(57)【要約】【課題】光電変換により生じた電荷の転送効率の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、基板の上に、下側から上側に向かって不純物濃度が低くなるように、エピタキシャル成長法により設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の上に設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように設けられた第２導電型の第３半導体領域と、を備え、前記第２半導体領域は、その不純物濃度分布がイオン注入法により調整されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、下側から上側に向かって不純物濃度が低くなるように、エピタキシャル成長法により設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように設けられた第２導電型の第３半導体領域と、を備え、
前記第２半導体領域は、その不純物濃度分布がイオン注入法により調整された、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２半導体領域は、前記第３半導体領域に隣接する領域である第１領域と、前記第１領域の下に設けられた第２領域と、を含み、
前記第１領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第２領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１半導体領域の上に、前記第１半導体領域に接しつつ前記第２半導体領域と隣接するように設けられた前記第２導電型の第４半導体領域を更に備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第４半導体領域はエピタキシャル成長法により設けられた、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第４半導体領域と同時に設けられた領域に対して、前記イオン注入法による前記不純物濃度分布の調整が行われることにより、前記第２半導体領域が形成された、
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
各々が前記光電変換部を含む複数の画素と、該複数の画素との間で信号の授受を行うユニットと、を備えており、
前記ユニットは、前記第４半導体領域に設けられている、
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記ユニットは、ＭＯＳトランジスタを有しており、
前記第４半導体領域には、前記第１導電型のウェルが設けられ、
前記ＭＯＳトランジスタの前記第２導電型のソース領域及び前記第２導電型のドレイン領域は前記ウェルに設けられ、
前記ウェルと前記第４半導体領域との間には、前記第４半導体領域よりも不純物濃度が高い前記第２導電型の第５半導体領域が設けられている、
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１半導体領域の厚さは、５μｍ以上かつ５００μｍ以下の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２半導体領域の厚さは、１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記基板と前記第１半導体領域との間に設けられた前記第１導電型の第６半導体領域をさらに備え、前記第６半導体領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第１半導体領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた近赤外光の画像と可視光の画像とを重ね合わせて出力する表示部と、を備える、
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項１２】
基板の上に、エピタキシャル成長法により、第１導電型の第１半導体領域を、前記第１導電型の不純物濃度が下側から上側に向かって低くなるように形成する工程と、
前記第１半導体領域の上部、あるいは、前記第１半導体領域の上に形成された領域にイオン注入を行って、前記第１導電型の第２半導体領域を形成する工程と、
前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように、前記第２導電型の第３半導体領域を形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１半導体領域の上に、エピタキシャル成長法により、第２導電型の第４半導体領域を形成する工程をさらに有し、
前記イオン注入は、前記第４半導体領域の一部に対して行われる
ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２半導体領域は、前記光電変換部に隣接する領域である第１領域と、前記第１領域の下の第２領域と、を含んでおり、
前記第２半導体領域を形成する工程では、前記第１領域の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度より高くなるように前記第２半導体領域を形成する、
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１領域を形成するためのイオン注入と、前記第２領域を形成するためのイオン注入とが互いに異なる条件でなされる
ことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１半導体領域を形成する工程では、前記第１半導体領域の厚さが５μｍ以上かつ５００μｍ以下の範囲内になるように前記第１半導体領域を形成する、
ことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第２半導体領域を形成する工程では、前記第２半導体領域の厚さが１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲内になるように前記第２半導体領域を形成する、
ことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１半導体領域を形成する工程の前に、前記基板に対して前記第１導電型の不純物を注入して前記第１導電型の第６半導体領域を形成する工程をさらに有し、
前記第６半導体領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第１半導体領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、その製造方法及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、基板に形成された光電変換部（ＰＮ接合ダイオード）を備え、該光電変換部に入射した光により生じた電荷を読み出す。特許文献１には、基板上に設けられたＰ型エピタキシャル層と、該Ｐ型エピタキシャル層の上に設けられたＮ型エピタキシャル層とで構成された光電変換部が開示されている。Ｐ型エピタキシャル層は、下側から上側に向かってＰ型の不純物濃度が低くなるように形成され、Ｎ型エピタキシャル層は、下側から上側に向かってＮ型の不純物濃度が高くなるように形成されている。特許文献１の構造によると、例えば、光電変換により生じた電荷の水平方向への移動が抑制され、画素間のクロストークが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０３４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電変換により生じた電荷は、光電変換部の不純物濃度分布（即ち、ポテンシャル分布）の影響を受けて移動しうる。上述のＮ型ないしＰ型の各エピタキシャル層は、エピタキシャル成長用チャンバ内のドーパント濃度を調整しながらエピタキシャル成長を行うことにより形成され、不純物濃度分布を正確に制御することが容易ではない。そのため、エピタキシャル成長法によって形成された光電変換部によると、光電変換により生じた電荷を読み出すための電荷転送効率を向上させることが難しい。
【０００５】
本発明の目的は、光電変換により生じた電荷の転送効率の向上に有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面は固体撮像装置にかかり、前記固体撮像装置は、基板の上に、下側から上側に向かって不純物濃度が低くなるように、エピタキシャル成長法により設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の上に設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように設けられた第２導電型の第３半導体領域と、を備え、前記第２半導体領域は、その不純物濃度分布がイオン注入法により調整されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光電変換により生じた電荷の転送効率の向上に有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】固体撮像装置の構成例を説明する図。
【図２】固体撮像装置における各層の不純物濃度分布を説明する図。
【図３】固体撮像装置におけるＰ型ウェルの不純物濃度分布を説明する図。
【図４】半導体基板に対する光の吸収率を説明する図。
【図５】固体撮像装置の製造方法の例を説明する図。
【図６】固体撮像装置の構成例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１〜５を参照しながら第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態の固体撮像装置１００の構造を説明する模式図である。固体撮像装置１００は、画素が配列された画素領域Ｒ１と、各画素との間で信号の授受を行うためのユニットが配された周辺領域Ｒ２とを有する。ここでは説明の容易化のため、画素領域Ｒ１に１画素を示している。周辺領域Ｒ２のユニットは、例えば、各画素を駆動するための駆動部、各画素から読み出された信号を処理するための信号処理部、各画素から読み出された信号を出力するための出力部のうちの１つまたは複数を含む。
【００１０】
固体撮像装置１００は、Ｐ型（第１導電型）の基板１と、基板１の上部に設けられたＰ型半導体領域２と、Ｐ型半導体領域２の上に設けられたＰ型半導体領域３と、Ｐ型半導体領域３の上に設けられたＮ型（第２導電型）半導体領域４とを備えている。Ｐ型半導体領域２は、基板１に対してＰ型の不純物を注入することにより形成された高濃度不純物領域である。Ｐ型半導体領域３は、エピタキシャル成長法によって基板１の上方（Ｐ型半導体領域２の上）に形成された第１のエピタキシャル層である。Ｐ型半導体領域３は、下側から上側に向かって、Ｐ型の不純物濃度が低くなるように形成されている。Ｎ型半導体領域４は、エピタキシャル成長法によってＰ型半導体領域３の上に形成された第２のエピタキシャル層である。Ｎ型半導体領域４は、Ｐ型半導体領域３に接しつつ、後述のＰ型半導体領域５と隣接するように設けられる。
【００１１】
固体撮像装置１００は、画素領域Ｒ１において、Ｎ型半導体領域４に隣接するＰ型半導体領域５をさらに備えている。Ｐ型半導体領域５は、Ｐ型半導体領域３の上に形成された領域（Ｎ型半導体領域４と同時に形成された領域）にイオン注入法により形成されたＰ型ウェルである。又は、Ｐ型半導体領域５は、Ｐ型半導体領域３の上部に設けられてもよい。画素を構成する各素子はＰ型半導体領域５に形成される。ここでは、Ｎ型半導体領域６と、Ｐ型半導体領域７と、Ｎ型半導体領域８と、ゲート電極１４とが例示されている。ゲート電極１４は、Ｐ型半導体領域５の上に絶縁膜（不図示）を介して形成される。なお、各素子は素子分離部１３により分離されている。その他、画素を構成する各トランジスタのソース領域およびドレイン領域（共に不図示）が、Ｐ型半導体領域５に形成される。
【００１２】
Ｎ型半導体領域６は、Ｐ型半導体領域５との間でＰＮ接合を形成している。これにより、Ｐ型半導体領域５とＮ型半導体領域６とはフォトダイオードを形成している。また、Ｐ型半導体領域７は、フォトダイオードの電荷蓄積領域であるＮ型半導体領域６が、半導体−絶縁膜の界面から隔離されるように形成され、これによって暗電流成分が低減される。このような構造により光電変換部が形成されており、該光電変換部に入射した光量に応じた量の電荷が生じる。
【００１３】
Ｎ型半導体領域８はフローティングディフュージョン領域とも称され、その電位は、光電変換部で生じた電荷を読み出す前に、例えばリセットトランジスタ（不図示）により初期化される。光電変換部で生じた電荷は、ゲート電極１４に所定の電圧が印加されることによりＰ型半導体領域５の表面付近に形成されたＮ型チャネルを介して、Ｎ型半導体領域８に転送される。そして、Ｎ型半導体領域８の電位の変動量に応じた信号が画素信号として読み出される。
【００１４】
周辺領域Ｒ２には、前述のユニットを構成する１以上のＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタが形成されている。これらのトランジスタは、Ｎ型半導体領域４に形成されるか、あるいは、Ｎ型半導体領域４に形成されたウェルに形成される。この構成により、周辺領域Ｒ２で生じたノイズ成分が画素領域Ｒ１のＰ型半導体領域５に混入することによるノイズが低減される。
【００１５】
ＰＭＯＳトランジスタは、Ｎ型半導体領域４の上部に設けられたＮ型半導体領域９と、その上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極１４と、Ｎ型半導体領域９に設けられた２つのＰ型半導体領域１１と、で形成される。Ｎ型半導体領域９はイオン注入法により形成されたＮ型ウェルであり、２つのＰ型半導体領域１１は該ＰＭＯＳトランジスタのＰ型ソース領域及びＰ型ドレイン領域である。
【００１６】
また、ＮＭＯＳトランジスタは、Ｎ型半導体領域４の上部に設けられたＰ型半導体領域１０と、その上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極１４と、Ｐ型半導体領域１０に設けられた２つのＮ型半導体領域１２と、で形成される。Ｐ型半導体領域１０はイオン注入法により形成されたＰ型ウェルであり、２つのＮ型半導体領域１２は該ＮＭＯＳトランジスタのＮ型ソース領域及びＮ型ドレイン領域である。
【００１７】
なお、ここでは、上述の図１の構造を用いるが、本発明はこの構造に限られるものではなく、例えば各半導体領域の極性（Ｐ型／Ｎ型）を逆にした構造でもよい。また、Ｐ型半導体領域２が省略され、基板１とＰ型半導体領域３とが互いに接するように配されてもよい。また、Ｎ型半導体領域４の導電型は必ずしもＮ型にしなくてもよく、図１の構造において、Ｎ型半導体領域４の導電型だけをＰ型やイントリンジック型に変更してもよい。
【００１８】
図２は、図１におけるカットラインＡ−Ａ’上の半導体領域１〜７の不純物濃度分布を説明する図である。
【００１９】
Ｐ型半導体領域２は、前述のとおり、Ｐ型の基板１に対してＰ型の不純物を注入することにより形成された高濃度不純物領域である。イオン注入法によるとエピキタシャル成長法よりも容易に高い不純物濃度分布を形成することが可能であり、Ｐ型半導体領域２に例示される埋め込み型の高濃度不純物領域を形成することができる。Ｐ型の高濃度不純物領域は、電荷（ここでは電子）にとって高いポテンシャル障壁を形成するため、Ｐ型半導体領域２は、光電変換部で生じた電荷が基板１側にリークすることを防止する。
【００２０】
Ｐ型半導体領域３は、前述のとおり、エピタキシャル成長法によってＰ型半導体領域２の上に形成されたエピタキシャル層である。Ｐ型半導体領域３は、下側（基板１ないしＰ型半導体領域２の側）から上側に向かって不純物濃度が低くなるように形成される。このことは、エピタキシャル成長用チャンバ内に基板を設置した後、該チャンバ内のドーパント濃度を調整しつつエピタキシャル成長を行えばよい。この不純物濃度分布によると、上記下側から上側に向かってポテンシャル障壁が低くなる。そのため、基板の深い位置で生じた電荷が、半導体領域の表面（上側）に向かって効率的に集められる。また、エピタキシャル成長法によると格子欠陥密度の低い半導体領域を形成することができる。
【００２１】
半導体領域５〜７のそれぞれは、Ｐ型半導体領域３の上に設けられたＮ型半導体領域４（エピタキシャル層）の一部にイオン注入法により形成された、Ｐ型ウェル、Ｎ型高濃度不純物領域、及びＰ型高濃度不純物領域である。なお、Ｎ型半導体領域４（エピタキシャル層）が形成されず、半導体領域５〜７のそれぞれがＰ型半導体領域３の上部に形成されてもよい。
【００２２】
図３は、図２の不純物濃度分布のうち半導体領域５〜７の部分を詳細に説明する図である。図中において、実線は、Ｐ型不純物の不純物濃度分布、つまり、アクセプタの濃度分布を示しており、破線は、Ｎ型不純物の不純物濃度分布、つまり、ドナーの濃度分布を示している。よって、実線が破線よりも大きい領域はＰ型を形成しており（半導体領域５及び７）、破線が実線よりも大きい領域はＮ型を形成している（半導体領域６）。
【００２３】
Ｐ型半導体領域５は、上側（Ｎ型半導体領域６の側）から順に領域３０１〜３０３を含む。領域３０２の不純物濃度のピークは、領域３０３の不純物濃度のピークよりも低くなっている。この不純物濃度分布により、Ｐ型半導体領域３からの電荷が半導体領域の表面（上側）に向かって効率的に集められる。イオン注入法によるＰ型半導体領域５の形成は、Ｐ型半導体領域３とＰ型半導体領域５との境界領域にポテンシャル障壁が生じないようにイオン注入条件を設定して為されるとよい。なお、イオン注入は、複数回にわたってそれぞれ異なる注入条件で為されてもよい。
【００２４】
また、Ｐ型半導体領域５の領域３０１の不純物濃度のピークは領域３０２の不純物濃度のピークよりも高くなっている。領域３０１は、フォトダイオードの電荷蓄積領域であるＮ型半導体領域６に接するように形成されている。領域３０２は、領域３０１の下に設けられる。この構造によると、領域３０１とＮ型半導体領域６とで形成されるＰＮ接合における空乏層の幅が狭くなり、また、電荷蓄積領域であるＮ型半導体領域６が略完全に空乏化するための空乏化電圧が小さくなる。
【００２５】
ここで、領域３０１の不純物濃度が低い構造では、Ｐ型半導体領域５とＮ型半導体領域６とで形成されるＰＮ接合における空乏層の幅が広くなってしまい、また、上述の空乏化電圧が高くなってしまう。また、領域３０１の不純物濃度のピーク位置が深い（Ｐ型半導体領域３の側）と、光電変換により生じた電荷をＮ型半導体領域６に集めるのに際してポテンシャル障壁となってしまう。また、領域３０２と領域３０３との不純物濃度の大小関係が逆になっても、ポテンシャル障壁となってしまう。これらは、Ｎ型半導体領域８への電荷転送効率の低下をもたらしうる。
【００２６】
そこで、本実施形態では、Ｐ型半導体領域５の各領域３０１〜３０３を、図３に例示されるような不純物濃度分布が形成されるようにイオン注入法で形成する。具体的には、光電変換により生じた電荷をＰ型半導体領域３からＮ型半導体領域６に効率的に集めつつ上述の空乏化電圧を小さくする不純物濃度分布を形成している。この構造により、光電変換により生じた電荷は、電荷蓄積領域であるＮ型半導体領域６に適切に蓄積される。その結果、Ｎ型半導体領域８への電荷転送効率が向上される。
【００２７】
ここでは図３に例示された不純物濃度分布を有する半導体領域５〜７をイオン注入法で形成した構造を例示したが、本発明はこの構造に限られるものではない。例えば、固体撮像装置の仕様等に応じて、他の不純物濃度分布を有する半導体領域をイオン注入法で形成してもよい。
【００２８】
Ｎ型半導体領域４の厚さは、不純物濃度分布をイオン注入によって高精度で制御することが可能な厚さであればよく、例えば１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲内とすればよい。また、Ｐ型半導体領域３の厚さは、エピタキシャル成長法で形成するのに適切な厚さであればよく、例えば５μｍ以上かつ５００μｍ以下の範囲内とすればよい。
【００２９】
図４は、シリコンで構成された基板における光の吸収率を示しており、縦軸は光の吸収率を示し、横軸は該基板の厚さを示し、光の波長λをパラメータとして示している。図４によると、例えば、波長λ＝８００ｎｍの光は、厚さ５０μｍの基板によってほぼ１００％吸収される。よって、Ｐ型半導体領域３の厚さを５０μｍ程度とすると、例えば赤色光や赤外光により生じた電荷が半導体領域の表面（上側）に向かって効率的に集められ、例えば、深さ３〜５μｍ程度の光電変換部を用いた構造と比較すると、感度が３〜４倍向上する。
【００３０】
図５は、固体撮像装置１００の製造方法を工程ごとに示す模式図である。まず、図５（ａ）に例示されるように、Ｐ型の基板１に、Ｐ型の不純物（例えばホウ素）をイオン注入法により注入し、Ｐ型半導体領域２を形成する。Ｐ型半導体領域２は、不純物濃度が例えば１×１０１７〜１×１０１８［ｃｍ−３］程度になるように形成されればよい。なお、この工程は実施されなくてもよい。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に例示されるように、Ｐ型半導体領域２の上にＰ型半導体領域３を、例えば気相エピタキシャル成長法で形成する。この方法によると、格子欠陥の少ない結晶構造が得られ、ノイズ成分が低減され、固体撮像装置１００の高精度化に有利である。Ｐ型半導体領域３は、下側Ａ（基板１ないしＰ型半導体領域２の側）から上側Ｂに向かって不純物濃度が低くなるように形成され、例えば１×１０１５〜１×１０１８［ｃｍ−３］の範囲内の不純物濃度分布にする。なお、不純物濃度分布は、電荷（ここでは電子）にとってのポテンシャル障壁が生じないように形成されればよく、略一次曲線の勾配でもよいし、階段状に変化させてもよい。本実施形態では、不純物濃度が、下側Ａから上側Ｂに向かって２×１０１７、９×１０１６、４×１０１６、２×１０１６、１×１０１６［ｃｍ−３］と変化するような分布を形成した。
【００３２】
次に、図５（ｃ）に例示されるように、Ｐ型半導体領域３の上に、Ｎ型半導体領域４を、例えば気相エピタキシャル成長法で形成する。Ｎ型半導体領域４は、例えばリンやヒ素のようなＮ型不純物を用いて、不純物濃度が１×１０１４〜１×１０１５［ｃｍ−３］程度になるように形成される。ここでは、Ｎ型不純物としてリンを用いて、不純物濃度を５×１０１４［ｃｍ−３］とした。
【００３３】
次に、図５（ｄ）では、Ｎ型半導体領域４に酸化膜（不図示）を形成し、さらに素子分離領域１３を形成する。その後、画素領域Ｒ１に開口を有するフォトレジスト５１ｄを形成し、イオン注入法によりＰ型不純物を注入してＰ型半導体領域５（Ｐ型ウェル）を形成する。前述のとおり、Ｐ型半導体領域５は図３に例示されるような不純物濃度分布を有する。Ｐ型半導体領域５を形成するためのイオン注入は、複数回にわたってそれぞれ異なる注入条件で為され、Ｐ型半導体領域５は、複数段のＰ型領域により形成されてもよい。Ｐ型半導体領域５は、前述のとおり、Ｐ型半導体領域３とＰ型半導体領域５との境界領域にポテンシャル障壁が生じないように形成されるとよい。
【００３４】
次に、図５（ｅ）に例示されるように、周辺領域Ｒ２のうちＮＭＯＳトランジスタが形成されるべき領域に開口を有するフォトレジスト５１ｅを形成し、イオン注入法によりＰ型不純物を注入してＰ型半導体領域１０（Ｐ型ウェル）を形成する。なお、Ｐ型半導体領域５の不純物濃度ピークがＰ型半導体領域１０よりも高くなるようにしてもよく、上述の空乏化電圧を小さくし、フローティングディフュージョンであるＮ型半導体領域８のリセット時の電圧（転送電圧）を下げてもよい。
【００３５】
同様にして、図５（ｆ）に例示されるように、周辺領域Ｒ２のうちＰＭＯＳトランジスタが形成されるべき領域に開口を有するフォトレジスト５１ｆを形成し、イオン注入法によりＮ型不純物を注入してＮ型半導体領域９（Ｎ型ウェル）を形成する。
【００３６】
その後、公知の半導体製造プロセスを用いて各素子を形成すればよい。具体的には、半導体領域５、９及び１０の上に、ゲート絶縁膜を介して各ゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４の形成後、さらに、Ｎ型半導体領域６、８及び１２、並びに、Ｐ型半導体領域７及び１１をそれぞれ形成する。
【００３７】
以上のような手順で、光電変換部や各ＭＯＳトランジスタ等の各素子が形成され、図１に例示した構造が完成する。
【００３８】
以上、本実施形態によると、Ｐ型半導体領域５がイオン注入法によって形成される。イオン注入法によると、エピタキシャル成長法と比べて、Ｐ型半導体領域５の不純物濃度分布を高い精度で調整することが可能である。そのため、Ｐ型半導体領域３からの電荷を半導体領域の表面（上側）に向かって効率的に集めつつ電荷蓄積領域であるＮ型半導体領域６に蓄積することが可能であり、その結果、Ｎ型半導体領域８への電荷転送効率を向上させることができる。
【００３９】
以上、本実施形態によると、電荷転送効率を向上するのに有利である。特に、半導体基板の深い領域で光電変換が生じうる波長の大きい光、例えば赤色光や赤外光によって生じた電荷を効率的に蓄積し、電荷転送を行うのに有利である。
【００４０】
（第２実施形態）
図６を参照しながら第２実施形態を説明する。本実施形態は、Ｐ型半導体領域１０の下にＮ型半導体領域１０１が設けられている点で第１実施形態と異なる。Ｎ型半導体領域１０１は、Ｎ型半導体領域４の不純物濃度よりも高い。第１実施形態（図１）の構造によると、周辺領域Ｒ２において、Ｐ型半導体領域１０とＮ型半導体領域４とＰ型半導体領域３とによるＰＮＰの寄生バイポーラトランジスタが形成されている。一方、本実施形態の構造によると、高不純物濃度領域であるＮ型半導体領域１０１により、該寄生バイポーラトランジスタがオンすることが防止される。よって、本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる他、固体撮像装置１００の動作の安定化にさらに有利である。
【００４１】
以上の２つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的等に応じて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各構成を変更することが可能であり、他の実施形態によっても為されうる。
【００４２】
（撮像システム）
また、以上の実施形態は、カメラ等に代表される撮像システムに含まれる固体撮像装置について述べた。撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像システムは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
【００４３】
以上の実施形態の固体撮像装置は、近赤外光による撮像と可視光による撮像との両方を行う撮像システムに用いられてもよい。この撮像システムは、近赤外光の画像と可視光の画像とを重ね合わせて出力するように構成された表示部を含む。このような構成によれば、通常の可視画像で被写体の視認しつつ、赤外光の情報を得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
３：第１半導体領域、５：第２半導体領域、６：第３半導体領域
【図１】
2018139328.tif 000003
【図２】
2018139328.tif 000004
【図３】
2018139328.tif 000005
【図４】
2018139328.tif 000006
【図５】
2018139328.tif 000007
【図６】
2018139328.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月2日(2018.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように設けられた第２導電型の第３半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた前記第２導電型の第４半導体領域と、
前記第１導電型のウェルに設けられた前記第２導電型のソース領域および前記第２導電型のドレイン領域を有するＭＯＳトランジスタと、を備え、
前記第２半導体領域と前記第４半導体領域とは、深さ方向に直交する横方向に配置され、
前記第１半導体領域は、第１部分および第２部分を含み、
前記ウェル、前記第４半導体領域のうち前記ウェルの下に配置された部分、前記第１半導体領域の前記第１部分、および、前記第１半導体領域の前記第２部分は、この順で前記基板に向かって配置され、
前記第１半導体領域の前記第１部分の不純物濃度は、前記第１半導体領域の前記第２部分の不純物濃度より低い、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２半導体領域は、前記深さ方向において前記第３半導体領域に隣接する第１領域と、前記深さ方向において前記第１領域と前記第１半導体領域との間に設けられた第２領域と、を含み、
前記第１領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第２領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２半導体領域は、前記深さ方向において前記第２領域と前記第１半導体領域との間に設けられた第３領域を更に含み、
前記第３領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第２領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２半導体領域の前記第３領域は、前記第１導電型の不純物濃度が、前記第１半導体領域のうち前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界付近の部分より低い、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第３半導体領域は、光電変換部の一部を構成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物濃度の分布は、前記第１半導体領域の少数キャリアおよび前記第２半導体領域の少数キャリアが前記第３半導体領域に集められるようになっている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２半導体領域は、前記第１導電型の不純物濃度が、前記第１半導体領域のうち前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界付近の部分より低い、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物濃度分布は、複数の不純物濃度ピークを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１半導体領域は、エピタキシャル成長層で構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第４半導体領域は、エピタキシャル成長層で構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２半導体領域は、イオン注入によって前記第４半導体領域と同時に形成された領域である、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
各々が光電変換部を含む複数の画素と、該複数の画素との間で信号の授受を行うユニットと、を備えており、
前記ユニットは、前記第４半導体領域に設けられ、
前記第２半導体領域および前記第３半導体領域によって前記光電変換部が構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記複数の画素が配置された画素領域と、前記画素領域とは異なる周辺領域とを備え、前記周辺領域に前記ＭＯＳトランジスタが配置されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記第１導電型の前記ウェルは、前記第４半導体領域に設けられ、
前記ウェルと前記第４半導体領域の一部との間には、前記第４半導体領域よりも不純物濃度が高い前記第２導電型の第５半導体領域が設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第１半導体領域の厚さは、５μｍ以上かつ５００μｍ以下の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記第２半導体領域の厚さは、１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記基板と前記第１半導体領域との間に設けられた前記第１導電型の第６半導体領域をさらに備え、前記第６半導体領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第１半導体領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
第１半導体領域は、第３部分および第４部分を含み、
前記第３半導体領域、前記第２半導体領域のうち前記第３半導体領域の下に配置された部分、前記第１半導体領域の前記第３部分、前記第１半導体領域の前記第４部分は、この順で前記基板に向かって配置され、
前記第１半導体領域の前記第３部分の不純物濃度は、前記第１半導体領域の前記第４部分の不純物濃度より低い、
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記第１半導体領域の前記第１部分および前記第３部分は、同じ深さに配置され、
前記第１半導体領域の前記第２部分および前記第４部分は、同じ深さに配置されている、
ことを特徴とする請求項１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記ウェルは、前記第１半導体領域から前記第４半導体領域によって電気的に分離されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
基板の上に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように設けられた第２導電型の第３半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた前記第２導電型の第４半導体領域と、
前記第１導電型のウェルに設けられた前記第２導電型のソース領域および前記第２導電型のドレイン領域を有するＭＯＳトランジスタと、を備え、
前記第１半導体領域は、第１部分と、前記第１部分と前記基板との間に設けられた第２部分とを含み、
前記第１半導体領域の前記第１部分の不純物濃度は、前記第１半導体領域の前記第２部分の不純物濃度より低く、
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物濃度の分布は、前記第１半導体領域の少数キャリアおよび前記第２半導体領域の少数キャリアが前記第３半導体領域に集められるようになっている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２２】
前記第２半導体領域は、深さ方向において前記第３半導体領域に隣接する第１領域と、前記深さ方向において前記第１領域と前記第１半導体領域との間に設けられた第２領域と、を含み、
前記第１領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第２領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項２１に記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記第２半導体領域は、前記深さ方向において前記第２領域と前記第１半導体領域との間に設けられた第３領域を更に含み、
前記第３領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第２領域よりも高い、
ことを特徴とする請求項２２に記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
前記第２半導体領域の前記第３領域は、前記第１導電型の不純物濃度が、前記第１半導体領域のうち前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界付近の部分より低い、
ことを特徴とする請求項２３に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
前記第３半導体領域は、光電変換部の一部を構成する、
ことを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２６】
前記第２半導体領域は、前記第１導電型の不純物濃度が、前記第１半導体領域のうち前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界付近の部分より低い、
ことを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２７】
前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物濃度分布は、複数の不純物濃度ピークを有する、
ことを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２８】
前記第１導電型の前記ウェルは、前記第４半導体領域に設けられ、
前記ウェルと前記第４半導体領域の一部との間には、前記第４半導体領域よりも不純物濃度が高い前記第２導電型の第５半導体領域が設けられている、
ことを特徴とする請求項２１乃至２７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２９】
前記第３半導体領域、前記第２半導体領域のうち前記第３半導体領域の下に設けられた部分、前記第１半導体領域の前記第１部分、および、前記第１半導体領域の前記第２部分は、この順に前記基板に向かって配置されている、
ことを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項３０】
第１半導体領域は、第３部分および第４部分を含み、
前記第３半導体領域、前記第２半導体領域のうち前記第３半導体領域の下に配置された部分、前記第１半導体領域の前記第３部分、前記第１半導体領域の前記第４部分は、この順で前記基板に向かって配置され、
前記第１半導体領域の前記第３部分の不純物濃度は、前記第１半導体領域の前記第４部分の不純物濃度より低い、
ことを特徴とする請求項２１乃至２９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項３１】
前記ウェルは、前記第１半導体領域から前記第４半導体領域によって電気的に分離されている、
ことを特徴とする請求項２１乃至３０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項３２】
請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた近赤外光の画像と可視光の画像とを重ね合わせて出力する表示部と、を備える、
ことを特徴とする撮像システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像システムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の１つの側面は、固体撮像装置に係り、前記固体撮像装置は、基板の上に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の上に設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域に、前記第２半導体領域との間でＰＮ接合を形成するように設けられた第２導電型の第３半導体領域と、前記第１半導体領域の上に設けられた前記第２導電型の第４半導体領域と、前記第１導電型のウェルに設けられた前記第２導電型のソース領域および前記第２導電型のドレイン領域を有するＭＯＳトランジスタと、を備え、前記第２半導体領域と前記第４半導体領域とは、深さ方向に直交する横方向に配置され、前記第１半導体領域は、第１部分および第２部分を含み、前記ウェル、前記第４半導体領域のうち前記ウェルの下に配置された部分、前記第１半導体領域の前記第１部分、および、前記第１半導体領域の前記第２部分は、この順で前記基板に向かって配置され、前記第１半導体領域の前記第１部分の不純物濃度は、前記第１半導体領域の前記第２部分の不純物濃度より低い。