(57)【要約】【課題】固体撮像装置におけるスミア成分を低減できるようにする。【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板１５１の下部にそれぞれ形成され、基板面に平行な第１の方向に互いに隣接する第１の光電変換領域１０１及び第２の光電変換領域１０２と、半導体基板の上部であって、第１の光電変換領域の上方と第２の光電変換領域の上方とに跨り、第１の方向と交差する第２の方向に沿って形成された垂直転送領域１５３と、垂直転送領域の上であって、第１の光電変換領域の上方と第２の光電変換領域の上方とに跨るようにそれぞれ形成され、第２の方向に互いに隣接する第１の転送電極１５４及び第２の転送電極１５５と、第１の転送電極の下方であって、第１の光電変換領域と垂直転送領域との間に形成された第１の読み出し領域１６１と、第２の転送電極の下方であって、第２の光電変換領域と垂直転送領域との間に形成された第２の読み出し領域１６２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の下部にそれぞれ形成され、基板面に平行な第１の方向に互いに隣接する第１の光電変換領域及び第２の光電変換領域と、
前記半導体基板の上部であって、前記第１の光電変換領域の上方と前記第２の光電変換領域の上方とに跨り、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って形成された垂直転送領域と、
前記垂直転送領域の上であって、前記第１の光電変換領域の上方と前記第２の光電変換領域の上方とに跨るようにそれぞれ形成され、前記第２の方向に互いに隣接する第１の転送電極及び第２の転送電極と、
前記第１の転送電極の下方であって、前記第１の光電変換領域と前記垂直転送領域との間に形成された第１の読み出し領域と、
前記第２の転送電極の下方であって、前記第２の光電変換領域と前記垂直転送領域との間に形成された第２の読み出し領域とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の光電変換領域の上方における前記第１の転送電極の前記第２の方向の長さは、前記第２の光電変換領域の上方における前記第１の転送電極の前記第２の方向の長さよりも長く、
前記第２の光電変換領域の上方における前記第２の転送電極の前記第２の方向の長さは、前記第１の光電変換領域の上方における前記第２の転送電極の前記第２の方向の長さよりも長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の読み出し領域及び第２の読み出し領域は、前記垂直転送領域における前記第１の方向の側方にまで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記垂直転送領域における前記第１の方向の側方に形成されたドレイン領域をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか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、特に裏面光入射型の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に普及してきたデジタルスチルカメラに代表される電荷結合素子（charge coupled device：ＣＣＤ）イメージセンサ（以下、ＣＣＤと称する）には、多画素化、高性能化及び小型化等が求められている。特に、多画素化に対する市場の要望は非常に強く、ＣＣＤのセルの微細化は必要不可欠となってきている。
【０００３】
デジタルスチルカメラに用いられる一般的なＣＣＤについて図１６を参照しながら説明する。
【０００４】
図１６に示すように、ＣＣＤの画素領域１１には、入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換領域（Photo Diode：ＰＤ）１４と、該ＰＤ１４に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送レジスタ（ＶＣＣＤ）１５とから構成された単位セル１６が形成されている。この単位セル１６が垂直方向及び水平方向のそれぞれに２次元状に配列されている。また、複数のＶＣＣＤ１５と接続するように水平転送レジスタ（ＨＣＣＤ）１２が形成され、該ＨＣＣＤ１２と接続するように電荷電圧変換部（Floating Diffusion Amplifier：ＦＤＡ）１３が形成されている。ＰＤ１４から読み出された信号電荷は、ＶＣＣＤ１５及びＨＣＣＤ１２を介してＦＤＡ１３に転送され、出力信号電圧に変換される。
【０００５】
セルの微細化には、必然的にＰＤ及びＶＣＣＤの面積の縮小が必要となる。ＰＤの面積の縮小は、ＣＣＤの感度の低下を招き、画質を低下させる。感度の低下を抑制するために、半導体基板の一方の面にＶＣＣＤを形成し、半導体基板の他方の面にＰＤを形成する裏面光入射型のＣＣＤが、例えば特許文献１等に提示されている。
【０００６】
以下、従来の裏面光入射型ＣＣＤについて図１７〜図１９を参照しながら説明する。図１７（ａ）及び（ｂ）において、図１６に示すＣＣＤと同一の部材には同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【０００７】
図１７（ａ）、（ｂ）及び図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、ｐ型半導体基板２１の上（表面側）には、ゲート電極２２が形成され、ｐ型半導体基板２１の上部におけるゲート電極２２の下には、ＶＣＣＤ側ｎ型不純物領域２４が形成され、これらにより、ＶＣＣＤが構成されている。また、ｐ型半導体基板２１の下部（裏面側）には、高濃度ｐ型不純物領域２３が形成され、高濃度ｐ型不純物領域２３の上側には、ＰＤ側ｎ型不純物領域２５が形成され、これらにより、ＰＤが構成されている。この従来の裏面光入射型ＣＣＤにおいて、ＰＤに信号電荷を蓄積するときには、ゲート電極２２にゲート電圧ＶＭ（例えば０Ｖ）が印加される一方、ＰＤに蓄積された信号電荷を読み出すときには、ゲート電極２２にゲート電圧ＶＨ（例えば１５Ｖ）が印加される。これにより、信号電荷を読み出すときには、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＶＣＣＤとＰＤとの間のポテンシャルバリアが解消されるため、ＰＤに蓄えられた信号電荷はＶＣＣＤへと転送される。なお、ＶＣＣＤに読み出された信号電荷は、図１６に示す従来のＣＣＤの場合と同様に、ＨＣＣＤ１２を介してＦＤＡ１３へと転送され、出力信号電圧に変換される。このように、裏面光入射型ＣＣＤにおいては、従来構造ではＶＣＣＤが設けられていた領域にもＰＤを配置できるため、感度の低下に起因するＣＣＤの画質低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２４３５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の裏面光入射型ＣＣＤは、入射した光をＰＤ領域（ｐ型半導体基板２１とＰＤ側ｎ型不純物領域２５とのｐｎ接合から基板内部に向けて形成される空乏層を含む）内において、全て光電変換して信号電荷に変換することは困難であり、ＰＤ領域よりもさらに深い領域（表面側の領域）において光電変換される光が必ず存在する。特に、吸収係数の違いにより、長波長の光ほどＰＤ領域よりも深い領域において光電変換される。従って、従来の裏面光入射型ＣＣＤでは、その構造上、ＰＤ領域内において光電変換されずにＰＤ領域を通過した光は、ＶＣＣＤ領域のおいて光電変換されて電荷を生成する。このＶＣＣＤ領域において光電変換されて生じた電荷は、偽信号（スミア成分）となって、画質を劣化させるという問題を生じさせる。特に、ＶＣＣＤにおける電荷の転送中に発生するスミア成分は、画面において線状に発生するノイズとなるため、画質を劣化させてしまう。
【００１０】
従来の裏面光入射型ＣＣＤの問題点について図２０を参照しながら説明する。図２０（ａ）に示すように、ＶＣＣＤにおける電荷の転送の際にもＶＣＣＤにおいて光電変換された電荷が転送中の信号電荷に付加される。特に、図２０（ｂ）に示すように、高輝度の光が入射している場合、高輝度の光が入射している部分を通過する信号電荷のすべてに対して、スミア成分が発生するため、ＶＣＣＤの転送方向に線状のノイズが発生してしまう。
【００１１】
スミア成分をできるだけ少なくするためには、ＶＣＣＤにおける信号の転送周波数を大きくして、高輝度の光が入射している部分を信号電荷が通過する時間をできるだけ短くすることが有効である。しかし、画素を縮小することによりＶＣＣＤの水平方向の幅が縮小し、ＶＣＣＤを分離するｐ型層とのカップリングが大きくなり、ゲート電圧制御による転送方向の電界形成が妨げられるため、転送周波数を大きくすることが困難となる。
【００１２】
本発明は、前記の問題に鑑み、その目的は、スミア成分を低減できる固体撮像装置を得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は、固体撮像装置を、垂直転送領域が信号電荷の転送方向と垂直な方向の複数の光電変換領域に跨るように配置される構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板の下部にそれぞれ形成され、基板面に平行な第１の方向に互いに隣接する第１の光電変換領域及び第２の光電変換領域と、半導体基板の上部であって、第１の光電変換領域の上方と第２の光電変換領域の上方とに跨り、第１の方向と交差する第２の方向に沿って形成された垂直転送領域と、垂直転送領域の上であって、第１の光電変換領域の上方と第２の光電変換領域の上方とに跨るようにそれぞれ形成され、第２の方向に互いに隣接する第１の転送電極及び第２の転送電極と、第１の転送電極の下方であって、第１の光電変換領域と垂直転送領域との間に形成された第１の読み出し領域と、第２の転送電極の下方であって、第２の光電変換領域と垂直転送領域との間に形成された第２の読み出し領域とを備えている。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置によると、第１の方向に互いに隣接する第１の光電変換領域及び第２の光電変換領域の上に跨るように垂直転送領域が形成され、垂直転送領域の第１の方向の幅を大きくすることができるため、転送周波数を大きくすることができるので、スミア成分を低減することが可能となる。
【００１６】
本発明に係る固体撮像装置において、第１の光電変換領域の上方における第１の転送電極の第２の方向の長さは、第２の光電変換領域の上方における第１の転送電極の第２の方向の長さよりも長く、第２の光電変換領域の上方における第２の転送電極の第２の方向の長さは、第１の光電変換領域の上方における第２の転送電極の第２の方向の長さよりも長いことが好ましい。
【００１７】
本発明に係る半導体装置において、第１の読み出し領域及び第２の読み出し領域は、垂直転送領域における第１の方向の側方にまで形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る半導体装置において、垂直転送領域における第１の方向の側方に形成されたドレイン領域をさらに備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置によると、垂直転送領域の第１の方向の幅を大きくし、転送周波数を大きくすることが可能となり、垂直転送領域における信号電荷の保持時間が減少するため、信号電荷に付加されるスミア成分を低減できるので、スミア成分の少ない高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ）のＥ−Ｆ１線及びＥ−Ｆ２線並びに図２（ｃ）のＧ−Ｈ１線及びＧ−Ｈ２線における単位セル（第１ＰＤ１０１、第２ＰＤ１０２及びＶＣＣＤ１０３）のポテンシャル分布を示す図である。
【図４】転送領域の水平方向の幅とゲート変調による転送領域の転送電界の関係を示すグラフである。
【図５】スミア成分がＶＣＣＤ１０３に発生する過程を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態の第１の変形例に係る固体撮像装置を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態の第２の変形例に係る固体撮像装置を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の第３の変形例に係る固体撮像装置を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図であり、（ｄ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１６】従来のＣＣＤイメージセンサを示す平面図である。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は従来の裏面光入射型ＣＣＤを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は従来の裏面光入射型ＣＣＤを示し、（ａ）は図１７（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図であり、（ｂ）は図１７（ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は図１８（ａ）のＺ−Ｚ線における単位セルのポテンシャル分布であって、（ａ）は信号電荷蓄積電圧の印加時のポテンシャル分布であり、（ｂ）は信号電荷読み出し電圧の印加時のポテンシャル分布を示すグラフである。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）は従来の裏面光入射型ＣＣＤの問題点を示す図であって、（ａ）はＶＣＣＤにおける電荷の転送の際のポテンシャル分布を示すグラフであり、（ｂ）は電荷の転送の際にスミア成分が付加される様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る固体撮像装置について図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２２】
以下に説明する一実施形態は、本発明に係る固体撮像装置を分かりやすく説明するための一例であって、本発明は、その要旨とする部分についてこれらに限定されない。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、半導体基板に形成された画素領域１０５の裏面（下面）側には、入射した光を信号電荷に変換して蓄積する第１の光電変換領域（ＰＤ）１０１及び第２のＰＤ１０２が基板面に平行な第１の方向である水平方向に互いに隣接するようにそれぞれ行列状に複数設けられている。一方、図１（ａ）に示すように、画素領域１０５の表面（上面）側には、裏面側の第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２の上に跨り、且つ、第１の方向と交差する第２の方向である垂直方向に沿って垂直転送レジスタ（ＶＣＣＤ）１０３が設けられている。ＶＣＣＤ１０３は、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２に蓄積された信号電荷を読み出して転送する垂直転送領域を有する。ＶＣＣＤ１０３の水平方向の幅は、例えば１．５μｍである。水平方向に互いに隣接する第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２と、それらの上に跨るＶＣＣＤ１０３とによって単位セル１０４が構成されている。すなわち、単位セル１０４は垂直方向及び水平方向のそれぞれに２次元状に配列されて画素領域１０５を形成している。また、画素領域１０５と接続するように蓄積ＶＣＣＤ１０８が形成され、蓄積ＶＣＣＤ１０８と接続するように水平転送レジスタ（ＨＣＣＤ）１０６が形成され、ＨＣＣＤ１０６と接続するように電荷電圧変換部（ＦＤＡ）１０７が形成されている。ＶＣＣＤ１０３から転送される電荷は、蓄積ＶＣＣＤ１０８及びＨＣＣＤ１０６を介してＦＤＡ１０７に転送され、出力信号電圧に変換される。
【００２４】
本実施形態に係る固体撮像装置について、さらに具体的に説明する。図１（ａ）に示すＶＣＣＤ１０３において、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、ｐ型半導体基板１５１の表面側（上部）に第１のｎ型不純物領域（垂直転送領域）１５３が形成され、第１のｎ型不純物領域１５３の上には、ゲート絶縁膜１５２が形成されている。ゲート絶縁膜１５２の上には、第１のゲート電極（第１の転送電極）１５４及び第２のゲート電極（第２の転送電極）１５５が形成されている。これらにより、ＶＣＣＤ１０３が構成されている。また、第１のゲート電極１５４及び第２のゲート電極１５５を覆うように絶縁膜１５６が形成され、絶縁膜１５６の上には、支持基板１５７が形成されている。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示す第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２において、ｐ型半導体基板１５１の裏面側（下部）に高濃度ｐ型不純物領域１５９が形成され、高濃度ｐ型不純物領域１５９の上側には、第２のｎ型不純物領域１６０が形成されている。これらにより、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２が構成されている。さらに、第１のＰＤ１０１における第２のｎ型不純物領域１６０の上側に第５のｎ型不純物領域１６３が形成され、第２のＰＤ１０２における第２のｎ型不純物領域１６０の上側に第６のｎ型不純物領域１６４が形成されている。また、第５のｎ型不純物領域１６３の上側で且つ第１のゲート電極１５４の下方に、第１の読み出し領域である第３のｎ型不純物領域１６１が形成され、第６のｎ型不純物領域１６４の上側で且つ第２のゲート電極１５５の下方に、第２の読み出し領域である第４のｎ型不純物領域１６２が形成されている。なお、ｐ型半導体基板の裏面上には絶縁膜１５８が形成されている。
【００２６】
次に、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の一連の動作について、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、図３（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ）のＥ−Ｆ１線及びＥ−Ｆ２線、及び、図２（ｃ）のＧ−Ｈ１線及びＧ−Ｈ２線に対応する単位セル（第１のＰＤ１０１、第２のＰＤ１０２及びＶＣＣＤ１０３）のポテンシャル分布を示す図である。
【００２７】
まず、図３（ａ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の裏面側に光の入射が無く、第１のＰＤ１０１、第２のＰＤ１０２及びＶＣＣＤ１０３に信号電荷が蓄積されていない状態のポテンシャル分布を示している。このとき、第１のゲート電極１５４及び第２のゲート電極１５５にはそれぞれ信号電荷蓄積電圧ＶＭ（例えば０Ｖ）が印加されている。
【００２８】
次に、図３（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の裏面側から第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２に光が入射したときのポテンシャル分布を示している。すなわち、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２に入射した光は、光電変換されて信号電荷となり、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２にそれぞれ蓄積される。ここで、本実施形態に係る固体撮像装置のような裏面光入射型の固体撮像装置においては、その構造上、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２よりも深い領域（表面側に近い領域）において光電変換された信号電荷がＶＣＣＤ１０３に蓄積されて偽信号（スミア成分）となる。
【００２９】
次に、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２における信号電荷の蓄積が完了し、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２に蓄積された信号電荷をＶＣＣＤ１０３に転送する動作について説明する。図３（ｃ）は、第１のＰＤ１０１に蓄積された信号電荷をＶＣＣＤ１０３に転送する際の（読み出し動作の際の）ポテンシャル分布を示している。本実施形態では第１のゲート電極１５４に信号読み出し電圧ＶＨ（例えば１５Ｖ）を印加することによって、第１のＰＤ１０１からＶＣＣＤ１０３に信号電荷が転送される。このとき、第２のゲート電極１５５には信号電荷蓄積電圧ＶＭが印加された状態である。
【００３０】
次に、図３（ｄ）は、読み出し動作完了後のポテンシャル分布を示している。すなわち、第１のゲート電極１５４に印加されていた信号電荷読み出し電圧ＶＨを信号電荷蓄積電圧ＶＭに戻すことによって読み出し動作は完了する。
【００３１】
次に、ゲート電極に転送パルスを印加し、信号電荷を高速に転送する。このとき、例えば従来のＶＣＣＤの水平方向の幅が０．５μｍである場合に、本実施形態ではＶＣＣＤの幅が１．５μｍと広いため、図４に示すように、転送電界の強さが従来に対して２倍となる。転送周波数は転送電界の強さに比例するため、転送周波数の大きさを従来に対して２倍とすることが可能となる。
【００３２】
図５はスミア成分がＶＣＣＤ１０３において発生する過程を示した模式図である。簡単のために、スミア成分は転送ゲート２０１においてのみ発生しているとする。転送周波数がｆの場合、転送ゲート２０１の下を信号電荷が通過するために必要な時間は１／ｆに比例するため、発生するスミアの量はα×（１／ｆ）（αはある定数）となる。ＶＣＣＤの水平方向の幅が０．５μｍである従来のｆをｆＡ、ＶＣＣＤの水平方向の幅が１．５μｍである本実施形態のｆをｆＢとすると、
ｆＢ＝ｆＡ×２
となる。したがって、本実施形態におけるスミアの発生量は、
本実施形態のスミアの発生量＝α×（１／ｆＢ）
＝α×（１／（ｆＡ×２））
＝（α×（１／ｆＡ））／２
＝（従来のスミアの発生量）／２
となる。つまり、本実施形態においては、スミア成分を２分の１に低減できるためスミア成分の低減された高品質な画像を得ることができる。
【００３３】
第１のＰＤ１０１からの信号電荷を転送した後に、第２のＰＤ１０２からの信号電荷も同様にして転送を行う（図示せず）。
【００３４】
なお、本実施形態において、ＶＣＣＤの転送方向と交差する方向に隣接する２つのＰＤに跨るようにＶＣＣＤを形成したが、３つ以上のＰＤに跨るようにＶＣＣＤを設けてもよい。
【００３５】
本発明の一実施形態に係る固体撮像装置によると、ＶＣＣＤの水平方向の幅を大きくして、転送周波数を大きくすることが可能となるため、スミア成分を低減できる。
【００３６】
本実施形態において、ゲート電極の転送方向の長さを均一に設定しているが、図６に示すように、下に信号電荷の読み出し領域が形成されている部分のゲート電極の長さを大きくしてもよい。すなわち、第１のＰＤ１０１の上方における第１のゲート電極１５４の垂直方向の長さは、第２のＰＤ１０２の上方における第１のゲート電極１５４の垂直方向の長さよりも長く、第２のＰＤ１０２の上方における第２のゲート電極１５５の垂直方向の長さは、第１のＰＤ１０１の上方における第２のゲート電極１５５垂直方向の長さよりも長くてもよい。このようにすると、ＰＤからＶＣＣＤへの信号電荷の読み出しに必要な電圧を低くすることができる。なお、図６は第１のＰＤ１０１、第２のＰＤ１０２、第１のゲート電極１５４及び第２のゲート電極１５５以外の部材は省略している。
【００３７】
また、本実施形態において、ＰＤからＶＣＣＤへの信号電荷の読み出しは、基板に対して垂直な方向に信号電荷を読み出しているが、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、第１のｎ型不純物領域１５３の水平方向の側方にも第３のｎ型不純物領域１６１及び第４のｎ型不純物領域１６２を形成して、基板の表面近傍において信号電荷を読み出す構造としてもよい。このようにすると、信号電荷の読み出しに要する電圧を低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態において、図８に示すように、オーバーフローを防ぐために、隣接するＶＣＣＤの間、すなわち、第１のｎ型不純物領域１５３の水平方向の側方にドレイン領域１６５を設けてもよい。このようにすると、受光時にＰＤからオーバーフローした電荷がＶＣＣＤに流れ込む（ブルーミング）ことにより発生する不要なノイズを抑制することができる。
【００３９】
以下、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図９〜図１５を参照しながら説明する。図９〜図１５において、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示す部材と同一の部材には同一の符号を付す。また、本実施形態の主要な部材である単位セル１０４についての説明を行い、その他の部材である蓄積ＶＣＣＤ１０８、ＨＣＣＤ１０６及びＦＤＡ１０７の製造方法については説明を省略する。
【００４０】
まず、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すように、ｐ型半導体基板１５１の表面の上部に、熱酸化法等によって、例えば厚さが２０ｎｍであるゲート絶縁膜１５２を形成する。ゲート絶縁膜１５２は、例えば酸化シリコンからなる。次に、ゲート絶縁膜１５２の上にフォトレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、ＶＣＣＤの垂直転送領域が形成される領域と重なる部分のフォトレジスト膜を除去する。ここで、ＶＣＣＤの水平方向の幅が、例えば１．５μｍとなるようにフォトレジスト膜を除去する。その後に、形成したフォトレジスト膜をマスクとして、例えば注入エネルギーを２００ｋｅＶとし、ドーズ量を４．０×１０１２／ｃｍ２とする条件で、砒素（Ａｓ）等のｎ型不純物をｐ型半導体基板１５１の表面の上部にイオン注入する。これにより、ｐ型半導体基板１５１におけるゲート絶縁膜１５２の内側にＶＣＣＤの垂直転送領域となる第１のｎ型不純物領域１５３が形成される。
【００４１】
次に、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示すように、前記のフォトレジスト膜を完全に除去した後に、再度、ゲート絶縁膜１５２の上にフォトレジスト膜（図示せず）を形成する。続いて、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２の信号電荷の読み出し領域となるｎ型不純物領域が形成される領域と重なる部分のフォトレジスト膜を除去する。ここで、Ｗ１及びＷ３の長さは、例えば０．６μｍとなるようにフォトレジスト膜を除去する。また、Ｗ２及びＷ４の長さは、例えば０．４μｍとなるようにフォトレジスト膜を除去する。続いて、形成したフォトレジスト膜をマスクとして、例えば注入エネルギーを６００ｋｅＶとし、ドーズ量を３．０×１０１２／ｃｍ２とする条件で、Ａｓ等のｎ型不純物をｐ型半導体基板１５１における第１のｎ型不純物領域１５３よりも深い領域（下側の領域）にイオン注入する。これにより、ＰＤからＶＣＣＤに電荷を読み出す経路となる第３のｎ型不純物領域（第１の読み出し領域）１６１及び第４のｎ型不純物領域（第２の読み出し領域）１６２が形成される。
【００４２】
次に、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）に示すように、前記のフォトレジスト膜を完全に除去した後に、再度、ゲート絶縁膜１５２の上にフォトレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、第１のＰＤ１０１及び第２のＰＤ１０２の光電変換領域と重なる部分のフォトレジスト膜を除去する。ここで、Ｗ５〜Ｗ８の長さは、例えば０．６μｍとなるようにフォトレジスト膜を除去する。その後に、形成したフォトレジスト膜をマスクとして、例えば注入エネルギーを９００ｋｅＶとし、ドーズ量を１．０×１０１２／ｃｍ２とする条件で、Ａｓ等のｎ型不純物をｐ型半導体基板１５１における第３のｎ型不純物領域１６１及び第４のｎ型不純物領域１６２よりも深い領域（下側の領域）にイオン注入する。これにより、第３のｎ型不純物領域１６１及び第４のｎ型不純物領域１６２の下側に第５のｎ型不純物領域１６３及び第６のｎ型不純物領域１６４が形成される。
【００４３】
次に、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示すように、前述のフォトレジスト膜を完全に除去した後に、ゲート絶縁膜１５２の上に化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ法等を用いて、例えば厚さが３００ｎｍの多結晶シリコン膜を形成する。次に、形成した多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト（図示せず）を形成し、続いて、ＶＣＣＤのゲート電極が形成される領域以外のフォトレジスト膜を除去する。その後に、形成したフォトレジスト膜をマスクとして、前述の多結晶シリコン膜に対して、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）を行うことにより、ＶＣＣＤの第１のゲート電極１５４及び第２のゲート電極１５５を形成する。
【００４４】
次に、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示すように、前述のフォトレジスト膜を完全に除去した後に、ｐ型半導体基板１５１の表面側に塗布酸化膜（Spin On Glass：ＳＯＧ）等により、第１のゲート電極１５４及び第２のゲート電極１５５を覆うように、例えば厚さが３μｍ程度の絶縁膜１５６を形成すると共に化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法等を用いて、形成した絶縁膜１５６の表面を平坦化する。その後に、絶縁膜１５６の上にｐ型半導体基板等からなる支持基板１５７を形成する。
【００４５】
次に、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示すように、ｐ型半導体基板１５１の裏面側（下側）をＣＭＰ法等により研磨することによって、ｐ型半導体基板１５１の厚さを小さくする（例えば、５μｍ程度）。
【００４６】
次に、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示すように、熱酸化法等により、ｐ型半導体基板１５１の裏面に、例えば厚さが２０ｎｍの絶縁膜１５８を形成する。ここで、絶縁膜１５８は、例えば酸化シリコン膜である。その後、絶縁膜１５８の裏面側にフォトレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、後述の高濃度ｐ型不純物領域１５９が形成される領域と重なる部分のフォトレジスト膜を除去する。その後に、形成したフォトレジスト膜をマスクとして、例えば注入エネルギーを１０ｋｅＶとし、ドーズ量を１．０×１０１４／ｃｍ２とする条件で、ホウ素（Ｂ）等のｐ型不純物をｐ型半導体基板１５１の裏面側にイオン注入する。これにより、ｐ型半導体基板１５１における絶縁膜１５８の内側に高濃度ｐ型不純物領域１５９が形成される。次に、前記のフォトレジスト膜を完全に除去した後、再度、新たにフォトレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、後述の第２のｎ型不純物領域１６０が形成される領域と重なる部分のフォトレジスト膜を除去する。ここで、Ｗ９の長さは、例えば０．７μｍとする。その後に、形成したフォトレジスト膜をマスクとして、例えば注入エネルギーを１０００ｋｅＶ、２５００ｋｅＶ及び５０００ｋｅＶの３段階とし、それぞれドーズ量を１．０×１０１２／ｃｍ２とする条件で、リン等のｎ型不純物をｐ型半導体基板１５１の裏面にイオン注入する。これにより、高濃度ｐ型不純物領域１５９の上側に第２のｎ型不純物領域１６０が形成される。ここで、Ｗ９の長さを、Ｗ５〜Ｗ８の長さの０．６μｍよりも長くすることにより、ＰＤの体積を大きくすることができるので、感度が向上する。また、表面から注入する第５のｎ型不純物領域１６３及び第６のｎ型不純物領域１６４と裏面から注入する第２のｎ型不純物領域１６０の位置合わせがずれた場合にも、隣接するＰＤ同士の接触を防ぐことができる。その後に、前記のフォトレジスト膜を完全に除去する。以上の工程を経て、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の主要部が完成する。
【００４７】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、ＰＤからＶＣＣＤへの電荷の読み出し領域を、Ａｓを注入することにより形成したが、注入した領域にＢをカウンタードープする方法により、電荷の読み出し領域を形成してもよい。
【００４８】
また、本実施形態においては、ＰＤの注入を裏面側から行ったが、高エネルギー注入を用いて、表面側から注入を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送領域における信号電荷の保持時間が減少するため、信号電荷に付加されるスミア成分を低減でき、特に、裏面光入射型の固体撮像装置等に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１０１  第１の光電変換領域（第１のＰＤ）
１０２  第２の光電変換領域（第２のＰＤ）
１０３  垂直転送レジスタ（ＶＣＣＤ）
１０４  単位セル
１０５  画素領域
１０６  水平転送レジスタ（ＨＣＣＤ）
１０７  電荷電圧変換部（ＦＤＡ）
１０８  蓄積ＶＣＣＤ
１５１  ｐ型半導体基板
１５２  ゲート絶縁膜
１５３  第１のｎ型不純物領域（垂直転送領域）
１５４  第１のゲート電極（第１の転送電極）
１５５  第２のゲート電極（第２の転送電極）
１５６  絶縁膜
１５７  支持基板
１５８  絶縁膜
１５９  高濃度ｐ型不純物領域
１６０  第２のｎ型不純物領域
１６１  第３のｎ型不純物領域（第１の読み出し領域）
１６２  第４のｎ型不純物領域（第２の読み出し領域）
１６３  第５のｎ型不純物領域
１６４  第６のｎ型不純物領域
１６５  ドレイン領域
２０１  転送ゲート
【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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