(57)【要約】【課題】浮遊拡散領域の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を低下させると共に、浮遊拡散領域への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善した固体撮像装置を提供する。【解決手段】この固体撮像装置は、受光素子、転送ゲート、及び、バッファートランジスターと、転送ゲートの端部に沿った第１の辺と第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する浮遊拡散領域と、浮遊拡散領域において第２の辺よりも第１の辺に近い位置に配置され、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域と、層間絶縁膜のコンタクトホール内に配置され、コンタクト領域に接続されたコンタクトプラグと、層間絶縁膜上に配置され、コンタクトプラグを介して浮遊拡散領域とバッファートランジスターとを電気的に接続する配線とを備える。【選択図】図５
2018046089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子、転送ゲート、及び、バッファートランジスターと、
前記転送ゲートの端部に沿った第１の辺と前記第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する浮遊拡散領域と、
前記浮遊拡散領域において前記第２の辺よりも前記第１の辺に近い位置に配置され、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域と、
層間絶縁膜のコンタクトホール内に配置され、前記コンタクト領域に接続されたコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜上に配置され、前記コンタクトプラグを介して前記浮遊拡散領域と前記バッファートランジスターとを電気的に接続する配線と、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記コンタクトプラグと前記浮遊拡散領域の前記第１の辺との間の距離が、前記浮遊拡散領域の前記第１の辺と前記第２の辺との間の距離の１／４以上であって１／２よりも小さい、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記浮遊拡散領域の主面が、前記第２の辺を一辺とする長方形の領域を含む、請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記コンタクトプラグと前記浮遊拡散領域の前記第２の辺との間の最小距離が、前記浮遊拡散領域の前記第１の辺に平行な方向における前記コンタクトプラグと前記浮遊拡散領域のいずれかの辺との間の最大距離の１／２以上である、請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項５】
受光素子、転送ゲート、及び、バッファートランジスターと、
前記転送ゲートの端部に沿った第１の辺と前記第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する浮遊拡散領域と、
前記浮遊拡散領域において主面のポテンシャルが最大となる位置に配置され、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域と、
層間絶縁膜のコンタクトホール内に配置され、前記コンタクト領域に接続されたコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜上に配置され、前記コンタクトプラグを介して前記浮遊拡散領域と前記バッファートランジスターとを電気的に接続する配線と、
を備える固体撮像装置。
【請求項６】
前記コンタクト領域の主面が、前記コンタクトプラグの底面よりも大きい面積を有する、請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記コンタクト領域の深さが、前記浮遊拡散領域の深さよりも浅い、請求項１〜６のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記転送ゲートのチャネル領域における不純物濃度が、前記転送ゲートのチャネル領域が配置された半導体層内の他の領域における不純物濃度よりも高くない、請求項１〜７のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の固体撮像装置を備える電子機器。
【請求項１０】
第１のフォトレジストをマスクとして第１導電型の半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第２導電型の不純物領域を前記半導体層に形成する工程（ａ）と、
第２のフォトレジストをマスクとして前記半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第１の辺と前記第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する第２導電型の浮遊拡散領域を前記半導体層に形成する工程（ｂ）と、
前記不純物領域の一辺に沿って第１の端部を有し、前記浮遊拡散領域の前記第１の辺に沿って第２の端部を有するゲート電極を、前記半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成する工程（ｃ）と、
第３のフォトレジストをマスクとして前記浮遊拡散領域に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、前記浮遊拡散領域において前記第２の辺よりも前記第１の辺の近くに、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域を形成する工程（ｄ）と、
前記半導体層上に層間絶縁膜を形成して、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程（ｅ）と、
前記コンタクト領域に接続されるコンタクトプラグを前記コンタクトホール内に形成し、前記コンタクトプラグを介して前記浮遊拡散領域と前記バッファートランジスターとを電気的に接続する配線を前記層間絶縁膜上に形成する工程（ｆ）と、
を備える固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記コンタクト領域の主面が、前記コンタクトプラグの底面よりも大きい面積を有する、請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
第１のフォトレジストをマスクとして第１導電型の半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第２導電型の不純物領域を前記半導体層に形成する工程（ａ）と、
第２のフォトレジストをマスクとして前記半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第１の辺と前記第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する第２導電型の浮遊拡散領域を前記半導体層に形成する工程（ｂ）と、
前記不純物領域の一辺に沿って第１の端部を有し、前記浮遊拡散領域の前記第１の辺に沿って第２の端部を有するゲート電極を、前記半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成する工程（ｃ）と、
前記半導体層上に層間絶縁膜を形成して、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程（ｄ）と、
前記層間絶縁膜をマスクとして前記浮遊拡散領域に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、前記浮遊拡散領域において前記第２の辺よりも前記第１の辺の近くに、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域を形成する工程（ｅ）と、
前記コンタクト領域に接続されるコンタクトプラグを前記コンタクトホール内に形成し、前記コンタクトプラグを介して前記浮遊拡散領域と前記バッファートランジスターとを電気的に接続する配線を前記層間絶縁膜上に形成する工程（ｆ）と、
を備える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、固体撮像装置及びその製造方法に関する。さらに、本発明は、そのような固体撮像装置を用いた電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、固体撮像装置としてＣＣＤが主流であったが、近年においては、低電圧で駆動でき、且つ、周辺回路も混載できるＣＭＯＳセンサーの発展が著しい。ＣＭＯＳセンサーは、完全転送技術や暗電流防止構造等の製造プロセスによる対策や、ＣＤＳ（correlated double sampling：相関２重サンプリング）等の回路による対策等がなされ、今や、ＣＣＤを質量共に凌ぐデバイスに成長している。ＣＭＯＳセンサーの飛躍の要因は、画質が大きく改善されたことであるが、その内の１つに、電荷転送技術の改善がある。
【０００３】
関連する技術として、特許文献１には、信号電荷の完全転送を実現可能な半導体素子を画素として複数個配列して、高い空間解像度を有する固体撮像装置が開示されている。この半導体素子は、第１導電型の半導体領域と、半導体領域の上部に埋め込まれ、光を入射する第２導電型の受光用表面埋込領域と、半導体領域の上部に埋め込まれ、受光用表面埋込領域によって生成された信号電荷を蓄積する第２導電型の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷を受け入れる電荷読み出し領域と、受光用表面埋込領域から電荷蓄積領域に信号電荷を転送する第１の電位制御手段と、電荷蓄積領域から電荷読み出し領域に信号電荷を転送する第２の電位制御手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３６４７号公報（段落０００６−０００７、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、電荷読み出し領域（浮遊拡散領域）が、読み出し用バッファーアンプを構成する信号読み出しトランジスター（以下においては、バッファートランジスターともいう）のゲート電極に電気的に接続されており、浮遊拡散領域に蓄積された信号電荷に応じてバッファートランジスターの出力電圧が生成される。
【０００６】
このように、浮遊拡散領域をバッファートランジスターのゲート電極に電気的に接続するために、層間絶縁膜のコンタクトホール内にコンタクトプラグを配置して浮遊拡散領域に接続することが行われている。その場合に、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を低下させることが求められる。
【０００７】
しかしながら、接続部の抵抗値を低下させるために、浮遊拡散領域の広い範囲に濃い不純物注入を行うと、浮遊拡散領域の接合容量値が大きくなり、浮遊拡散領域に転送される信号電荷を信号電圧に変換する際の変換ゲインが低下して、固体撮像装置の感度が低下してしまう。
【０００８】
また、浮遊拡散領域内におけるコンタクトプラグの接続位置に関しては、特に関心が払われていなかった。しかしながら、浮遊拡散領域の主面においてコンタクト領域から離れた位置にポテンシャルの井戸が発生する場合には、浮遊拡散領域への信号電荷の転送において、ポテンシャルの井戸に電荷が溜まって電荷の転送残りの原因となってしまう。
【０００９】
本発明の幾つかの態様は、浮遊拡散領域の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を低下させると共に、浮遊拡散領域への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善した固体撮像装置を提供することに関連している。さらに、本発明の幾つかの態様は、そのような固体撮像装置を用いた電子機器等を提供することに関連している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様に係る固体撮像装置は、受光素子、転送ゲート、及び、バッファートランジスターと、転送ゲートの端部に沿った第１の辺と第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する浮遊拡散領域と、浮遊拡散領域において第２の辺よりも第１の辺に近い位置に配置され、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域と、層間絶縁膜のコンタクトホール内に配置され、コンタクト領域に接続されたコンタクトプラグと、層間絶縁膜上に配置され、コンタクトプラグを介して浮遊拡散領域とバッファートランジスターとを電気的に接続する配線とを備える。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、浮遊拡散領域内の所定の位置に不純物濃度の高いコンタクト領域を配置することにより、浮遊拡散領域の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を低下させることができる。また、浮遊拡散領域の主面においてコンタクト領域から離れた位置にポテンシャルの井戸が発生し難いので、浮遊拡散領域への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善することができる。
【００１２】
ここで、コンタクトプラグと浮遊拡散領域の第１の辺との間の距離が、浮遊拡散領域の第１の辺と第２の辺との間の距離の１／４以上であって１／２よりも小さいことが望ましい。それにより、コンタクトプラグと転送ゲートのゲート電極とのショートに対する加工余裕を保ちつつ、浮遊拡散領域の主面においてポテンシャルが最大となる位置の近くにコンタクト領域及びコンタクトプラグを配置することができる。
【００１３】
また、浮遊拡散領域の主面が、第２の辺を一辺とする長方形の領域を含むようにしても良い。その場合には、浮遊拡散領域におけるポテンシャルの分布を適切に設定すると共に、コンタクトの加工余裕を確保することができる。
【００１４】
さらに、コンタクトプラグと浮遊拡散領域の第２の辺との間の最小距離が、浮遊拡散領域の第１の辺に平行な方向におけるコンタクトプラグと浮遊拡散領域のいずれかの辺との間の最大距離の１／２以上であることが望ましい。それにより、浮遊拡散領域の主面におけるコンタクト領域及びコンタクトプラグの位置を詳細に設定することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様に係る固体撮像装置は、受光素子、転送ゲート、及び、バッファートランジスターと、転送ゲートの端部に沿った第１の辺と第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する浮遊拡散領域と、浮遊拡散領域において主面のポテンシャルが最大となる位置に配置され、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域と、層間絶縁膜のコンタクトホール内に配置され、コンタクト領域に接続されたコンタクトプラグと、層間絶縁膜上に配置され、コンタクトプラグを介して浮遊拡散領域とバッファートランジスターとを電気的に接続する配線とを備える。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による効果に加えて、浮遊拡散領域の主面においてコンタクト領域から離れた位置にポテンシャルの井戸が発生しないので、浮遊拡散領域への信号電荷の転送における電荷の転送残りをさらに改善することができる。
【００１７】
以上において、コンタクト領域の主面が、コンタクトプラグの底面よりも大きい面積を有するようにしても良い。その場合には、コンタクト領域の位置とコンタクトプラグの位置との間にずれが生じたとしても、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を安定して低下させることができる。また、コンタクト領域の深さが、浮遊拡散領域の深さよりも浅いことが望ましい。それにより、浮遊拡散領域の接合容量値の増加を抑制することができる。
【００１８】
さらに、転送ゲートのチャネル領域における不純物濃度が、転送ゲートのチャネル領域が配置された半導体層内の他の領域における不純物濃度よりも高くないことが望ましい。それにより、転送ゲートのチャネル領域に隣り合う浮遊拡散領域の接合容量値の増加を抑制することができる。なお、本願において、半導体層とは、半導体基板、半導体基板に形成されたウェル、又は、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層のことをいう。
【００１９】
本発明の第３の態様に係る電子機器は、上記いずれかの固体撮像装置を備える。本発明の第３の態様によれば、浮遊拡散領域の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を低下させると共に、浮遊拡散領域への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善した固体撮像装置を用いることにより、被写体を撮像して得られる画像データの画質が改善された電子機器を提供することができる。
【００２０】
本発明の第４の態様に係る固体撮像装置の製造方法は、第１のフォトレジストをマスクとして第１導電型の半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第２導電型の不純物領域を半導体層に形成する工程（ａ）と、第２のフォトレジストをマスクとして半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第１の辺と第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する第２導電型の浮遊拡散領域を半導体層に形成する工程（ｂ）と、不純物領域の一辺に沿って第１の端部を有し、浮遊拡散領域の第１の辺に沿って第２の端部を有するゲート電極を、半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成する工程（ｃ）と、第３のフォトレジストをマスクとして浮遊拡散領域に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、浮遊拡散領域において第２の辺よりも第１の辺の近くに、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域を形成する工程（ｄ）と、半導体層上に層間絶縁膜を形成して、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程（ｅ）と、コンタクト領域に接続されるコンタクトプラグをコンタクトホール内に形成し、コンタクトプラグを介して浮遊拡散領域とバッファートランジスターとを電気的に接続する配線を層間絶縁膜上に形成する工程（ｆ）とを備える。
【００２１】
本願において、第１導電型がＰ型で第２導電型がＮ型であっても良いし、第１導電型がＮ型で第２導電型がＰ型であっても良い。ここで、コンタクト領域の主面が、コンタクトプラグの底面よりも大きい面積を有するようにしても良い。その場合には、コンタクト領域の位置とコンタクトプラグの位置との間にずれが生じたとしても、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を安定して低下させることができる。
【００２２】
本発明の第５の態様に係る固体撮像装置の製造方法は、第１のフォトレジストをマスクとして第１導電型の半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第２導電型の不純物領域を半導体層に形成する工程（ａ）と、第２のフォトレジストをマスクとして半導体層に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、第１の辺と第１の辺よりも短い第２の辺とが対向して配置された主面を有する第２導電型の浮遊拡散領域を半導体層に形成する工程（ｂ）と、不純物領域の一辺に沿って第１の端部を有し、浮遊拡散領域の第１の辺に沿って第２の端部を有するゲート電極を、半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成する工程（ｃ）と、半導体層上に層間絶縁膜を形成して、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程（ｄ）と、層間絶縁膜をマスクとして浮遊拡散領域に第２導電型の不純物イオンを注入することにより、浮遊拡散領域において第２の辺よりも第１の辺の近くに、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域を形成する工程（ｅ）と、コンタクト領域に接続されるコンタクトプラグをコンタクトホール内に形成し、コンタクトプラグを介して浮遊拡散領域とバッファートランジスターとを電気的に接続する配線を層間絶縁膜上に形成する工程（ｆ）とを備える。
【００２３】
本発明の第４又は第５の態様によれば、浮遊拡散領域内の所定の位置に不純物濃度の高いコンタクト領域を配置することにより、浮遊拡散領域の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域とコンタクトプラグとの接続部の抵抗値を低下させると共に、浮遊拡散領域への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善した固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＣＩＳモジュールの構成例を示す斜視図。
【図２】ＣＩＳモジュールを用いたスキャナー装置の構成例を示すブロック図。
【図３】イメージセンサーチップの構成例を示すブロック図。
【図４】１画素分の画素部及び読み出し回路部の等価回路を示す回路図。
【図５】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の一部の断面図。
【図６】図５に示す浮遊拡散領域におけるポテンシャルの分布を示す図。
【図７】本実施形態におけるコンタクトの配置例を示す図。
【図８】第１の比較例におけるコンタクトの配置を示す図。
【図９】第２の比較例におけるコンタクトの配置を示す図。
【図１０】コンタクトの配置を決定するための条件を説明するための平面図。
【図１１】第３の比較例におけるコンタクトの配置を示す平面図。
【図１２】コンタクト領域とコンタクトプラグの形状が異なる例を示す平面図。
【図１３】図１２に示すコンタクト領域を形成する工程を示す断面図。
【図１４】図１２に示すコンタクトプラグを形成する工程を示す断面図。
【図１５】コンタクト領域とコンタクトプラグの形状が略同一の例を示す平面図。
【図１６】図１５に示すコンタクト領域を形成する工程を示す断面図。
【図１７】図１５に示すコンタクトプラグを形成する工程を示す断面図。
【図１８】コンタクト領域とコンタクトプラグの形状が同一の例を示す平面図。
【図１９】図１８に示すコンタクト領域を形成する工程を示す断面図。
【図２０】図１８に示すコンタクトプラグを形成する工程を示す断面図。
【図２１】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２３】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２４】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２５】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２６】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２７】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２８】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図２９】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図３０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【図３１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における工程断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
＜電子機器＞
以下においては、本発明の一実施形態に係る電子機器として、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置（イメージセンサーチップ）を含むコンタクトイメージセンサー（ＣＩＳ）モジュールを用いたＣＩＳ方式のスキャナー装置について説明する。
【００２６】
図１は、ＣＩＳモジュールの構成例を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＣＩＳモジュールを用いたスキャナー装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、ＣＩＳモジュール１０は、原稿１に光を照射するライトガイド１１と、原稿１からの反射光を結像させるレンズアレイ１２と、結像位置に配置されるフォトダイオード等の受光素子を有するイメージセンサー１３とを含んでいる。
【００２７】
図１及び図２を参照すると、ＣＩＳモジュール１０は、ライトガイド１１の端部に入射する光を生成する光源１４を含んでいる。カラースキャナーの場合には、光源１４が、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び、青色（Ｂ）のＬＥＤを含んでいる。３色のＬＥＤは、時分割でパルス点灯される。ライトガイド１１は、光源１４によって生成される光が主走査方向Ａに沿った原稿１の領域に照射されるように光を案内する。
【００２８】
レンズアレイ１２は、例えば、ロッドレンズアレイ等で構成される。イメージセンサー１３は、主走査方向Ａに沿って複数の画素を有しており、ライトガイド１１及びレンズアレイ１２と共に、副走査方向Ｂに移動する。
【００２９】
図２に示すように、イメージセンサー１３は、複数のイメージセンサーチップ２０を直列接続して構成されても良く、例えば、１２個のイメージセンサーチップ２０が直列接続される。一例として、各々のイメージセンサーチップ２０は、８６４画素を有し、１２個のイメージセンサーチップは、総計で８６４×１２＝１０３６８画素を有している。また、イメージセンサーチップ２０は、例えば、長辺の長さが１８ｍｍ〜２０ｍｍ程度で、短辺の長さが０．５ｍｍ以下の細長の矩形形状を有している。
【００３０】
副走査方向Ｂに移動可能なＣＩＳモジュール１０は、フレキシブル配線１５を介して、スキャナー装置に固定されたメイン基板１６に接続されている。メイン基板１６には、システムオンチップ（ＳｏＣ）１７と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１８と、電源回路１９とが搭載されている。
【００３１】
システムオンチップ１７は、ＣＩＳモジュール１０にクロック信号及び制御信号等を供給する。ＣＩＳモジュール１０によって生成される画素信号は、アナログフロントエンド１８に供給される。アナログフロントエンド１８は、アナログの画素信号をアナログ／デジタル変換し、デジタルの画素データをシステムオンチップ１７に出力する。
【００３２】
電源回路１９は、システムオンチップ１７及びアナログフロントエンド１８に電源電圧を供給すると共に、ＣＩＳモジュール１０に電源電圧及び基準電圧等を供給する。なお、アナログフロントエンド１８、電源回路１９の一部、又は、光源ドライバー等を、ＣＩＳモジュール１０に搭載しても良い。
【００３３】
＜固体撮像装置＞
図３は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置であるイメージセンサーチップの構成例を示すブロック図である。図３に示すように、イメージセンサーチップ２０は、画素部３０と、読み出し回路部４０と、制御回路部５０とを含み、さらに、キャパシター６１〜６４を含んでも良い。
【００３４】
画素部３０において、複数の画素（例えば、８６４画素）にそれぞれの受光素子（例えば、フォトダイオード）が配置されている。読み出し回路部４０は、画素部３０から出力される信号電荷を信号電圧に変換して画素情報を読み出す。制御回路部５０は、読み出し回路部４０の出力電圧に基づいて画素信号を生成するための制御を行う。例えば、制御回路部５０は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：correlated double sampling）回路５１と、出力回路５２と、ロジック回路５３とを含んでいる。
【００３５】
相関二重サンプリング回路５１は、読み出し回路部４０の出力電圧を相関二重サンプリング処理する。即ち、相関二重サンプリング回路５１は、リセット直後の電圧と露光後の電圧とをサンプリングし、それらの差分処理を行うことにより、リセット雑音をキャンセルして、光の強度に応じた出力電圧を生成する。出力回路５２は、相関二重サンプリング回路５１の出力電圧に基づいて画素信号を生成して出力する。ロジック回路５３には、図２に示すシステムオンチップ１７からクロック信号及び制御信号等が供給される。
【００３６】
キャパシター６１は、イメージセンサーチップ２０の第１の領域ＡＲ１に配置された高電位側の電源電位の配線と低電位側の電源電位の配線との間に接続されて、電源電圧を安定化する。また、キャパシター６２〜６４は、イメージセンサーチップ２０の第２の領域ＡＲ２に配置された高電位側の電源電位の配線と低電位側の電源電位の配線との間に接続されて、電源電圧を安定化する。
【００３７】
＜画素部及び読み出し回路部＞
図４は、１画素分の画素部及び読み出し回路部の等価回路を示す回路図である。図３に示す画素部３０の１つの画素には、光電変換機能を有する受光素子として、例えば、フォトダイオードＰＤが配置されている。フォトダイオードＰＤは、入射した光の強度に応じた信号電荷を蓄積する。
【００３８】
フォトダイオードＰＤから信号電荷を読み出すために、図３に示す読み出し回路部４０は、前段転送ゲートＴＧ１と、電荷蓄積容量Ｃ１と、後段転送ゲートＴＧ２と、電荷蓄積容量Ｃ２と、バッファートランジスターＱＮ１と、リセットトランジスターＱＮ２と、選択トランジスターＱＮ３とを含んでいる。なお、読み出し回路部４０の最終段にアナログシフトレジスターが設けられる場合には、選択トランジスターＱＮ３をアナログシフトレジスターに含めることができる。
【００３９】
ここで、前段転送ゲートＴＧ１は、フォトダイオードＰＤのカソードと電荷蓄積容量Ｃ１の一端とをソース及びドレインとするＮチャネルＭＯＳトランジスターの一部を構成している。また、電荷蓄積容量Ｃ１は、ストレージダイオードで構成されている。
【００４０】
さらに、後段転送ゲートＴＧ２は、電荷蓄積容量Ｃ１の一端と電荷蓄積容量Ｃ２の一端とをソース及びドレインとするＮチャネルＭＯＳトランジスターの一部を構成している。また、電荷蓄積容量Ｃ２は、Ｐ型の半導体層に配置されたＮ型の浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）ＦＤを備えている。
【００４１】
フォトダイオードＰＤ、前段転送ゲートＴＧ１、及び、後段転送ゲートＴＧ２は、低電位側の電源電位ＶＳＳの配線とバッファートランジスターＱＮ１のゲート電極との間に直列に接続されている。また、バッファートランジスターＱＮ１のドレインは、高電位側の電源電位ＶＤＤの配線に接続されている。以下においては、電源電位ＶＳＳが接地電位０Ｖであるものとする。
【００４２】
リセットトランジスターＱＮ２は、電源電位ＶＤＤの配線に接続されたドレインと、バッファートランジスターＱＮ１のゲート電極に接続されたソースと、リセット信号ＲＳＴが供給されるゲート電極とを有している。また、選択トランジスターＱＮ３は、バッファートランジスターＱＮ１のソースに接続されたドレインと、読み出し回路部４０の出力端子に接続されたソースと、画素選択信号ＳＥＬが供給されるゲート電極とを有している。
【００４３】
前段転送ゲートＴＧ１は、制御信号Ｔｘ１がハイレベルに活性化されたときに、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を電荷蓄積容量Ｃ１に転送する。後段転送ゲートＴＧ２は、制御信号Ｔｘ２がハイレベルに活性化されたときに、電荷蓄積容量Ｃ１に蓄積された信号電荷を電荷蓄積容量Ｃ２に転送する。電荷蓄積容量Ｃ２は、転送された信号電荷を信号電圧に変換する。
【００４４】
リセットトランジスターＱＮ２は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルに活性化されたときに、バッファートランジスターＱＮ１のゲート電位を初期状態の電位（例えば、電源電位ＶＤＤ）にリセットする。リセットが解除されると、バッファートランジスターＱＮ１は、電荷蓄積容量Ｃ２の両端間の信号電圧に応じた出力電圧をソースから出力する。
【００４５】
選択トランジスターＱＮ３は、主走査方向Ａ（図２）に従った順で画素選択信号ＳＥＬがハイレベルに活性化されたときに、バッファートランジスターＱＮ１の出力電圧を選択する。それにより、バッファートランジスターＱＮ１の出力電圧が、選択トランジスターＱＮ３を介して読み出し回路部４０の出力端子に出力されて出力電圧Ｖｓとなる。
【００４６】
ここで、図４に示すフォトダイオードＰＤ等の受光素子と浮遊拡散領域ＦＤとの間における電荷の転送を１つの転送ゲートで制御しても良く、その場合には、前段転送ゲートＴＧ１又は後段転送ゲートＴＧ２と電荷蓄積容量Ｃ１とが省略される。このように、本実施形態に係る固体撮像装置は、受光素子と、転送ゲート（前段転送ゲートＴＧ１又は後段転送ゲートＴＧ２）と、電荷蓄積容量Ｃ２の一端を構成する浮遊拡散領域ＦＤと、バッファートランジスターＱＮ１とを備えている。以下においては、一例として、受光素子と浮遊拡散領域ＦＤとの間における電荷の転送を１つの転送ゲートで制御する場合について説明する。なお、転送ゲートの段数によらず、浮遊拡散領域ＦＤの役割は同様である。
【００４７】
図５は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の一部の断面図である。図５に示すように、固体撮像装置は、Ｎ型の半導体基板（Ｎｓｕｂ）１００と、半導体基板１００に形成されたＰウェル（Ｐ−−）１１０と、Ｐウェル１１０に形成されたＮ型の不純物領域（Ｎ−）１２１及び浮遊拡散領域（ＦＤ）１２２とを備えている。浮遊拡散領域１２２は、高濃度のＮ型の不純物領域（Ｎ＋）である。
【００４８】
フォトダイオードＰＤは、Ｐウェル１１０で構成されたアノードと、Ｎ型の不純物領域１２１で構成されたカソードとを有している。Ｎ型の不純物領域１２１の上部には、高濃度のＰ型の不純物領域（ピニング層）１３１が設けられても良い。ピニング層を設ける場合には、Ｎ型の不純物領域１２１において発生する暗電流を低減することができる。
【００４９】
浮遊拡散領域１２２には、浮遊拡散領域１２２内の他の領域よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域１２２ａが配置されている。また、Ｎ型の不純物領域１２１と浮遊拡散領域１２２との間のＰウェル１１０上には、転送ゲートＴＧのゲート電極１４１が、ゲート絶縁膜を介して配置されている。ゲート電極１４１は、例えば、不純物がドープされて導電性を有するポリシリコン等で構成される。図５には、半導体基板１００の他の領域に形成されるバッファートランジスターＱＮ１及びリセットトランジスターＱＮ２も示されている。
【００５０】
さらに、固体撮像装置は、半導体基板１００上に配置された層間絶縁膜１５０と、層間絶縁膜１５０上に配置された配線層１６０とを備えている。層間絶縁膜１５０は、例えば、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等で構成される。
【００５１】
層間絶縁膜１５０に形成されたコンタクトホール内には、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は、銅（Ｃｕ）等を含む複数のコンタクトプラグが配置されている。図５に示すコンタクトプラグ１５１は、浮遊拡散領域１２２内に配置されたコンタクト領域１２２ａに接続されている。
【００５２】
配線層１６０には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等を含む複数の配線が配置されている。図５に示す配線（以下においては、信号配線ともいう）１６１は、コンタクトプラグ１５１を介して浮遊拡散領域１２２とバッファートランジスターＱＮ１のゲート電極とを電気的に接続している。
【００５３】
このように、浮遊拡散領域１２２内に不純物濃度の高いコンタクト領域１２２ａを設けることにより、浮遊拡散領域１２２とコンタクトプラグ１５１との接続部の抵抗値を低下させることができる。しかしながら、接続部の抵抗値を低下させるために、浮遊拡散領域１２２の広い範囲に濃い不純物注入を行うと、浮遊拡散領域１２２のＮ型半導体及びＰウェル１１０のＰ型半導体で構成される接合容量の容量値が大きくなり、浮遊拡散領域１２２に転送される信号電荷を信号電圧に変換する際の変換ゲインが低下して、固体撮像装置の感度が低下してしまう。
【００５４】
例えば、浮遊拡散領域１２２の接合容量と、信号配線１６１の寄生容量と、転送ゲートＴＧのゲート容量とが並列接続されて、電荷蓄積容量Ｃが構成される。なお、転送ゲートＴＧのゲート容量は、ゲート電極１４１と、ゲート絶縁膜と、浮遊拡散領域１２２とで構成されるＭＯＳ構造の容量である。この電荷蓄積容量Ｃによって信号電荷Ｑが信号電圧Ｖに変換される場合に、信号電圧Ｖは、次式（１）で表される。
Ｖ＝Ｑ／Ｃ  ・・・（１）
従って、浮遊拡散領域１２２の接合容量値が大きくなると、浮遊拡散領域１２２に転送される信号電荷を信号電圧に変換する際の変換ゲインが低下する。
【００５５】
また、浮遊拡散領域１２２におけるコンタクトプラグ１５１の接続位置に関しては、特に関心が払われていなかった。しかしながら、浮遊拡散領域１２２の主面（図中の上面）においてコンタクト領域１２２ａから離れた位置にポテンシャルの井戸が発生する場合には、浮遊拡散領域１２２への信号電荷の転送において、ポテンシャルの井戸に電荷が溜まって電荷の転送残りの原因となってしまう。
【００５６】
＜ポテンシャルの分布＞
図６は、図５に示す固体撮像装置の浮遊拡散領域におけるポテンシャルの分布を示す図である。図６には、コンタクト領域１２２ａが設けられていない場合におけるポテンシャルの分布が示されている。また、図７〜図９には、コンタクト領域１２２ａが設けられている場合におけるポテンシャルの分布が示されている。
【００５７】
図６〜図９の左上には、浮遊拡散領域１２２及び転送ゲートＴＧのゲート電極１４１と共に、浮遊拡散領域１２２の主面における等電位線が示されている。また、図６〜図９の下側には、ゲート電極１４１のゲート幅方向に平行なＸ軸方向に沿ったポテンシャルの分布が示されている。フォトダイオードＰＤのカソードに蓄積される信号電荷は負の電荷（電子）であるので、ポテンシャルの矢印の向きが下向きに表される。さらに、図６〜図９の右側には、ゲート電極１４１のゲート長方向に平行なＹ軸方向に沿ったポテンシャルの分布が示されている。
【００５８】
図６に示すように、浮遊拡散領域１２２は、転送ゲートＴＧ又はゲート電極１４１の端部に沿った第１の辺Ｌ１と、第１の辺Ｌ１よりも短い第２の辺Ｌ２とが対向して配置された主面を有している。このように、転送ゲートＴＧから離れるに従って浮遊拡散領域１２２の幅を狭くしているのは、第２の辺Ｌ２に近いほどポテンシャルの障壁が高くなるようにして、ポテンシャルの最大部を転送ゲートＴＧに近付けるためである。従って、浮遊拡散領域１２２の主面におけるポテンシャルの最大部は、Ｘ軸方向において、浮遊拡散領域１２２の中央付近に位置し、Ｙ軸方向において、第２の辺Ｌ２よりも第１の辺Ｌ１の近くに位置している。
【００５９】
ただし、転送ゲートＴＧから離れるに従って浮遊拡散領域１２２の幅をどんどん狭くすると、浮遊拡散領域１２２の面積が小さくなってコンタクトの加工余裕が少なくなってしまうので、ある距離からは浮遊拡散領域１２２の幅を一定にしても良い。その結果、浮遊拡散領域１２２の主面は、第２の辺Ｌ２を一辺とする長方形の領域を含むことになる。その場合には、浮遊拡散領域１２２におけるポテンシャルの分布を適切に設定すると共に、コンタクトの加工余裕を確保することができる。
【００６０】
＜コンタクトの配置例＞
図７〜図９には、図６に示す浮遊拡散領域１２２内に配置された不純物濃度の高いコンタクト領域１２２ａと、コンタクトプラグ１５１とがさらに示されている。なお、コンタクトプラグ１５１については、浮遊拡散領域１２２又はコンタクト領域１２２ａに接続される底面の形状及び位置が示されている。
【００６１】
図７は、本実施形態におけるコンタクト領域及びコンタクトプラグの配置例を示す図である。本実施形態においては、図６に示すＹ軸方向におけるポテンシャルの分布に対応して、浮遊拡散領域１２２において第２の辺Ｌ２よりも第１の辺Ｌ１に近い位置に配置され、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域１２２ａが設けられている。また、コンタクトプラグ１５１が、コンタクト領域１２２ａに接続されている。
【００６２】
ここで、コンタクトプラグ１５１と浮遊拡散領域１２２の第１の辺Ｌ１との間の距離が、浮遊拡散領域１２２の第１の辺Ｌ１と第２の辺Ｌ２との間の距離の１／４以上であって１／２よりも小さいことが望ましい。それにより、コンタクトプラグ１５１と転送ゲートＴＧのゲート電極１４１とのショートに対する加工余裕を保ちつつ、浮遊拡散領域１２２の主面においてポテンシャルが最大となる位置（図６参照）の近くにコンタクト領域１２２ａ及びコンタクトプラグ１５１を配置することができる。
【００６３】
また、図６に示すＸ軸方向におけるポテンシャルの分布に対応して、浮遊拡散領域１２２及びコンタクトプラグ１５１の中心位置が、Ｘ軸方向において浮遊拡散領域１２２の中央付近に配置されることが望ましく、例えば、Ｘ軸方向において第１の辺Ｌ１の中心から第１の辺Ｌ１の長さの１／３以内の範囲に配置されても良い。
【００６４】
本実施形態によれば、浮遊拡散領域１２２内の所定の位置に不純物濃度の高いコンタクト領域１２２ａを配置することにより、浮遊拡散領域１２２の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域１２２とコンタクトプラグ１５１との接続部の抵抗値を低下させることができる。また、浮遊拡散領域１２２の主面においてコンタクト領域１２２ａから離れた位置にポテンシャルの井戸が発生し難いので、浮遊拡散領域１２２への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善することができる。
【００６５】
図８は、第１の比較例におけるコンタクト領域及びコンタクトプラグの配置を示す図である。図８に示すように、コンタクト領域１２２ａが転送ゲートＴＧのゲート電極１４１に極めて近い場合には、フォトダイオードＰＤから転送される信号電荷をより早く捕獲することができるので、動作速度の面では有利である。しかしながら、コンタクト領域１２２ａから離れた位置にポテンシャルの井戸ＰＷ１が発生してしまう。また、コンタクトプラグ１５１の位置ずれよって、コンタクトプラグ１５１が転送ゲートＴＧのゲート電極１４１にショートしてしまうおそれがある。
【００６６】
図９は、第２の比較例におけるコンタクト領域及びコンタクトプラグの配置を示す図である。図９に示すように、コンタクト領域１２２ａが浮遊拡散領域１２２の第２の辺Ｌ２に近い場合には、コンタクト領域１２２ａから離れた位置にポテンシャルの井戸ＰＷ２が発生してしまう。
【００６７】
図１０は、コンタクト領域及びコンタクトプラグの配置を決定するための条件を説明するための平面図である。図１０には、浮遊拡散領域１２２と、転送ゲートＴＧのゲート電極１４１と、コンタクトプラグ１５１とが示されている。図１０においては、コンタクト領域１２２ａ（図７）の主面の形状及び位置が、コンタクトプラグ１５１の底面の形状及び位置と同一であり、コンタクト領域１２２ａは示されていない。
【００６８】
この例においては、コンタクトプラグ１５１と浮遊拡散領域１２２の第２の辺Ｌ２との間の最小距離Ｄｍｉｎが、浮遊拡散領域１２２の第１の辺Ｌ１に平行な方向におけるコンタクトプラグ１５１と浮遊拡散領域１２２のいずれかの辺との間の最大距離Ｄｍａｘの１／２以上であるように、コンタクト領域１２２ａ及びコンタクトプラグ１５１の配置が決定される。
Ｄｍｉｎ≧Ｄｍａｘ／２  ・・・（２）
【００６９】
それにより、浮遊拡散領域１２２の主面におけるコンタクト領域１２２ａ及びコンタクトプラグ１５１の位置を詳細に設定することができる。例えば、最小距離Ｄｍｉｎが１．７μｍであり、最大距離Ｄｍａｘが３．１μｍである場合には、式（２）を満たすことができる。
【００７０】
図１１は、第３の比較例におけるコンタクト領域及びコンタクトプラグの配置を示す平面図である。図１１においては、コンタクトプラグ１５１と浮遊拡散領域１２２の第２の辺Ｌ２との間の最小距離Ｄｍｉｎが１．５μｍであり、浮遊拡散領域１２２の第１の辺Ｌ１に平行な方向におけるコンタクトプラグ１５１と浮遊拡散領域１２２のいずれかの辺との間の最大距離Ｄｍａｘが４．０μｍであるので、式（２）を満たしていない。その結果、コンタクト領域１２２ａ及びコンタクトプラグ１５１が、浮遊拡散領域１２２の主面においてポテンシャルが最大となる位置（図６参照）から遠くに配置されてしまう。
【００７１】
浮遊拡散領域１２２の主面においてポテンシャルが最大となる位置を測定又はシミュレーションで求めることができる場合には、図７に示すように、コンタクト領域１２２ａ及びコンタクトプラグ１５１が、浮遊拡散領域１２２において主面のポテンシャルが最大となる位置（図６参照）に配置される。その場合には、上記の効果に加えて、浮遊拡散領域１２２の主面においてコンタクト領域１２２ａから離れた位置にポテンシャルの井戸が発生しないので、浮遊拡散領域１２２への信号電荷の転送における電荷の転送残りをさらに改善することができる。
【００７２】
＜コンタクトの形状１＞
図１２は、コンタクト領域の主面の形状とコンタクトプラグの底面の形状とが異なる例を示す平面図である。図１２に示すように、浮遊拡散領域１２２内に、コンタクトプラグ１５１の底面よりも大きい主面を有するコンタクト領域１２２ａが配置されている。そのために、コンタクト領域１２２ａとコンタクトプラグ１５１とは、別個のマスクを用いて形成される。
【００７３】
図１３は、図１２に示すコンタクト領域を形成する工程を示す断面図である。素子分離領域１１１及び浮遊拡散領域１２２が形成された半導体基板上に、開口を有するフォトレジストＰＨ１が配置される。その状態で、Ｎ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）が浮遊拡散領域１２２内に注入されて、コンタクト領域１２２ａが形成される。
【００７４】
その際に、チャネリングを避けるために、注入角に７°程度のチルトがかけられても良い。その場合には、注入角及びフォトレジストＰＨ１の厚さによってシャドウイングが生じて、コンタクト領域１２２ａの主面は、フォトレジストＰＨ１の開口幅よりも幅Ｗ１程度狭まる。
【００７５】
図１４は、図１２に示すコンタクトプラグを形成する工程を示す断面図である。フォトレジストＰＨ１が除去されて、浮遊拡散領域１２２内にコンタクト領域１２２ａが形成された半導体基板上に、層間絶縁膜１５０が配置される。さらに、コンタクト領域１２２ａの主面の面積よりも小さい開口面積を有するコンタクトホールが層間絶縁膜１５０に形成されて、コンタクトホール内にコンタクトプラグ１５１が配置される。
【００７６】
図１２〜図１４に示すコンタクトの形状によれば、コンタクト領域１２２ａの主面が、コンタクトプラグ１５１の底面よりも大きい面積を有するので、コンタクト領域１２２ａの位置とコンタクトプラグ１５１の位置との間にずれが生じたとしても、浮遊拡散領域１２２とコンタクトプラグ１５１との接続部の抵抗値を安定して低下させることができる。また、コンタクト領域１２２ａの深さが、浮遊拡散領域１２２の深さよりも浅いので、浮遊拡散領域１２２の接合容量値の増加を抑制することができる。
【００７７】
＜コンタクトの形状２＞
図１５は、コンタクト領域の主面の形状とコンタクトプラグの底面の形状とが略同一の例を示す平面図である。図１５に示すように、浮遊拡散領域１２２内に、コンタクトプラグ１５１の底面と略同一の形状の主面を有するコンタクト領域１２２ａが配置されている。そのために、コンタクト領域１２２ａとコンタクトプラグ１５１とは、同一のマスクを用いて形成される。
【００７８】
図１６は、図１５に示すコンタクト領域を形成する工程を示す断面図である。素子分離領域１１１及び浮遊拡散領域１２２が形成された半導体基板上に層間絶縁膜１５０が配置され、層間絶縁膜１５０にコンタクトホール１５０ａが形成される。さらに、半導体基板上に、コンタクトホール１５０ａの開口径よりも大きい開口径を有するフォトレジストＰＨ２が配置される。
【００７９】
その状態で、Ｎ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）が浮遊拡散領域１２２内に注入されて、コンタクト領域１２２ａが形成される。その際に、チャネリングを避けるために、注入角に７°程度のチルトがかけられる。その場合には、注入角と層間絶縁膜１５０の厚さによってシャドウイングが生じて、コンタクト領域１２２ａの主面は、コンタクトホールの開口幅よりも幅Ｗ２程度狭まる。
【００８０】
図１７は、図１５に示すコンタクトプラグを形成する工程を示す断面図である。フォトレジストＰＨ２が除去されて、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール１５０ａ内にコンタクトプラグ１５１が配置される。
【００８１】
図１５〜図１７に示すコンタクトの形状によれば、浮遊拡散領域１２２内におけるＮ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）の拡がりが抑えられるので、浮遊拡散領域１２２の接合容量値の増加を抑制することができる。ただし、シャドウイングの影響で、コンタクトプラグ１５１が接続される浮遊拡散領域１２２の主面に高抵抗領域が残るおそれがある。そこで、シャドウイングを避けるために、複数の方向からＮ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）を注入しても良い。
【００８２】
＜コンタクトの形状３＞
図１８は、コンタクト領域の主面の形状とコンタクトプラグの底面の形状とが同一の例を示す平面図である。図１８に示すように、浮遊拡散領域１２２内に、コンタクトプラグ１５１の底面と同一の形状の主面を有するコンタクト領域１２２ａが配置されている。そのために、コンタクト領域１２２ａとコンタクトプラグ１５１とは、同一のマスクを用いて形成される。
【００８３】
図１９は、図１８に示すコンタクト領域を形成する工程を示す断面図である。素子分離領域１１１及び浮遊拡散領域１２２が形成された半導体基板上に層間絶縁膜１５０が配置され、層間絶縁膜１５０にコンタクトホール１５０ａが形成される。さらに、半導体基板上に、コンタクトホール１５０ａの開口径よりも大きい開口径を有するフォトレジストＰＨ３が配置される。
【００８４】
その状態で、Ｎ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）が浮遊拡散領域１２２内に注入されて、コンタクト領域１２２ａが形成される。その際に、シャドウイングを避けるために、注入角にチルトはかけられない。その場合には、チャネリングによって、Ｎ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）の一部が浮遊拡散領域１２２内に深く注入されるので、コンタクト領域１２２ａの主面における不純物濃度が不足するおそれがある。
【００８５】
図２０は、図１８に示すコンタクトプラグを形成する工程を示す断面図である。フォトレジストＰＨ３が除去されて、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール１５０ａ内にコンタクトプラグ１５１が配置される。
【００８６】
図１８〜図２０に示すコンタクトの形状によれば、浮遊拡散領域１２２内におけるＮ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）の拡がりが抑えられるので、浮遊拡散領域１２２の接合容量値の増加を抑制することができる。また、チャネリングの影響で、コンタクトプラグ１５１が接続される浮遊拡散領域１２２の主面の抵抗値があまり下がらないおそれがあるものの、シャドウイングの影響を回避することができる。
【００８７】
以上述べたように、本実施形態によれば、浮遊拡散領域１２２の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域１２２とコンタクトプラグ１５１との接続部の抵抗値を低下させると共に、浮遊拡散領域１２２への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善した固体撮像装置を用いることにより、被写体を撮像して得られる画像データの画質が改善された電子機器を提供することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態は、スキャナー装置以外にも、例えば、ドライブレコーダー、デジタルムービー、デジタルスチルカメラ、携帯電話機等の移動端末、テレビ電話、防犯用テレビモニター、測定機器、及び、医療機器等のように、被写体を撮像して画像データを生成する電子機器に適用することができる。
【００８９】
次に、図５等に示す固体撮像装置の製造方法について説明する。
＜製造方法１＞
図２１〜図２８は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための工程断面図である。固体撮像装置の製造に用いられる半導体基板（Ｎｓｕｂ）１００としては、例えば、アンチモン（Ｓｂ）若しくは燐（Ｐ）等のＮ型の不純物を含むシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。
【００９０】
まず、半導体基板１００の主面に、イオン注入時の透過膜となる熱酸化膜が形成される。その後、半導体基板１００の主面にボロン（Ｂ）等のＰ型の不純物イオンを注入し、熱処理を施すことによって不純物イオンが熱拡散されて、図２１に示すように、半導体基板１００にＰウェル（Ｐ−−）１１０が形成される。なお、Ｐ型の不純物イオンを高エネルギーで注入することによってＰウェル１１０を形成しても良い。
【００９１】
次に、図２２に示すように、Ｐウェル１１０が形成された半導体基板１００上に、フォトリソグラフィー技術によって第１のフォトレジストＰＨ１１が形成される。第１のフォトレジストＰＨ１１は、フォトダイオードＰＤが形成される領域に開口を有している。第１のフォトレジストＰＨ１１をマスクとして、Ｐウェル１１０にＮ型の不純物イオン（Ｎ−）を注入することにより、フォトダイオードＰＤのカソードを構成するＮ型の不純物領域（Ｎ−）１２１がＰウェル１１０に形成される。その際に、熱処理を施すことによって不純物イオンを熱拡散させても良い。
【００９２】
なお、第１の実施形態においては、半導体基板１００にＰウェル１１０を形成し、Ｐウェル１１０にＮ型の不純物領域１２１等を形成しているが、半導体基板１００上にエピタキシャル成長法によってＰ型シリコン層を形成し、このＰ型シリコン層にＮ型の不純物領域１２１等を形成しても良い。
【００９３】
次に、図２３に示すように、第１のフォトレジストＰＨ１１が除去され、半導体基板１００上に、フォトリソグラフィー技術によって第２のフォトレジストＰＨ１２が形成される。第２のフォトレジストＰＨ１２は、浮遊拡散領域１２２が形成される領域に開口を有している。第２のフォトレジストＰＨ１２をマスクとして、Ｐウェル１１０にＮ型の不純物イオン（Ｎ＋）を注入することにより、Ｎ型の不純物領域である浮遊拡散領域（Ｎ＋）１２２がＰウェル１１０に形成される。
【００９４】
図７に示すように、浮遊拡散領域１２２は、第１の辺Ｌ１と第１の辺Ｌ１よりも短い第２の辺Ｌ２とが対向して配置された主面を有している。浮遊拡散領域１２２の不純物濃度は、フォトダイオードＰＤのカソードを構成するＮ型の不純物領域１２１の不純物濃度よりも高くなるように調整される。
【００９５】
同様に、半導体基板１００の他の領域においては、バッファートランジスターＱＮ１及びリセットトランジスターＱＮ２（図５）等を含む複数のトランジスターのドレイン及びソースとなる不純物領域が形成される。
【００９６】
次に、第２のフォトレジストＰＨ１２が除去され、イオン注入時の透過膜として用いられた熱酸化膜が剥離された後、Ｐウェル１１０上に絶縁膜及びポリシリコン膜が順に形成される。さらに、フォトリソグラフィー技術によってフォトレジスト（図示せず）が形成され、このフォトレジストをマスクとしてパターニングが行われる。それにより、図２４に示すように、転送ゲートＴＧのゲート電極１４１が、ゲート絶縁膜を介してＰウェル１１０上に形成される。
【００９７】
その際に、ゲート電極１４１が平面視で浮遊拡散領域１２２の一部に重なるように相互の位置が調整されても良い。図７に示すように、ゲート電極１４１は、Ｎ型の不純物領域１２１の一辺Ｌ０に沿って第１の端部を有し、浮遊拡散領域１２２の第１の辺Ｌ１に沿って第２の端部を有している。
【００９８】
同様に、半導体基板１００の他の領域においては、バッファートランジスターＱＮ１及びリセットトランジスターＱＮ２（図５）等を含む複数のトランジスターのゲート電極が形成される。
【００９９】
図２４に示すように、ゲート電極１４１の下方のＰウェル１１０の領域（転送ゲートＴＧのチャネル領域）には、Ｐ型の不純物領域を形成しなくても良い。その場合には、転送ゲートＴＧのチャネル領域における不純物濃度が、転送ゲートＴＧのチャネル領域が配置されたＰウェル１１０内の他の領域における不純物濃度よりも高くない状態とされる。それにより、転送ゲートＴＧのチャネル領域に隣り合う浮遊拡散領域１２２の接合容量値の増加を抑制することができる。
【０１００】
次に、図２５に示すように、ゲート電極１４１等が形成された半導体基板１００上に、フォトリソグラフィー技術によってフォトレジストＰＨ１０が形成されても良い。フォトレジストＰＨ１０は、フォトダイオードＰＤに対応する領域に開口を有している。ゲート電極１４１及びフォトレジストＰＨ１０をマスクとして、Ｐ型の不純物イオン（Ｐ＋）をＮ型の不純物領域１２１に注入することにより、Ｐ型の不純物領域１３１がピニング層として形成されても良い。
【０１０１】
次に、図２６に示すように、フォトレジストＰＨ１０が除去され、ゲート電極１４１等が形成された半導体基板１００上に、フォトリソグラフィー技術によって第３のフォトレジストＰＨ１３が形成される。第３のフォトレジストＰＨ１３は、コンタクト領域１２２ａが形成される領域に開口を有している。
【０１０２】
第３のフォトレジストＰＨ１３をマスクとして、浮遊拡散領域１２２にＮ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）を注入することにより、浮遊拡散領域１２２において第２の辺Ｌ２よりも第１の辺Ｌ１の近くに、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域１２２ａが形成される。コンタクト領域１２２ａは、浮遊拡散領域１２２の主面においてポテンシャルが最大となる位置（図６参照）に配置されても良い。
【０１０３】
同様に、半導体基板１００の他の領域においては、バッファートランジスターＱＮ１及びリセットトランジスターＱＮ２（図５）等を含む複数のトランジスターのドレイン及びソースにコンタクト領域が形成される。
【０１０４】
次に、図２７に示すように、第３のフォトレジストＰＨ１３が除去され、ゲート電極１４１等が形成された半導体基板１００上に層間絶縁膜１５０が形成される。さらに、層間絶縁膜１５０に、コンタクト領域１２２ａの主面の面積よりも小さい開口面積を有するコンタクトホール１５０ａが形成される。同様に、半導体基板１００の他の領域においても、複数のコンタクトホールが形成される。
【０１０５】
次に、図２８に示すように、コンタクト領域１２２ａに接続されるコンタクトプラグ１５１が、コンタクトホール１５０ａ内に形成される。さらに、コンタクトプラグ１５１を介して浮遊拡散領域１２２とバッファートランジスターＱＮ１（図５）のゲート電極とを電気的に接続する信号配線１６１を含む配線層が、層間絶縁膜１５０上に形成される。なお、配線層は、必要に応じて多層としても良い。
【０１０６】
第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、浮遊拡散領域１２２を形成した後にゲート絶縁膜及びゲート電極１４１を形成するが、ゲート絶縁膜及びゲート電極１４１を形成した後に浮遊拡散領域１２２を形成しても良い。その場合には、ゲート電極１４１の第２の端部よりも平面視で外側のＰウェル１１０に浮遊拡散領域１２２がセルフアラインで形成される。
【０１０７】
図２８に示すように、コンタクト領域１２２ａの主面が、コンタクトプラグ１５１の底面よりも大きい面積を有するので、コンタクト領域１２２ａの位置とコンタクトプラグ１５１の位置との間にずれが生じたとしても、浮遊拡散領域１２２とコンタクトプラグ１５１との接続部の抵抗値を安定して低下させることができる。また、コンタクト領域１２２ａの深さが、浮遊拡散領域１２２の深さよりも浅いので、浮遊拡散領域１２２の接合容量値の増加を抑制することができる。
【０１０８】
＜製造方法２＞
図２９〜図３１は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための工程断面図である。第２の実施形態においては、層間絶縁膜１５０に形成されたコンタクトホール１５０ａを利用して浮遊拡散領域１２２に不純物イオンを注入することにより、コンタクト領域１２２ａがセルフアラインで形成される。その他の点に関しては、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様でも良い。ここでは、第１の実施形態において説明した図２１〜図２５に示す工程が、第２の実施形態においても実施される。
【０１０９】
図２５に示す工程の次に、図２９に示すように、フォトレジストＰＨ１０が除去され、ゲート電極１４１等が形成された半導体基板１００上に層間絶縁膜１５０が形成される。さらに、層間絶縁膜１５０に、コンタクトホール１５０ａが形成される。同様に、半導体基板１００の他の領域においても、複数のコンタクトホールが形成される。
【０１１０】
次に、図３０に示すように、ゲート電極１４１等が形成された半導体基板１００上に、フォトリソグラフィー技術によって第３のフォトレジストＰＨ１３が形成される。第３のフォトレジストＰＨ１３は、コンタクトホール１５０ａの開口面積よりも大きい開口面積を有している。
【０１１１】
次に、層間絶縁膜１５０及び第３のフォトレジストＰＨ１３をマスクとして、浮遊拡散領域１２２にＮ型の不純物イオン（Ｎ＋＋）を注入することにより、浮遊拡散領域１２２において第２の辺Ｌ２よりも第１の辺Ｌ１の近くに、周囲よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域１２２ａが形成される。コンタクト領域１２２ａは、浮遊拡散領域１２２の主面においてポテンシャルが最大となる位置（図６参照）に配置されても良い。
【０１１２】
同様に、半導体基板１００の他の領域においては、バッファートランジスターＱＮ１及びリセットトランジスターＱＮ２（図５）等を含む複数のトランジスターのドレイン及びソースにコンタクト領域が形成される。
【０１１３】
次に、図３１に示すように、コンタクト領域１２２ａに接続されるコンタクトプラグ１５１が、コンタクトホール１５０ａ内に形成される。さらに、コンタクトプラグ１５１を介して浮遊拡散領域１２２とバッファートランジスターＱＮ１（図５）のゲート電極とを電気的に接続する信号配線１６１を含む配線層が、層間絶縁膜１５０上に形成される。なお、配線層は、必要に応じて多層としても良い。
【０１１４】
第１又は第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、浮遊拡散領域１２２内の所定の位置に不純物濃度の高いコンタクト領域１２２ａを配置することにより、浮遊拡散領域１２２の接合容量値をあまり大きくすることなく、浮遊拡散領域１２２とコンタクトプラグ１５１との接続部の抵抗値を低下させると共に、浮遊拡散領域１２２への信号電荷の転送における電荷の転送残りを改善した固体撮像装置を提供することができる。
【０１１５】
上記の実施形態においては、Ｐ型の半導体層にＮ型の不純物領域等を形成する場合について説明したが、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、Ｎ型の半導体層にＰ型の不純物領域等を形成する場合に適用することも可能である。このように、当該技術分野において通常の知識を有する者に従って、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１…原稿、１０…ＣＩＳモジュール、１１…ライトガイド、１２…レンズアレイ、１３…イメージセンサー、１４…光源、１５…フレキシブル配線、１６…メイン基板、１７…システムオンチップ、１８…アナログフロントエンド、１９…電源回路、２０…イメージセンサーチップ、３０…画素部、４０…読み出し回路部、５０…制御回路部、５１…相関二重サンプリング回路、５２…出力回路、５３…ロジック回路、６１〜６４…キャパシター、１００…半導体基板、１１０…Ｐウェル、１１１…素子分離領域、１２１…Ｎ型の不純物領域、１２２、ＦＤ…浮遊拡散領域、１２２ａ…コンタクト領域、１３１…Ｐ型の不純物領域、１４１…ゲート電極、１５０…層間絶縁膜、１５０ａ…コンタクトホール、１５１…コンタクトプラグ、１６０…配線層、１６１…信号配線、ＰＤ…フォトダイオード、ＴＧ１…前段転送ゲート、ＴＧ２…後段転送ゲート、ＴＧ…転送ゲート、ＱＮ１…バッファートランジスター、ＱＮ２…リセットトランジスター、ＱＮ３…選択トランジスター、Ｃ１、Ｃ２…電荷蓄積容量、ＰＨ１〜ＰＨ１３…フォトレジスト
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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