(57)【要約】【課題】素子形成のためのプロセス追加によって煩雑化することなく、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ電荷の転送効率を向上することのできる固体撮像素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】光電変換部、垂直電荷転送部、水平電荷転送部、信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部が半導体基板に形成され、水平電荷転送部は、半導体基板内にｐ型半導体層が形成され、このｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層が形成されてなり、水平電荷転送部の出力部側の端部に配設された出力ゲート領域において、ｐ型不純物を添加した不純物添加領域を出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成した。【選択図】  図１
2006294799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子であって、
前記水平電荷転送部は、前記半導体基板内にｐ型半導体層が形成され、該ｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層が形成されてなり、
前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配設された出力ゲート領域において、ｐ型不純物を添加した不純物添加領域が前記出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記出力ゲート領域内における前記不純物添加領域の境界が、前記半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜し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】
前記不純物添加領域の境界が、前記出力ゲート領域に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板内にｐ型半導体層を形成するステップと、
前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域に開口を有し、該出力ゲート領域の電荷転送方向下流側に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向下流側に所定角度で傾斜した斜め方向からｐ型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、
前記ｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板内にｐ型半導体層を形成するステップと、
前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域の少なくとも一部に開口を有し、該出力ゲート領域内に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向上流側に所定角度で傾斜した斜め方向からｐ型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、
前記ｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に転送効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に従来の固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成を表す断面図を示した。この従来の固体撮像素子においては、水平電荷転送部１は水平転送レジスタ部２と出力ゲート部３とを含んで構成される。水平転送レジスタ部２は、複数の転送段４，４，…を含んで構成され、転送電圧（駆動信号）φＨ1及びφＨ2により信号電荷を水平方向（図中のＸ方向）に高速で転送することで、信号電荷が水平転送チャネル５内で転送される。
【０００３】
水平転送チャネル５内の各転送段４，４，…は、１組の電荷蓄積電極６ａ及び電荷転送電極６ｂ、更に電荷転送電極６ｂ下部のｎ−層５ａを含んで構成される。水平転送チャネル５の電荷転送方向下流側は、最終段の転送段４の先の出力ゲート部３を介して、出力部７のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域８に接続されている。
【０００４】
出力ゲート部３は、出力ゲート電極９とその下方の水平転送チャネル５を含んで構成される。出力ゲート電極９には電圧ＶＯＧが印加され、信号電荷が水平転送チャネル５からＦＤ領域８に転送される。信号電荷はＦＤ領域８に転送されて、電荷−電圧変換される。変換された電圧信号は出力アンプ１０で増幅され、出力される。
【０００５】
ＦＤ領域８に転送された信号電荷は、電荷−電圧変換後、リセットゲート部１１を経てリセットドレイン領域１２に放出される。放出の際には、リセットゲート電極１３によりリセットゲート部１１に一定の電圧φＲＧが印加される。
【０００６】
上記の水平電荷転送部１及び出力部７においては、例えばｎ型半導体基板１７の表面部に例えばｐ型ウェル１８、埋め込みチャネル型のｎ型水平転送チャネル５をこの順に形成した層構成としている。なお、水平転送チャネル５上には、図示しない絶縁膜を介して電荷蓄積電極６ａ及び電荷転送電極６ｂが形成され、電荷蓄積電極６ａ及び電荷転送電極６ｂは、転送段４毎にそれぞれ共通結線される。
【０００７】
出力部７は、ＦＤ領域８がｎ＋型に、リセットゲート部１１がｎ型に、リセットドレイン領域１２がｎ＋型に形成される。リセットゲート部１１上には、図示しない絶縁膜を介してリセットゲート電極１３が形成されている。
【０００８】
なお、本明細書及び図面においては、ｐ型不純物が添加されて、実効不純物濃度が低下しているｎ型チャネル領域をｎ−、ｎ型不純物が添加されて、実効不純物濃度が増加しているｎ型チャネル領域をｎ＋、ｐ型不純物が添加されて実効不純物濃度が増加しているｐ型領域をｐ＋と表記する。
【０００９】
上記のような固体撮像素子に対して、各転送段の電荷転送効率をさらに向上させるための技術が特許文献１に記載されている。この技術では、例えばボロン等のｐ型不純物をイオン注入法により基板内に導入する際、マスクとなる電極層の側面部をテーパー状に形成し、電極側面部の膜厚の薄くなった部分をｐ型不純物が貫通しやすくしている。これにより、電極層側面部下方でｐ型不純物が注入が不足する領域に対して、十分な量のｐ型不純物を注入することができ、その領域で電位の窪みが発生することを抑制している。電位の窪みが発生すると、信号電荷が電位の窪みにトラップされ、また、電位の窪み近傍の転送電界が弱くなって、電荷の転送効率が低下することになる。特許文献１の技術では、電極層の側面部を加工することで、このような転送効率の低下を防いでいる。なお、この特許文献１の構成は、水平転送領域にポテンシャル段差を付けて電荷の転送効率を向上させるものである。
【特許文献１】特開平９−２８９３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、素子の水平転送領域にポテンシャル段差を付ける方法には、上記特許文献１のように電極層をテーパエッチングしてイオン注入する方法や、通常のフォトリソ工程でパターニングしてイオン注入する方法がある。しかしながら、これらの方法では工程数が増え、処理時間が余分にかかり、部品の製造コストを増大させる要因となる不利があった。また、水平転送領域に接続される出力ゲート領域では、電荷転送効率が低下しやすくなる問題があった。
【００１１】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、素子形成のためのプロセスを追加して煩雑化させることなく、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ電荷の転送効率を向上することのできる固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子であって、前記水平電荷転送部は、前記半導体基板内にｐ型半導体層が形成され、該ｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層が形成されてなり、前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配設された出力ゲート領域において、ｐ型不純物を添加した不純物添加領域が前記出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【００１３】
この固体撮像素子によれば、出力ゲート領域において、ｐ型不純物を添加した不純物添加領域が、出力ゲート領域内の電荷転送方向上流側の一部に形成されていることにより、出力ゲート領域内にポテンシャル段差が生じる。この段差によって、信号電荷を確実に出力ゲート領域から転送方向下流側に転送することができ、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ転送効率が向上する。
【００１４】
（２）  前記出力ゲート領域内における前記不純物添加領域の境界が、前記半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜していることを特徴とする（１）記載の固体撮像素子。
【００１５】
この固体撮像素子によれば、不純物添加領域の境界が半導体基板の深さ方向に対して傾斜していることで、出力ゲート領域内のポテンシャル分布が電荷の転送方向に向かう傾斜を持つ。これにより、電位勾配によるドリフトによって信号電荷が一層円滑に転送されるようになる。
【００１６】
（３）  前記不純物添加領域の境界が、前記出力ゲート領域に形成されていることを特徴とする（１）又は（２）記載の固体撮像素子。
【００１７】
この固体撮像素子によれば、不純物添加領域が出力ゲート領域に形成されることで、出力ゲート領域内のポテンシャル分布がバランスのよい電位勾配となり、信号電荷の転送がより円滑となる。
【００１８】
（４）  入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板内にｐ型半導体層を形成するステップと、前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域に開口を有し、該出力ゲート領域の電荷転送方向下流側に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向下流側に所定角度で傾斜した斜め方向からｐ型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、前記ｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層を形成するステップと、を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【００１９】
この固体撮像素子の製造方法によれば、ｐ型半導体層を形成し、水平電荷転送部の出力ゲート領域が開口され、出力ゲートの電荷転送方向下流側に開口の縁部を有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、固体撮像素子の光電変換素子等の他の部位を形成するために用いるレジストを利用したものである。そして、このレジストをマスクとして、半導体基板垂直方向から電荷転送方向下流側に所定角度で傾斜した斜め方向からｐ型不純物をイオン注入すると、レジストの開口縁部では、ｐ型不純物がレジストで吸収されて基板に殆ど到達しない部分から、レジストの端部を突き抜けて基板に衝突する部分、ｐ型不純物がレジストの開口から直接基板へ衝突する部分までの範囲で、ｐ型不純物の打ち込み深さが変化する。その結果、不純物添加領域の境界が、半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜して、出力ゲート領域内のポテンシャル分布が、電荷の転送方向に向かう傾斜を持つ。そして、上記ｐ型半導体層の浅い領域にｎ型半導体層を形成する。これにより、電位勾配によるドリフトによって信号電荷が円滑に転送される構成にできる。
【００２０】
（５）  入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から転送される信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部と、を半導体基板に形成した固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板内にｐ型半導体層を形成するステップと、前記水平電荷転送部の前記出力部側の端部に配置される出力ゲート領域の少なくとも一部に開口を有し、該出力ゲート領域内に前記開口の縁部を有するレジストパターンを形成するステップと、前記レジストをマスクとして、前記半導体基板垂直方向から電荷転送方向上流側に所定角度で傾斜した斜め方向からｐ型不純物をイオン注入して不純物添加領域を形成するステップと、前記ｐ型半導体層の浅い領域に電荷転送用のｎ型半導体層を形成するステップと、を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【００２１】
この固体撮像素子の製造方法によれば、ｐ型半導体層を形成し、出力ゲート領域の少なくとも一部が開口し、この出力ゲート領域内に開口の縁部を有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、固体撮像素子の光電変換素子等の他の部位を形成するために用いるレジストを利用したものである。このレジストをマスクとして、半導体基板垂直方向から電荷転送方向上流側に所定角度で傾斜した斜め方向からｐ型不純物をイオン注入すると、レジストの開口縁部では、ｐ型不純物がレジストで吸収されて基板に殆ど到達しない部分から、レジストの端部を突き抜けて基板に衝突する部分、ｐ型不純物がレジストの開口から直接基板へ衝突する部分までの範囲で、ｐ型不純物の打ち込み深さが変化する。その結果、不純物添加領域の境界が、半導体基板の深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜して、出力ゲート領域内のポテンシャル分布が、電荷の転送方向に向かう傾斜を持つ。そして、上記ｐ型半導体層の浅い領域にｎ型半導体層を形成する。これにより、電位勾配によるドリフトによって信号電荷が円滑に転送される構成にできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、素子形成のためのプロセスを追加して煩雑化させることなく、出力ゲートの転送電荷容量を確保しつつ電荷の転送効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る固体撮像素子の平面模式図、図２は図１に示す固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成図で、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面模式図である。
図１に示す固体撮像素子１００は、例えばＣＣＤイメージセンサであって、撮像光学系が結像した光学像を電気信号に変換する光学素子である。この固体撮像素子１００は、後述する光電変換素子、垂直電荷転送部２５、水平電荷転送部３１、出力部３７とを含んで構成される。
【００２４】
固体撮像素子１００には、ｎ型のシリコン基板２１の表面部に光電変換素子であるフォトダイオード２３が多数形成され、受光により各フォトダイオード２３で発生した信号電荷を列方向（図１中のＹ方向）に転送するための垂直電荷転送部２５が、列方向に配設された複数のフォトダイオード２３からなる複数のフォトダイオード列の間に形成される。
【００２５】
垂直電荷転送部２５は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板２１表面部に形成された複数本の垂直転送チャネル２７と、垂直転送チャネル２７の上層に形成された電荷転送電極（図示略）と、フォトダイオード２３で発生した電荷を垂直転送チャネル２７に読み出すための電荷読み出し領域２９とを含む。
【００２６】
複数の垂直電荷転送部２５が接続される水平電荷転送部３１は、前述の図８に示す水平電荷転送部１と同様に、水平転送レジスタ部３３と出力ゲート３５とを含んで構成され、垂直電荷転送部２５から送られてくる信号電荷を、水平方向（図中のＸ方向）に出力ゲート３５に向けて高速に転送する。そして、電荷−電圧変換された後、水平電荷転送部３１の電荷転送方向下流側端部に設けられた出力部３７の出力アンプ３９により電圧信号が増幅されて、これが出力信号として出力される。
【００２７】
次に、本実施形態に係る固体撮像素子１００の水平電荷転送部３１及び出力部３７の構成について図２を用いて詳細に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示す第１の実施形態による固体撮像装置の水平電荷転送部３１及び出力部３７の構成は、図８に示したそれらに比べて、不純物添加領域Ｓを設けて電荷転送効率を向上させている点が異なるだけであり、他の構成は図８と同様である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、水平転送チャネル４１は、水平転送レジスタ部３３の最終段の転送段４３及び出力ゲート３５において、出力部３７に向かって幅（Ｙ方向の長さ）が徐々に狭くなる構造を有する。これは、フローティングディフージョン（ＦＤ）領域４５の出力電圧が、ＦＤ領域４５の静電容量に反比例するので、大きな出力電圧が得られるように、ＦＤ領域４５の静電容量、即ち、平面視における面積を小さく設定しているためである。また、図示例では双方を略等しい長さで表しているが、実際には出力ゲート３５に設けられる出力ゲート電極４７は、転送段４３，４３，…の電荷蓄積電極４８ａ、電荷転送電極４８ｂよりも一般にＸ方向の幅を広く設定される。これによって電荷の転送量を稼ぐことができる。
【００２９】
また、図２（ｂ）に示すように、水平転送チャネル４１が例えばｎ型半導体で形成されているとき、不純物添加領域Ｓは、水平転送チャネル４１にｐ型不純物を添加することによって形成する。このため不純物添加領域Ｓは、ｎ型半導体層である水平転送チャネル４１と、その下方のｐウェル層５１との双方において、ｐ型不純物濃度が増加した状態となる。そして、不純物添加領域Ｓの端部における境界は、出力ゲート３５の領域内で適切な位置に設定される。従って、出力ゲート３５の領域内における電荷転送方向上流側にｐ型不純物の濃度を増加させた不純物添加領域Ｓが形成されている。
【００３０】
そして、ＦＤ領域４５に転送された信号電荷は、電荷−電圧変換後、リセットゲート部５３を経て、リセットドレイン領域５５に放出される。放出の際には、リセットゲート電極５７によりリセットゲート部５３に一定の電圧φＲＧが印加される。
【００３１】
次に、図３を用いて上記構成の水平転送チャネル４１による電荷転送の様子を説明する。図３は水平転送チャネルの電荷転送動作の説明図であって、（ａ）は水平転送チャネルの要部拡大断面図、（ｂ）は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、（ｃ）は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をＦＤ領域４５に転送する様子を示すグラフである。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、不純物添加領域Ｓが出力ゲート３５（出力ゲート電極４７）の領域で電荷転送方向上流側に形成されることで、図３（ｂ）に示すように、その不純物添加領域ＳのポテンシャルはΔｐ1だけ低くなる（グラフの波形は高くなる）。すると、出力ゲート３５の位置のポテンシャル分布は、出力ゲート３５の全幅Ｌのうち、不純物添加領域Ｓに含まれる幅Ｌａに対してはポテンシャルが低くなり、常に電荷転送方向下流側のポテンシャルが深くなるポテンシャル段差が形成される。
【００３３】
その結果、図３（ｃ）に示すように、出力ゲート電極４７に所定の電圧ＶＯＧを印加して、第１電荷蓄積電極４８ａの位置に蓄積された電荷ＱをＦＤ領域４５に転送する際に、電荷Ｑは円滑にＦＤ領域４５に流れ、これにより、信号電荷の転送残しを無くし、転送時間を短縮して、転送効率を向上させることができる。
【００３４】
次に、上述の水平電荷転送部３１及び出力部３７の一製造工程例を以下に説明する。
図４は本発明に係る固体撮像素子の水平電荷転送部と出力部の製造プロセスの説明図である。
以下、図４に基づいて製造プロセスを順次説明する。
まず、図４（ａ）に示すシリコン基板２１の表面に、図４（ｂ）に示すようにＳｉＯ2の酸化膜６１を形成する。この酸化膜６１の膜厚は例えば２０ｎｍ程度に形成される。
【００３５】
次いで、ｐ型不純物、例えばボロンＢをイオン注入して、酸化膜６１の下部にｐウェル層５１を形成する（図４（ｃ））。そして、レジスト６３を出力ゲート電極の幅方向（Ｘ方向）の相当する位置を端部境界として、酸化膜６１上にパターニングする（図４（ｄ））。
【００３６】
さらに、このレジスト６３をマスクとしてｐ型不純物、例えばボロンＢを（加速エネルギ６０〜１００ｋｅＶ（好ましくは８０ｋｅＶ）、ドーズ量１×１０１１〜１×１０１５ｃｍ−２（好ましくは１．６×１０1２ｃｍ−２）でイオン注入し、酸化膜６１下方のｐウェル層５１に、ｐ型不純物を高濃度に添加した不純物添加領域Ｓを形成する（図４（ｅ））。
【００３７】
次に、パターニングされたレジスト６３を除去し（図４（ｆ））、再びレジスト（図示せず）をパターニングして、このレジストをマスクとしてｎ型不純物、例えばリンＰ又は砒素Ａｓをイオン注入する（例えば、リンＰの場合は加速エネルギ８０〜１２０ｋｅＶ、ドーズ量１．０×１０１２〜３．０×１０１２ｃｍ−２、砒素Ａｓの場合は加速エネルギ８０〜１２０ｋｅＶ、ドーズ量１．０×１０１２〜３．０×１０１２ｃｍ−２）。これにより、水平転送チャネル４１となるｎ型半導体層が形成される（図４（ｇ））。その後、酸化膜６１を除去し（図４（ｈ））、ＳｉＯ2、ＳｉＮ，ＳｉＯ2を積層したＯＮＯ膜６５を形成する（図４（ｉ））。
【００３８】
ここで、上記のレジスト６３は、従来より用いられているレジストと同様のものであるが、そのパターンを、出力ゲート３５の付近で異なせている。即ち、従来は不純物添加領域Ｓを出力ゲート３５の上流端まで形成していたが、本実施形態の不純物添加領域Ｓの境界を出力ゲート３５の下まで延設している。また、不純物添加領域Ｓを画成するイオン注入は、他の部位のためのイオン注入や閾値電圧調整用のイオン注入のプロセスを利用する。従って、本発明では、このレジスト６３を用いて不純物添加領域Ｓを形成することにより、通常のプロセスに加えてレジスト塗布、パターニング、イオン注入といった処理を改めて行う必要はない。
【００３９】
次に、このＯＮＯ膜６５上に、電荷蓄積電極４８ａをパターニングして形成した後（図４（ｊ））、さらにレジスト６７を、電荷蓄積電極４８ａ同士間が開口する状態にパターニングし（図４（ｋ））、このレジスト６７及び電荷蓄積電極４８ａをマスクとして、ｐ型不純物、例えばボロンＢをイオン注入する（図３（ｌ））。これにより、電荷蓄積電極４８ａ同士間の水平転送チャネル４１には、埋め込み型のｎ-領域６９が形成される。
【００４０】
続いて、このｎ-領域６９の上方に電荷転送電極４８ｂを形成するとともに、最終段の電荷蓄積電極４８ａの出力部３７側となる側に出力ゲート電極４７を形成する。また、このときに、リセットゲート電極５７をリセットゲート部５３に相当する位置に形成する（図４（ｎ））。
【００４１】
次に、電荷蓄積電極４８ａ、電荷転送電極４８ｂ、出力ゲート電極４７、リセットゲート電極５７の上にレジスト７１をパターニングして形成する（図４（ｏ）。この状態でｎ型不純物、例えばリンＰ又は砒素Ａｓをレジスト７１をマスクとしてイオン注入し（例えば加速エネルギ８０〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量５．０×１０１４〜３．０×１０１５ｃｍ−２）、ｎ＋層を形成する（図４（ｐ））。このｎ＋層が、それぞれＦＤ領域４５とリセットドレイン領域５５となる。最後に、レジスト７１を除去すれば水平電荷転送部３１及び出力部３７が作製される（図４（ｑ））。
【００４２】
以上説明した本発明に係る固体撮像素子１００によれば、通常の素子形成のプロセスに追加することなく、不純物添加領域Ｓを形成し、電荷転送効率を向上させている。即ち、従来のプロセスで用いていたレジストに窓を設け、この窓からｐ型不純物を水平転送レジスタ部３３にイオン注入することで不純物添加領域Ｓを形成し、これにより、出力ゲート電極４７下方の水平転送チャネル４１の幅方向途中からの電位ポテンシャルを変更する。つまり、出力ゲート電極４７の位置のポテンシャル分布を、常に不純物添加領域Ｓを低く、それ以外の領域を高くしたポテンシャルの段差を形成する。このポテンシャル段差が信号電荷の転送を促すように機能する。
【００４３】
このように、出力ゲート３５下方のポテンシャル分布で、電位の平坦な部分が減少し、電荷転送時における全体的な電位勾配が細かくなった結果、信号電荷は高速で転送され、転送残りも生じにくくなる。
【００４４】
次に、本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態を説明する。
本実施形態においては、前述の図４に示すプロセスに従って不純物添加領域Ｓを形成する際に、ｐ型不純物、例えばボロンＢをシリコン基板面に対して斜めに注入している。そして、パターニングされたレジストの縁部を利用して、不純物添加領域Ｓの境界部分にレジストの突き抜け具合に応じたポテンシャル勾配を設けている。
【００４５】
図５は不純物添加領域Ｓを形成する際のイオン注入の様子を示す説明図で、図４（ｅ）に対応した断面図である。第１実施形態のイオン注入とは、ｐ型不純物を斜めに注入する点で異なっている。
本実施形態においては、ボロンＢ等のｐ型不純物をイオン注入する際に、シリコン基板２１の基板垂直方向ＬＮから所定の角度φ1で電荷転送方向下流側に傾斜した斜め方向から注入する。すると、レジスト６３の縁部付近では、ｐ型不純物の一部がパターニングされたレジスト６３の縁部を突き抜けてｐウェル層５１内に到達する。その結果、ｐ型不純物の注入された不純物添加領域Ｓが深さ方向に傾斜した分布を呈する。つまり、レジスト６３の縁部近傍では、縁部から離れるに従ってｐ型不純物の濃度が増加し、不純物添加領域Ｓの深さが増加する。そして、ｐ型不純物がレジスト６３の縁部をかすめてｐウェル層５１に到達する領域からは不純物添加領域Ｓの深さは一定となる。
【００４６】
図６は図５に示す深さ方向に傾斜した不純物添加領域Ｓを有する場合のポテンシャル分布と、電荷転送の様子を示す説明図であり、（ａ）は水平転送チャネルの要部拡大断面図、（ｂ）は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、（ｃ）は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をＦＤ領域４５に転送する様子を示すグラフである。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、不純物添加領域Ｓが出力ゲート３５領域で深さ方向への傾斜を有して形成されることで、図６（ｂ）に示すように、その不純物添加領域Ｓのポテンシャルは最大でΔｐ2低くなる。すると、出力ゲート３５の位置におけるポテンシャル分布は、出力ゲート３５の全幅Ｌのうち、不純物添加領域Ｓとの境界付近で連続的にポテンシャルが変化して、常に電荷転送方向下流側のポテンシャルが滑らかに深く変化する段差が形成される。
【００４８】
これにより、図６（ｃ）に示すように、出力ゲート電極４７に所定の電圧ＶＯＧを印加して、電荷蓄積電極４８ａの位置に蓄積された電荷ＱをＦＤ領域４５に転送する際に、電荷Ｑは円滑にＦＤ領域４５に流れ、これにより、信号電荷の転送残しを無くし、転送時間を短縮して、転送効率を向上させることができる。また、出力ゲート３５位置のポテンシャル分布を滑らかに変化させることで、矩形状のポテンシャル分布とした場合と比較して、ナローチャネル効果によるポテンシャル分布形状の崩れにより、蓄積電荷が漏れて電荷が減少することを防止できる。これにより、本願発明では、電荷転送効率を向上することと、必要十分な電荷転送容量を維持することとの両立が可能となる。
【００４９】
ここで、イオン注入のプロセスに対する変形例について、図７を用いて説明する。図７は不純物添加領域Ｓを形成する際の、他のイオン注入の様子を示す説明図で、図４（ｅ）に対応した断面図である。
この場合のイオン注入の方向は、前述の基板垂直方向ＬＮからの傾きφ1から逆方向のφ2にしている。即ち、電荷転送方向上流側に傾斜して注入方向が設定されている。そして、レジスト６３の端部を、所望の位置に不純物添加領域Ｓが形成されるようにパターニングすることで、図５に示す場合と同様に、深さ方向に対して電荷転送方向上流側に向けて傾斜した不純物添加領域Ｓが形成される。
この場合には、不純物添加領域Ｓの深さ方向の傾斜開始位置がレジスト６３の端部位置にほとんど一致するため、位置合わせ精度を一層向上させることができる。
【００５０】
以上説明した各実施形態の固体撮像素子によれば、水平転送チャネルに不純物添加領域Ｓを形成するとともに、電荷転送の効率が最も低くなり得る出力ゲート３５領域内に不純物添加領域Ｓの境界を位置させて形成することで、出力ゲート３５内にポテンシャル分布の段差を設ける。この段差によって転送不良の発生を防止して電荷転送の高速駆動化が図られる。
【００５１】
なお、上記の斜め方向のイオン注入は、出力ゲート３５や水平転送レジスタ部３３の部位に限らず、垂直転送チャネル２７等の他の部位にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の平面模式図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成図で、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面模式図である。
【図３】水平転送チャネルの電荷転送動作の説明図であって、（ａ）は水平転送チャネルの要部拡大断面図、（ｂ）は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、（ｃ）は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をＦＤ領域４５に転送する様子を示すグラフである。
【図４】本発明に係る固体撮像素子の水平電荷転送部と出力部の製造プロセスの説明図である。
【図５】不純物添加領域を形成する際のイオン注入の様子を示す説明図で、図４（ｅ）に対応した断面図である。
【図６】図５に示す深さ方向に傾斜した不純物添加領域Ｓを有する場合のポテンシャル分布と、電荷転送の様子を示す説明図であり、（ａ）は水平転送チャネルの要部拡大断面図、（ｂ）は水平転送チャネルの電荷転送方向に沿ったポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に電荷が蓄積された状態を示すグラフ、（ｃ）は同じくポテンシャル分布図で電荷蓄積電極に蓄積した電荷をＦＤ領域４５に転送する様子を示すグラフである。
【図７】不純物添加領域Ｓを形成する際の他のイオン注入の様子を示す説明図で、図４（ｅ）に対応した断面図である。
【図８】従来の固体撮像素子の水平転送部及び出力部の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２１  シリコン基板
２３  フォトダイオード
２５  垂直電荷転送部
２７  垂直転送チャネル
２９  電荷読み出し領域
３１  水平電荷転送部
３３  水平転送レジスタ部
３５  出力ゲート
３７  出力部
３９  出力アンプ
４１  水平転送チャネル
４３  転送段
４５  フローティングディヒュージョン領域
４７  出力ゲート電極
４８ａ  電荷蓄積電極
４８ｂ  電荷転送電極
５１  ｐウェル層
５３  リセットゲート部
５５  リセットドレイン領域
５７  リセットゲート電極
６１  ＳｉＯ２酸化膜
６３  レジスト
６５  ＯＮＯ膜
６７  レジスト
６９  ｎ−領域
７１  レジスト
１００  固体撮像素子
Ｓ  不純物添加領域
【図１】
2006294799.tif 000003
【図２】
2006294799.tif 000004
【図３】
2006294799.tif 000005
【図４】
2006294799.tif 000006
【図５】
2006294799.tif 000007
【図６】
2006294799.tif 000008
【図７】
2006294799.tif 000009
【図８】
2006294799.tif 000010