンシャルＰ３の位置の深さＸ３と略同じとなる所定深さＸ１ｂにあり、縦横方向にそれぞれの所定ピッチで離間して配置されている。
【００３９】
さらに素子分離領域１８では、ｎ型半導体基板１９内のｐ型ウェル２０とｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４との間の中間部分の深さＸ２ｂに最大濃度があるｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５が、基板の上から見てｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４と同一のパターンをなすか、または格子パターンをなすように形成されている。
【００４０】
そして、フォトダイオード１７には、素子分離領域のｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５の最大濃度部分とほぼ同じ深さにｎ型の第２の不純物拡散層３１が形成されており、このパターンは、基板の上から見てフォトダイオード１７のｎ型の第１の不純物拡散層２１と同一のパターンをなしている。
【００４１】
また、ｐ型の不純物拡散層２２はＧＮＤレベルに固定され、これにより基板表面２３がシールドされて暗電流の発生が抑制される。また、ｎ型半導体基板１９は、電源（図示せず）に接続され、ｐ型ウェル２０を反転させる逆バイアスが印加される。これによって、過剰な入射光などによってフォトダイオード１７の蓄積容量を越える過剰電荷が発生した場合には、この過剰電荷がｎ型半導体基板１９に掃き出される縦型オーバーフロードレイン構造を形成している。
【００４２】
さらに、素子分離領域１８の上方に、転送電極配線２８と、さらに絶縁層を間に介してその上に転送電極配線２７が設けられており、転送電極配線２７の上に設けられた絶縁層２６上にフォトダイオード１７に入射光を取り込む窓部３０を開口した遮光層２９が形成されている。
【００４３】
また、図２〜図４では、フォトダイオード１７が形成された部分（Ａ−Ａ切断線に沿う部分）の濃度分布はＣａ、電位プロファイルはＤａの各曲線で示してあり、素子分離領域１８が形成された部分（Ｂ−Ｂ切断線に沿う部分）の濃度分布はＣｂ、電位プロファイルはＤｂの各曲線で示してある。
【００４４】
図２に示した濃度プロファイルは、左側からピーク２２ａを含む部分がｐ型の不純物拡散層２２、ピーク２１ａを含む部分がｎ型の第１の不純物拡散層２１、ピーク３１ａを含む部分がｎ型の第２の不純物拡散層３１、ピーク２０ａを含む部分がｐ型ウェル２０にそれぞれ対応しており、各境界を実線で示している。また、図３に示した濃度プロファイルは、左側からピーク２４ａを含む部分がｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４、ピーク２５ａを含む部分がｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５、ピーク２０ａを含む部分がｐ型ウェル２０にそれぞれ対応しており、各境界を実線で示している。
【００４５】
図４に示すように、フォトダイオード１７の部分に対応する電位プロファイルＤａのうち、基板表面２３からの深さＸには、オーバーフロードレインに当たるｐ型ウェル２０の部分の電位Ｐが、ｎ型半導体基板１９に印加される逆バイアス電圧によって形成されている。
【００４６】
一方、素子分離領域１８では、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４とｐ型ウェル２０の間に、所定濃度のｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５を設けているので、図４に示す電位プロファイルＤｂは、フォトダイオード部分よりも浅くなり、基板表面２３からの深さＸ１及びＸ２に、電位Ｐ１及びＰ２が現れる。
【００４７】
この結果、フォトダイオード１７に電位Ｐを超える電荷が発生した場合には、過剰となった電荷は、電位Ｐを超えてｎ型半導体基板１９に掃き出されることになる。
【００４８】
本実施形態によれば、ｎ型の第２の不純物拡散層３１により、素子分離領域のｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５のフォトダイオード領域内への不純物拡散層の広がりが実効的に抑えられるため、図４に示したように、フォトダイオード１７の部分で、ｐ型ウェル２０部分のみで形成する電位より浅い電位Ｐが発生することが抑制される。
【００４９】
これによって、ｐ型ウェル２０の電位Ｐを深くさせるためにｎ型半導体基板１９に印加する逆バイアス電圧も高いものとしなくてよくなる。そして、フォトダイオード１７の内部に蓄積された電荷を一時的に全てｎ型半導体基板１９に掃き出す電子シャッター・モードも正常に機能させることができる。
【００５０】
次に、本実施形態における固体撮像素子の製造方法について説明する。ｎ型半導体基板１９内にｐ型ウェル２０を、高加速エネルギーのイオン打ち込み技術と熱処理により形成する。
【００５１】
次に、フォトダイオード１７を形成する領域で、ｐ型ウェル２０の上方に、ｎ型の第１の不純物拡散層２１とｎ型の第２の不純物拡散層３１を、周知のフォトエッチング技術と高加速エネルギーのイオン打ち込み技術を用いてそれぞれ形成する。具体的には、図５に示すように、ｐ型ウェル２０が形成されたｎ型半導体基板１９上面に酸化膜や窒化膜等のバッファ用絶縁膜３３を形成した後、その上面にフォトレジスト膜３４を堆積させる。次に、堆積されたフォトレジスト膜３４を、写真蝕刻法等を用いたパターニングによりエッチングし、ｎ型の不純物拡散層２１、３１の形成位置に打ち込み開口３５を有する所定のレジスト膜パターン３４を形成する。
【００５２】
続いて、高加速電圧でヒ素または、リン等のｎ型不純物イオンをｎ型半導体基板１９内に所定の深さに打ち込む。
【００５３】
また、イオン注入の加速条件を変えて、ヒ素または、リン等のｎ型不純物イオンを上記の所定の深さよりも浅い位置に打ち込む。
【００５４】
次に、レジスト膜パターン３４を除去してから、アニールを兼ねた熱処理を行って注入した不純物の拡散を行い、ｎ型半導体基板１９内に、ｎ型の第１の不純物拡散層２１とｎ型の第２の不純物拡散層３１を形成する。
【００５５】
その後は、周知の製造工程を経て、図１に示す固体撮像素子を形成する。
【００５６】
なお、ｎ型の第１の不純物拡散層２１とｎ型の第２の不純物拡散層３１を形成するためのイオン注入の順序については、上記と逆であってもよい。また、ｎ型の第１の不純物拡散層２１とｎ型の第２の不純物拡散層３１を別々のレジスト膜パターンにより個別に形成しても良い。
【００５７】
以上のような高加速イオン打ち込み工程を経て製造することで、ｎ型の第１の不純物拡散層２１とｎ型の第２の不純物拡散層３１の形成が、ｎ型半導体基板１９内の所要とする適正位置に行えることになり、所望の特性を有する固体撮像素子を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態において、基板を上から見たときのｎ型の第１の不純物拡散層２１及びｎ型の第２の不純物拡散層３１のパターンが同一であるとしたが、図６に示すように、ｎ型の第２の不純物拡散層３１のパターンをｎ型の第１の不純物拡散層２１のパターンよりも小さくして、ｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５と接する領域のみに設けてもよい。このようにしても、オーバーフロードレインを形成する電位を浅くさせる特定部分のｐ型の素子分離不純物拡散層の広がりを抑えることが可能であり、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
なお、ｎ型の第２の不純物拡散層３１は、基板を上から見たとき、ｎ型の第１の不純物拡散層２１の周囲を全て囲むように形成されていなくても、例えば、図７に示したように、ある一定の方向でオーバーラップしていれば、本実施形態の効果を得ることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に本発明に係る第２の実施形態の固体撮像素子について、図８を参照して説明する。
【００６１】
図８は本実施形態の固体撮像素子の要部の断面図である。図８に示すように、本実施形態の固体撮像素子の特徴は、基板を上から見たとき、ｎ型の第２の不純物拡散層３１をｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４の下にもぐりこませている点にある。基板を上から見たときのｎ型の第２の不純物拡散層３１とｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４のオーバーラップ幅は、光電変換部間のブルーミングを抑制できる範囲で、大きいほうが良い。
【００６２】
本実施の形態によれば、第１の実施形態と同様に電子シャッター・モードも正常に機能させることが可能となるとともに、フォトダイオード１７における蓄積電荷量の減少を防止することができる。これは、本実施形態の構成によってｐ型の第２の素子分離不純物拡散層２５の拡がりをより効果的に抑えられるため、受光部であるｎ型の第１の不純物拡散層２１に対してｐ型不純物が拡散するのを防止できるからである。
【００６３】
なお、ｎ型の第２の不純物拡散層３１は、基板を上から見たとき、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４の周囲を全て囲むようにオーバーラップしていなくても、例えば、図９に示したように、ある一定の方向でオーバーラップしていれば、本実施形態の効果を得ることができる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に本発明に係る第３の実施形態の固体撮像素子について、図１０を参照して説明する。
【００６５】
図１０は本実施形態の固体撮像素子の要部の断面図である。図１０に示すように、本実施形態の固体撮像素子の特徴は、ｎ型の第１の不純物拡散層２１とｎ型の第２の不純物拡散層３１との間にｎ型の第３の不純物拡散層３２を形成している点である。
【００６６】
ｎ型の第３の不純物拡散層３２はｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４に隣接するように設けられている。
【００６７】
図１０にも示したように、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４は、フォトダイオード１７間の電気的分離を行うため、フォトダイオード１７の受光部であるｎ型の第１の不純物拡散層２１の底部よりも深くなるように形成されている。よって、熱処理等、あるいはイオン注入の順序等によっては、この底部からフォトダイオード１７の直下に対してｐ型不純物が拡散してしまい、上述したようにオーバーフロー動作が起こりにくくなることがある。
【００６８】
本実施形態によれば、ｎ型の第３の不純物拡散層３２を設けることにより、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４の底部からフォトダイオード１７直下へのｐ型不純物の拡散を抑制し、ｎ型半導体基板１９に印加する逆バイアス電圧の上昇を抑えられる。その結果、電子シャッター・モードの動作をより確実に行うことが可能となる。
【００６９】
なお、上記の効果をより引き出すために、ｎ型半導体基板１９の深さ方向に対して、ｎ型の第３の不純物拡散層３２の最大濃度部分が、ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層２４の底部とほぼ同じ位置にあるのが好ましい。
【００７０】
なお、本実施形態の固体撮像素子を製造するにあたって、ｎ型の第３の不純物拡散層３２もｎ型の第１の不純物拡散層２１、ｎ型の第２の不純物拡散層３１と同様に高加速エネルギーのイオン打ち込み技術を用いるが、これらの層を形成するためのイオン注入の順序については、特に問わない。また、各層を形成するためのイオン注入において、別々のレジスト膜パターンにより個別に形成しても良い。
【００７１】
また、第１の実施形態から第３の実施形態において、ｎ型の第１の不純物拡散層２１は高加速エネルギーのイオン打ち込み技術を用いなくても、例えば、数十〜数百ｋｅＶ程度のエネルギーでも良い。
【００７２】
また、ｎ型の第３の不純物拡散層３２は、基板を上から見たとき、ｎ型の第１の不純物拡散層２１の周囲を全て囲むようにオーバーラップしていなくても、例えば、図１１に示したように、ある一定の方向でオーバーラップしていれば、本実施形態の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明に係る固体撮像素子は、微細化、高集積化しても光電変換部に蓄積された全ての電荷を、逆バイアス電圧を高くせずに半導体基板に掃き出すことができ、デジタルカメラ等の電子シャッター機能を使用する機器に用いる上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態における固体撮像素子の要部の断面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純物濃度分布図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純物濃度分布図
【図４】図１におけるＡ−Ａ切断線及びＢ−Ｂ切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の電位プロファイルを示す図
【図５】本発明の第１の実施形態におけるｎ型の不純物拡散層の形成工程説明図
【図６】本発明の第１の実施形態における別の固体撮像素子の要部の断面図
【図７】本発明の第２の実施形態における別の固体撮像素子の各不純物拡散層の配置を上から見たときの図
【図８】本発明の第２の実施形態における固体撮像素子の要部の断面図
【図９】本発明の第２の実施形態における固体撮像素子の各不純物拡散層の配置を上から見たときの図
【図１０】本発明の第３の実施形態における別の固体撮像素子の要部の断面図
【図１１】本発明の第３の実施形態における別の固体撮像素子の各不純物拡散層の配置を上から見たときの図
【図１２】従来の固体撮像素子の要部の断面図
【図１３】図１２におけるＡ’−Ａ’切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純物濃度分布図
【図１４】図１２におけるＢ’−Ｂ’切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の不純物濃度分布図
【図１５】図１２におけるＡ’−Ａ’切断線及びＢ’−Ｂ’切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の電位プロファイルを示す図
【図１６】図１２におけるＡ’−Ａ’およびＢ’−Ｂ’切断線に沿った各不純物拡散層の深さ方向の別の電位プロファイルを示す図
【符号の説明】
【００７５】
２、１７  フォトダイオード
３、１８  素子分離領域
４、１９  ｎ型半導体基板
５、２０  ｐ型ウェル
６、２１  ｎ型の第１の不純物拡散層
７、２２  ｐ型の不純物拡散層
９、２４  ｐ型の第１の素子分離不純物拡散層
１０、２５  ｐ型の第２の素子分離不純物拡散層
３１  ｎ型の第２の不純物拡散層
３２  ｎ型の第３の不純物拡散層
【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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【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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