(57)【要約】【課題】飽和電荷量の減少及びクロストークの増大を防ぎながら、光電変換部表面で発生する電荷による偽信号を低減することが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換部２からなる列には、その右側部に電荷転送路３が対応して配置されている。光電変換部２とこれに対応する電荷転送路３との間には電荷読み出し領域４が形成され、光電変換部２とこの側部にある電荷転送路３との間の領域のうち、電荷読み出し領域４を除く領域には、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５が形成されている。さらに、ｎ型不純物領域２ａの空乏層を半導体基板表面に向けて延ばすための空乏層伸張領域１０を備え、空乏層伸張領域１０は、平面視において、ｎ型不純物領域２ａと重なる位置でかつＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に沿って設けられている。【選択図】図２
2011198851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成された複数の光電変換部と、前記各光電変換部で発生した電荷を転送する複数の電荷転送路とを有する固体撮像素子であって、
前記光電変換部の、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する第一導電型の第一の不純物領域から前記半導体基板表面までの領域には、前記第一導電型とは反対導電型である第二導電型の第二の不純物領域が形成され、
前記光電変換部と隣接する前記電荷転送路のうち、当該光電変換部から電荷が読み出される前記電荷転送路と当該光電変換部との間に形成された電荷読み出し領域と、
前記光電変換部と、当該光電変換部に隣接する前記電荷転送路との間の領域のうち、前記電荷読み出し領域を除く領域に形成された素子分離領域と、
平面視において、前記第一の不純物領域と重なる位置でかつ前記素子分離領域に沿って設けられた領域において前記第一の不純物領域の空乏層を前記半導体基板表面に向けて延ばすための第三の不純物領域とを備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域が、前記第一の不純物領域の不純物濃度と異なる不純物濃度の領域となっている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域が、前記第一の不純物領域よりも高濃度の前記第一の導電型の不純物領域であり、かつ、前記第一の不純物領域の内部に形成されており、
前記第三の不純物領域の底面が、前記第一の不純物領域の底面よりも浅い位置に形成されている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域が前記第二の不純物領域内に形成されている固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域の上面と前記第二の不純物領域の上面が略一致し、前記第三の不純物領域の底面と前記第二の不純物領域の底面が略一致している固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域の上面と前記第二の不純物領域の上面が略一致し、前記第三の不純物領域の底面が前記第二の不純物領域の底面より浅い位置に形成されている固体撮像素子。
【請求項７】
請求項５又は６記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域が、前記第二の不純物領域の不純物濃度より低濃度の前記第二の導電型の不純物領域である固体撮像素子。
【請求項８】
請求項５又は６記載の固体撮像素子であって、
前記第三の不純物領域が、前記第一の不純物領域の不純物濃度より低濃度の前記第一の導電型の不純物領域である固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換部上方に開口が形成された遮光膜を備え、
前記第三の不純物領域は、平面視において前記遮光膜の開口よりも内側に形成されている固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子では、暗電流低減等のために、埋め込み型のフォトダイオードが一般的に用いられている。図１１は、一般的なＣＣＤ型の固体撮像素子の断面模式図である。
【０００３】
図１１に示す固体撮像素子は、ｎ型シリコン基板１００上に形成されたｐウェル層１０１を備える。図１１の説明では、ｎ型シリコン基板１００とｐウェル層１０１を併せて半導体基板と言う。
【０００４】
ｐウェル層１０１には、ｎ型不純物層で構成された電荷蓄積領域１０２ａが形成され、この電荷蓄積領域１０２ａとｐウェル層１０１とのｐｎ接合によりフォトダイオード１０２が構成されている。電荷蓄積領域１０２ａの表面にはｐ型不純物で構成された表面シールド領域１０２ｂが形成されており、このフォトダイオード１０２は、半導体基板表面から深い位置に電荷蓄積領域１０２ａが形成された、所謂埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【０００５】
フォトダイオード１０２の側方（図示する例では右側方）には、このフォトダイオード１０２に対応する垂直電荷転送路１０３が形成されている。垂直電荷転送路１０３は、その上方の電荷転送電極Ｖと共に垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）を構成する。フォトダイオード１０２と、これに対応する（このフォトダイオード１０２から電荷が読み出される）垂直電荷転送路１０３との間には電荷読み出し領域１０４が形成されている。
【０００６】
垂直電荷転送路１０３の下にはｐ型不純物層からなるＰＤ−ＰＤ間素子分離領域１０６が形成されている。このＰＤ−ＰＤ間素子分離領域１０６によってフォトダイオード１０２同士が分離されている。
【０００７】
垂直電荷転送路１０３と、これに対応しないフォトダイオード１０２（図示した例では右側方のフォトダイオード１０２）との間には、ｐ型不純物層からなるＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５が形成されている。このＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５によって、垂直電荷転送路１０３と、これに対応しないフォトダイオード１０２とが分離されている。
【０００８】
図１１に示した固体撮像素子においては、垂直電荷転送路１０３は半導体基板表面にある一方、フォトダイオード１０２の電荷蓄積領域１０２ａは半導体基板表面から深い位置に存在している。このため、半導体基板表面から深い位置で所望の濃度となるようにＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５を形成する必要がある。この結果、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の濃度は、半導体基板表面に向かうほど薄くなっている。
【０００９】
また、図１１に示したような固体撮像素子では、表面シールド領域１０２ｂの表面で発生した電荷が、基板表面に沿って横方向に拡散し、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５を越えて隣の電荷転送路１０３に漏れ込んでしまい、混色やスミア等の偽信号が発生することが知られている（特許文献１，２参照）。このような偽信号は、表面シールド領域１０２ｂと垂直電荷転送路１０３との間に電位勾配が発生し、この電位勾配によって電荷が垂直電荷転送路１０３まで拡散しやすくなっているために発生する。
【００１０】
特に、近年の固体撮像素子は、微細化が進んでいるため、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の幅が小さくなる傾向にあり、表面シールド領域１０２ｂ表面で発生した電荷の拡散距離が短くなって、偽信号が発生しやすくなっている。
【００１１】
また、近年の固体撮像素子は、高感度化も進んでいるため、表面シールド領域１０２ｂ表面で発生して拡散したわずかな電荷でも、偽信号が目立ってしまう。このような事情から、上記電荷の拡散による偽信号を抑制することが画質向上を果たす上で重要な課題となってきている。
【００１２】
ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の濃度を表面でも高く、あるいは、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の濃度を表面シールド領域１０２ｂより高くすれば、こういった電荷の拡散を防ぐことはできる。しかし、このようにすると、ＶＣＣＤのポテンシャルに影響してＶＣＣＤの転送効率が悪くなるため、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の濃度を表面シールド領域１０２ｂより高くすることは難しい。
【００１３】
特許文献１には、表面シールド領域で発生し横方向に拡散した電荷を捕獲するゲッター部を、フォトダイオードとＶＣＣＤとの間の素子分離領域内に設けることで、偽信号を抑制する構成が開示されている。
【００１４】
また、特許文献２には、フォトダイオードとＶＣＣＤとの間の素子分離領域内に溝を形成し、表面シールド領域で発生した電荷の拡散距離を長くすることで、偽信号を抑制する構成が開示されている。
【００１５】
特許文献１，２の構成は、偽信号の発生を抑制することは可能な構成となっているが、素子分離領域内に不純物以外の物理的な構造を追加する必要がある。このため、素子性能への影響を考慮したり、物理的構造のための製造工程を追加したりする必要があり、コストが嵩んでしまう。
【００１６】
特許文献３には、垂直電荷転送路に沿って並ぶフォトダイオード同士の間の素子分離領域に空乏層を形成し、この素子分離領域で発生するスミア電荷が垂直電荷転送路に拡散するのを防止する構成の固体撮像素子が開示されている。
【００１７】
しかし、この固体撮像素子は、素子分離領域表面で発生するスミア電荷が垂直電荷転送路に拡散するのを防ぐものであり、フォトダイオード表面で発生したスミア電荷が隣の垂直電荷転送路に拡散してしまうのを防止できるものではない。また、素子分離領域の電位を変更する構成であるため、電荷転送効率に影響が出る可能性がある。また、素子分離領域の電位が深くなる結果、飽和電荷量が減少し、クロストークも増大する。
【００１８】
特許文献４には、垂直電荷転送路に沿って並ぶ複数のフォトダイオードの各々の電荷蓄積領域を、垂直方向で隣り合うフォトダイオード間の素子分離領域上方にある転送電極の下まで入り込むように形成した固体撮像素子が開示されている。
【００１９】
しかし、この固体撮像素子も、素子分離領域表面で発生するスミア電荷が垂直電荷転送路に拡散するのを防ぐものであり、フォトダイオード表面で発生したスミア電荷が隣の垂直電荷転送路に拡散してしまうのを防止できるものではない。また、電荷蓄積領域が基板表面に水平な方向に広がる結果、素子分離領域が狭くなって、飽和電荷量が減少し、クロストークも増大する。更に、上述したように、近年の固体撮像素子においては、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域１０５の幅をこれ以上は狭くできなくなっており、電荷蓄積領域を広げて素子分離領域を狭める構成自体を採用することが難しい。
【００２０】
このような事情から、従来にない方法で偽信号を抑制することが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００４−３３５６７４号公報
【特許文献２】特開２００１−１８９４４４号公報
【特許文献３】特開平７−５８３０７号公報
【特許文献４】特開平７−７４３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、飽和電荷量の減少及びクロストークの増大を防ぎながら、光電変換部表面で発生する電荷による偽信号を低減することが可能な固体撮像素子及びそれを備える撮像装置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】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に形成された複数の光電変換部と、前記各光電変換部で発生した電荷を転送する複数の電荷転送路とを有する固体撮像素子であって、前記光電変換部の、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する第一導電型の第一の不純物領域から前記半導体基板表面までの領域には、前記第一導電型とは反対導電型である第二導電型の第二の不純物領域が形成され、前記光電変換部と隣接する前記電荷転送路のうち、当該光電変換部から電荷が読み出される前記電荷転送路と当該光電変換部との間に形成された電荷読み出し領域と、前記光電変換部と、当該光電変換部に隣接する前記電荷転送路との間の領域のうち、前記電荷読み出し領域を除く領域に形成された素子分離領域と、平面視において、前記第一の不純物領域と重なる位置でかつ前記素子分離領域に沿って設けられた領域において前記第一の不純物領域の空乏層を前記半導体基板表面に向けて延ばすための第三の不純物領域とを備えるものである。
【００２４】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を備えるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、飽和電荷量の減少及びクロストークの増大を防ぎながら、光電変換部表面で発生する電荷による偽信号を低減することが可能な固体撮像素子及びそれを備える撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのＣＣＤ型の固体撮像素子の概略構成を部分的に示す平面模式図
【図２】図１に示す固体撮像素子のＩＩ−ＩＩ線断面模式図
【図３】図１に示した固体撮像素子の部分拡大図
【図４】図２に示した固体撮像素子のＡ−Ａ断面ポテンシャルを示す図
【図５】図１１に示した従来の固体撮像素子のａ−ａ断面ポテンシャルを示す図
【図６】図２に示した固体撮像素子のＢ−Ｂ断面ポテンシャルと、図１１に示した従来の固体撮像素子のｂ−ｂ断面ポテンシャルを併せて示す図
【図７】図１に示した固体撮像素子の第一の変形例を示す図であり、図２に対応する図
【図８】図１に示した固体撮像素子の第二の変形例を示す図であり、図２に対応する図
【図９】図１に示した固体撮像素子の第三の変形例を示す図であり、図２に対応する図
【図１０】図１に示した固体撮像素子の第四の変形例を示す図であり、図２に対応する図
【図１１】一般的なＣＣＤ型の固体撮像素子の断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する固体撮像素子は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール等の撮像装置に搭載して用いられるものである。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態を説明するためのＣＣＤ型の固体撮像素子の概略構成を部分的に示す平面模式図である。図１に示す固体撮像素子１００は、複数の光電変換部２と、垂直電荷転送路３と、電荷読み出し領域４と、電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８と、図示しない水平電荷転送部及び出力部とを備える。
【００２９】
光電変換部２は、例えばフォトダイオードである。複数の光電変換部２は、列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換部２からなる光電変換部列を、列方向Ｙに交差（図の例では直交）する行方向Ｘに複数並べた配置となっている。
【００３０】
光電変換部列のうち、奇数列と偶数列とは、各列の光電変換部２の配列ピッチの１／２だけ列方向Ｙにずれて配置されているが、奇数列と偶数列が列方向Ｙにずれていない配置（光電変換部２を正方格子状に配置したもの）であってもよい。
【００３１】
垂直電荷転送路３は、電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８と共に垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ）を構成し、光電変換部２に蓄積された電荷を列方向Ｙに転送する。垂直電荷転送路３は、各光電変換部列に対応して設けられている。光電変換部列とそれに対応する電荷転送路３との位置関係は、全ての光電変換部列で同一になっている。図１の例では、各光電変換部列の右側方に、それに対応する垂直電荷転送路３が配置されている。なお、ここでは垂直電荷転送部が８相駆動されるものを例にしたが、これに限らない。例えば、１６相駆動されるものであってもよい。
【００３２】
電荷読み出し領域４は、垂直電荷転送路３とこれに対応する光電変換部列の各光電変換部２との間に設けられており、当該各光電変換部２に蓄積された電荷を当該垂直電荷転送路３に読み出すための領域である。図１では、電荷読み出し領域４を模式的に矢印で示している。
【００３３】
電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、垂直電荷転送路３の上方で列方向Ｙに並べて配置されている。この電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加するパルスを制御することで、垂直電荷転送路３に読み出した電荷を列方向Ｙに転送することができるようになっている。
【００３４】
図２は、図１に示す固体撮像素子のＩＩ−ＩＩ線断面模式図である。
【００３５】
図２に示す固体撮像素子は、ｎ型シリコン基板１ａ上に形成されたｐウェル層１ｂを備える。図２の説明では、ｎ型シリコン基板１ａとｐウェル層１ｂを併せて半導体基板と言う。
【００３６】
ｐウェル層１ｂには、ｎ型不純物領域２ａと、ｐ型不純物領域２ｂと、垂直電荷転送路３と、電荷読み出し領域４と、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５と、ＰＤ−ＰＤ間素子分離領域６と、空乏層伸張領域１０とが形成されている。
【００３７】
ｎ型不純物領域２ａは、ｐウェル層１ｂの表面に形成されたｎ型不純物層で構成されている。ｐウェル層１ｂとｎ型不純物領域２ａのｐｎ接合により、フォトダイオードである光電変換部２が構成されている。光電変換部２で発生した電荷は、このｎ型不純物領域２ａに蓄積される。
【００３８】
ｐ型不純物領域２ｂは、ｎ型不純物領域２ａから半導体基板の表面までの間の領域に形成されたｐ型不純物層で構成されている。
【００３９】
光電変換部２の右隣のｐウェル層１ｂ表面には、ｎ型不純物層で構成された垂直電荷転送路３が形成されている。光電変換部２とその右隣の垂直電荷転送路３との間のｐウェル層１ｂ表面にはｐ型不純物層で構成された電荷読み出し領域（ＴＧ）４が形成されている。
【００４０】
垂直電荷転送路３の下にはｐ型不純物層で構成されたＰＤ−ＰＤ間素子分離領域６が形成されている。このＰＤ−ＰＤ間素子分離領域６によって光電変換部２同士が分離されている。
【００４１】
垂直電荷転送路３と、これに対応しない光電変換部２（この垂直電荷転送路３の右隣にある光電変換部２）との間には、ｐ型不純物層からなるＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５が形成されている。このＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５によって、垂直電荷転送路３と、これに対応しない隣の光電変換部２とが分離されている。
【００４２】
半導体基板上にはゲート絶縁膜７が形成され、この上に電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８の周囲には絶縁膜８が形成されており、この絶縁膜８の上に遮光膜９が形成されている。
【００４３】
遮光膜９は、垂直電荷転送部（電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８及び電荷転送路３）を遮光するものである。遮光膜９には、光電変換部２上方に開口Ｋが形成されており、この開口Ｋから光電変換部２に光が入射できるようになっている。
【００４４】
図３は、図１に示した固体撮像素子の部分拡大図である。図３では、半導体基板上方の構成要素については図示を省略している。
【００４５】
図３に示すように、電荷読み出し領域４は、略６角形状の光電変換部２の右側３辺と、この光電変換部２に対応する垂直電荷転送路３との間に形成されている。そして、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５は、光電変換部２と当該光電変換部２に隣接する垂直電荷転送路３との間の領域のうち、当該電荷読み出し領域４を除く領域に形成されている。
【００４６】
なお、電荷読み出し領域４の形成範囲は図３に示したものに限らず、例えば、光電変換部２の右下１辺と垂直電荷転送路３との間にのみ形成してあってもよい。電荷読み出し領域４は、光電変換部２を正方格子状に配置した場合にも同様に、光電変換部２と垂直電荷転送部３との間の領域の一部又は全部に設けておけばよい。
【００４７】
この固体撮像素子１００では、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５の不純物濃度が、上述したようにｐウェル層１ｂ表面に向かうほど薄くなっている。このため、光電変換部２上の基板表面（ｐ型不純物領域１ｂ表面、以下では単に光電変換部２の表面という）で発生した電荷が基板表面に沿って横方向に拡散して、このＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５を超えてしまい、偽信号が発生する可能性がある。
【００４８】
そこで、この固体撮像素子１００では、この偽信号を抑制するため、平面視において、光電変換部２と重なる位置（ｎ型不純物領域２ａとｐウェル層１ｂとの接合面が光電変換部２を構成するため、ｎ型不純物領域２ａと重なる位置と同義）でかつＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に沿った領域においてｎ型不純物領域２ａの空乏層を半導体基板表面（半導体基板に垂直な方向）に向けて部分的に延ばすための領域として、ｎ型不純物層で構成された空乏層伸張領域１０を設けている。
【００４９】
空乏層伸張領域１０は、ｎ型不純物領域２ａ内に部分的に設けられており、ｎ型不純物領域２ａ内のＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に隣接した位置に形成されている。
【００５０】
空乏層伸張領域１０は、より具体的には、その底面の位置がｎ型不純物領域２ａの底面の位置よりも半導体基板側（浅い位置）になり、その上面の位置がｐ型不純物領域２ｂの底面の位置と略一致するように形成されている。本明細書においては、ある領域の半導体基板表面に垂直な方向の端部の面のうち、半導体基板側の面のことをその領域の上面といい、半導体基板とは反対側の面のことをその領域の底面という。
【００５１】
空乏層伸張領域１０は、ｎ型不純物領域２ａよりも高濃度のｎ型不純物層で構成されている。空乏層伸張領域１０は、不純物注入によってｎ型不純物領域２ａとｐ型不純物領域２ｂを半導体基板内に形成した後に、ｎ型不純物領域２ａ内にｎ型不純物の注入を追加で行うことによって形成することができる。
【００５２】
空乏層伸張領域１０は、平面視においては、光電変換部２と重なる位置（ｎ型不純物領域２ａとｐウェル層１ｂとの接合面が光電変換部２を構成するため、ｎ型不純物領域２ａと重なる位置と同義）でかつＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に沿って形成されている。
【００５３】
図３に示した例では、空乏層伸張領域１０は、光電変換部２の左３辺とＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５との間の境界に沿って形成されている。また、空乏層伸張領域１０は、遮光膜９の開口Ｋよりも内側に形成されている。
【００５４】
この固体撮像素子１００では、このような空乏層伸張領域１０を設けたことにより、ｎ型不純物領域２ａの空乏層を、空乏層伸張領域１０を設けた部分においてのみ半導体基板側に伸ばすことができる。この結果、光電変換部２表面で発生して拡散する電荷を、この伸びた空乏層を介してｎ型不純物領域２ａに引き込むことができる。以下、ポテンシャル図を用いてこの効果を説明する。
【００５５】
図４は、図２に示した固体撮像素子のＡ−Ａ断面ポテンシャルを示す図である。図５は、図１１に示した従来の固体撮像素子のａ−ａ断面ポテンシャルを示す図である。図６は、図２に示した固体撮像素子のＢ−Ｂ断面ポテンシャルと、図１１に示した従来の固体撮像素子のｂ−ｂ断面ポテンシャルを併せて示した図である。図６では、ｂ−ｂ線のポテンシャルを破線で示し、Ｂ−Ｂ線のポテンシャルを実線で示してある。
【００５６】
空乏層伸張領域１０を設けない従来の構成では、図５に示すように、ｐ型不純物領域１０２ｂから垂直電荷転送路１０３までのポテンシャルがなだらかになっている。これに対し、空乏層伸張領域１０を設けた構成では、図４に示すように、空乏層伸張領域１０を形成した箇所において、ポテンシャルに凹みが発生する。
【００５７】
また、図６に示すように、空乏層伸張領域１０を設けた構成では、空乏層伸張領域１０を設けない構成と比較して、光電変換部２（フォトダイオード）の空乏層が半導体基板表面（Ｓｉ−ＳｉＯ界面）に向かって伸びる。この結果、光電変換部２表面で発生して基板表面に沿って拡散する電荷は、図４に示したポテンシャル凹みでトラップされると共に、ここから、ｎ型不純物領域２ａから伸びた空乏層内に取り込まれ、そのままｎ型不純物領域２ａへと蓄積されることになる。
【００５８】
したがって、この拡散電荷がＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に移動してしまうのを防ぐことができ、偽信号の発生を抑制することができる。
【００５９】
以上のように構成された固体撮像素子１００によれば、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に沿って空乏層伸張領域１０を設けているため、偽信号の発生を効果的に抑制することができる。
【００６０】
また、空乏層伸張領域１０は、光電変換部２と重なる位置に設けられているため、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５の幅を従来と変える必要がない。このため、光電変換部２の飽和電荷量の減少、クロストークの増大といった問題の発生を防ぐこともできる。
【００６１】
また、この固体撮像素子１００によれば、空乏層伸張領域１０を光電変換部２と重なる位置に設けているため、垂直電荷転路３の電荷転送効率に影響を与えることなく、偽信号の抑制を行うことができる。
【００６２】
また、この固体撮像素子１００によれば、空乏層伸張領域１０を遮光膜９の開口より内側に設けているため、空乏層伸張領域１０を設けたことによる光電変換部２の感度の変化等を最小限に抑えることができる。一般に、固体撮像素子には遮光膜が設けられ、光電変換部の一部はこの遮光膜によって遮られるようになっている。つまり、この部分には空乏層伸張領域１０を設けるだけのスペースが従来から存在する。したがって、この固体撮像素子１００によれば、従来と構成をほとんど変えることなく、偽信号の抑制が可能となる。
【００６３】
なお、空乏層伸張領域１０は、図２の例ではＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に隣接させて設けているが、ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５から離れて設けてあってもよい。また、空乏層伸張領域１０の上面はｐ型不純物領域２ｂの底面より深い位置にあってもよい。
【００６４】
以下では、固体撮像素子１００の変形例について説明する。
【００６５】
（第一の変形例）
図７は、図１に示した固体撮像素子１００の第一の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。図７に示した固体撮像素子は、空乏層伸張領域１０を空乏層伸張領域２０に変更した点が、図２に示した固体撮像素子１００とは異なる。
【００６６】
空乏層伸張領域２０は、ｐ型不純物領域２ｂよりも低濃度のｐ型不純物層で構成され、かつ、その断面視における形成位置がｐ型不純物領域２ｂ内に形成される点が、空乏層伸張領域１０と異なる。空乏層伸張領域２０の機能及び平面視における形成位置は、空乏層伸張領域１０と同じである。
【００６７】
空乏層伸張領域２０は、ｐ型不純物領域２ｂ内に部分的に設けられており、ｐ型不純物領域２ｂ内のＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域５に隣接した位置に形成されている。
【００６８】
空乏層伸張領域２０は、より具体的には、その上面の位置がｐ型不純物領域２ｂの上面の位置と略一致しており、その底面の位置がｐ型不純物領域２ｂの底面の位置と略一致している。ここで“略”という言葉を使ったのは、これらの位置は設計上は一致するように作るが、実際には不純物拡散等によって多少のずれが生じることがあるからである。
【００６９】
空乏層伸張領域２０は、不純物注入によってｎ型不純物領域２ａとｐ型不純物領域２ｂを半導体基板内に形成した後に、ｐ型不純物領域２ｂ内に追加でｎ型不純物の注入を行うことによって形成することができる。
【００７０】
このような構成であっても、ｎ型不純物領域２ａから半導体基板表面側に向かって空乏層を伸ばすことができるため、偽信号を抑制することができる。また、この構成は、空乏層伸張領域１０を形成するときの不純物注入条件を変更するだけで実現することができる。
【００７１】
（第二の変形例）
図８は、図１に示した固体撮像素子１００の第二の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。図８に示した固体撮像素子は、空乏層伸張領域２０を空乏層伸張領域３０に変更した点が、図７に示した固体撮像素子とは異なる。
【００７２】
空乏層伸張領域３０は、ｎ型不純物領域２ａよりも低濃度のｎ型不純物層であることを除いて、図７に示した空乏層伸張領域２０と同じ構成である。
【００７３】
空乏層伸張領域３０は、不純物注入によってｎ型不純物領域２ａとｐ型不純物領域２ｂを半導体基板内に形成した後に、ｐ型不純物領域２ｂ内に追加でｎ型不純物の注入を行うことによって形成することができる。
【００７４】
このような構成であっても、ｎ型不純物領域２ａから半導体基板表面側に向かって空乏層を伸ばすことができるため、偽信号を抑制することができる。また、この構成は、空乏層伸張領域１０を形成するときの不純物注入条件を変更するだけで実現することができる。
【００７５】
（第三の変形例）
図９は、図１に示した固体撮像素子１００の第三の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。図９に示した固体撮像素子は、空乏層伸張領域２０を空乏層伸張領域４０に変更した点が、図７に示した固体撮像素子とは異なる。
【００７６】
空乏層伸張領域４０は、断面視におけるｐ型不純物領域２ｂ内での形成位置が変更されていることを除いて、図７に示した空乏層伸張領域２０と同じ構成である。
【００７７】
空乏層伸張領域４０は、その上面がｐ型不純物領域２ｂの上面と略一致し、その底面がｐ型不純物領域２ｂの底面よりも浅い位置に形成されている。
【００７８】
このような構成にすることで、ｎ型不純物領域２ａから半導体基板表面側に向かって空乏層を伸ばすことができる。また、空乏層伸張領域４０とｐ型不純物領域２ｂとの間で空乏層が形成されるため、この空乏層と、ｎ型不純物領域２ａから伸びてきた空乏層とによって、光電変換部２で発生し基板表面に沿って拡散する電荷をより効率的にｎ型不純物領域２ａに引き込むことができる。また、この構成は、空乏層伸張領域１０を形成するときの不純物注入条件を変更するだけで実現することができる。
【００７９】
（第四の変形例）
図１０は、図１に示した固体撮像素子１００の第四の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。図１０に示した固体撮像素子は、空乏層伸張領域４０を空乏層伸張領域５０に変更した点が、図９に示した固体撮像素子とは異なる。
【００８０】
空乏層伸張領域５０は、ｎ型不純物領域２ａよりも低濃度のｎ型不純物層であることを除いて、図９に示した空乏層伸張領域４０と同じ構成である。
【００８１】
このような構成であっても、第三の変形例の固体撮像素子と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
これまでの説明では、光電変換部２で発生した電子を電荷転送路３に読み出して、該電子の量に応じた信号を取り出す構成を前提としたが、これに限らない。光電変換部２で発生したホールを電荷転送路３に読み出して、該ホールの量に応じた信号を取り出す方式を採用したときには、図２〜図１０に示した半導体基板内の各部のｐ型とｎ型を逆にすればよい。
【００８３】
以上のように、本明細書には次の事項が開示されている。
【００８４】
開示された固体撮像素子は、半導体基板内に形成された複数の光電変換部と、前記各光電変換部で発生した電荷を転送する複数の電荷転送路とを有する固体撮像素子であって、前記光電変換部の、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する第一導電型の第一の不純物領域から前記半導体基板表面までの領域には、前記第一導電型とは反対導電型である第二導電型の第二の不純物領域が形成され、前記光電変換部と隣接する前記電荷転送路のうち、当該光電変換部から電荷が読み出される前記電荷転送路と当該光電変換部との間に形成された電荷読み出し領域と、前記光電変換部と、当該光電変換部に隣接する前記電荷転送路との間の領域のうち、前記電荷読み出し領域を除く領域に形成された素子分離領域と、平面視において、前記第一の不純物領域と重なる位置でかつ前記素子分離領域に沿って設けられた領域において前記第一の不純物領域の空乏層を前記半導体基板表面に向けて延ばすための第三の不純物領域とを備えるものである。
【００８５】
この構成により、平面視において、前記第一の不純物領域と重なる位置でかつ前記素子分離領域に沿って設けられた領域において、第一の不純物領域から半導体基板表面に向かって空乏層が延びるため、光電変換部表面で発生して素子分離領域側に拡散する電荷をこの空乏層を介して第一の不純物領域に取り込むことが可能となる。この結果、光電変換部に隣接する当該光電変換部から電荷が読み出されない電荷転送路に、当該光電変換部表面で発生して移動する電荷量を減らして偽信号を抑制することができる。また、この構成によれば、第一の不純物領域の空乏層が半導体基板表面に垂直な方向に延びるため、素子分離領域の幅が狭まることはなく、飽和電荷量の減少、クロストークの増大といった問題の発生を防ぐことができる。
【００８６】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域が、前記第一の不純物領域の不純物濃度と異なる不純物濃度の領域となっているものである。
【００８７】
この構成により、第一の不純物領域の空乏層を半導体基板表面に向かって効果的に延ばすことができる。
【００８８】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域が、前記第一の不純物領域よりも高濃度の前記第一の導電型の不純物領域であり、かつ、前記第一の不純物領域の内部に形成されており、前記第三の不純物領域の底面が、前記第一の不純物領域の底面よりも浅い位置に形成されているものである。
【００８９】
この構成により、第一の不純物領域の空乏層を半導体基板表面に向かって効果的に延ばすことができる。
【００９０】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域が前記第二の不純物領域内に形成されているものである。
【００９１】
この構成により、第三の不純物領域の形成位置が浅くてすむため、製造が容易になる。
【００９２】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域の上面と前記第二の不純物領域の上面が略一致し、前記第三の不純物領域の底面と前記第二の不純物領域の底面が略一致しているものである。
【００９３】
この構成により、第三の不純物領域の形成位置が浅くてすむため、製造が容易になる。
【００９４】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域の上面と前記第二の不純物領域の上面が略一致し、前記第三の不純物領域の底面が前記第二の不純物領域の底面より浅い位置に形成されているものである。
【００９５】
この構成により、第三の不純物領域の形成位置がより浅くてすむため、製造が容易になる。
【００９６】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域が、前記第二の不純物領域の不純物濃度より低濃度の前記第二の導電型の不純物領域であるものである。
【００９７】
開示された固体撮像素子は、前記第三の不純物領域が、前記第一の不純物領域の不純物濃度より低濃度の前記第一の導電型の不純物領域であるものである。
【００９８】
開示された固体撮像素子は、前記光電変換部上方に開口が形成された遮光膜を備え、前記第三の不純物領域は、平面視において前記遮光膜の開口よりも内側に形成されているものである。
【００９９】
開示された撮像装置は、前記固体撮像素子を備えるものである。
【符号の説明】
【０１００】
２  光電変換部
３  電荷転送路
４  電荷読み出し領域
５  ＰＤ−ＶＣＣＤ間素子分離領域
９  遮光膜
９ａ  接続部
【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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