(57)【要約】【課題】光電変換部と電荷転送部との間に素子分離部が設けられた固体撮像素子において、素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生を防止する。【解決手段】固体撮像素子であるＣＣＤイメージセンサは、光電変換部としてのＰＤを構成するｎ型層２０と、電荷転送部としてのＶＣＣＤを構成するｎ型層２１とを備えている。これらの各ｎ型層２０、２１の間には、素子分離部を構成するｐ＋層２２が設けられている。ｐ＋層２２は、ＶＣＣＤ側の方がＰＤ側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有している。これにより、素子分離部で発生した電荷が濃度勾配に従ってＰＤ側に流れ込むようになるので、素子分離部で発生した電荷がＶＣＣＤ側に流れ込むことによるスミアの発生を防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、
前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、
前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子において、
前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記濃度勾配は、前記電荷転送部に隣接する最も濃度が高い部分と、前記光電変換部に隣接する最も濃度が低い部分との濃度差が、１０％以上であ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】
前記素子分離部の幅が、０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、
前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、
前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子の製造方法において、
前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けるステップを有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板に対する角度を変えて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
パターンが異なる複数のフォトレジストを用いて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
同一パターンのフォトレジストをずらしながら前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
パターンの異なる複数のフォトマスクを用いてフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
同一のフォトマスクをずらしながらフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
ハーフトーンマスクを用いてフォトレジストに露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成することを特徴とする請求項４記載の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、光電変換部と電荷転送部との間に素子分離部が設けられた固体撮像素子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の１つとしてＣＣＤイメージセンサが知られている。ＣＣＤイメージセンサには、明るい被写体を撮像した際に、縦方向に白飛びの筋が発生してしまう、いわゆるスミアの問題がある。スミアは、取得した画像の見た目を著しく損なわせてしまう。このため、ＣＣＤイメージセンサでは、スミアの発生を防ぐための対策が従来より種々講じられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、隣接するフォトダイオードの間に設けられた素子分離部よりも、フォトダイオードと垂直転送路との間に設けられた素子分離部のポテンシャル障壁を高くすることが記載されている。こうすれば、フォトダイオード間の素子分離部で発生した不要電荷が、垂直転送路に流れ込むことに起因するスミアの発生を防ぐことができる。
【０００４】
また、特許文献２には、垂直方向に隣接するフォトダイオードの間に設けられた素子分離部の水平方向の濃度分布を、フォトダイオード中央に対応する部分よりもフォトダイオード両端に対応する部分を高濃度にすることが記載されている。こうすれば、フォトダイオードで発生した信号電荷が、素子分離部を介して垂直転送路に流れ込むことに起因するスミアの発生を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４２４４７号公報
【特許文献２】特開２００６−７３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、フォトダイオードと隣のフォトダイオード用の垂直転送路との間には、電荷の移動を防ぐためのポテンシャル障壁である素子分離部が設けられている。垂直転送路や素子分離部は、光の入射にともなう不要な電荷の発生を防ぐため遮光膜で覆われている。ところが、フォトダイオードに対して斜めに入射した光が、遮光膜の開口端を介して素子分離部に入射することがある。そして、このように入射した光によって素子分離部で不要な電荷が発生し、その電荷が垂直転送路に流れ込むと、スミアが発生する。
【０００７】
近年では、ＣＣＤイメージセンサの微細化にともなって素子分離部の幅も狭くなってきている。素子分離部の幅が狭くなると、素子分離部で発生した不要電荷が垂直転送路に流れ込みやすくなる。従って、ＣＣＤイメージセンサを微細化すると、フォトダイオードと垂直転送路との間に設けられた素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生が顕著になってしまう。
【０００８】
しかしながら、上記各特許文献では、こうしたスミアの発生について何ら考慮がなされていない。このため、ＣＣＤイメージセンサでは、フォトダイオードと垂直転送路との間に設けられた素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生も適切に防止できるようにすることが望まれている。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ＣＣＤイメージセンサのようにフォトダイオードなどの光電変換部と垂直転送路などの電荷転送部との間に素子分離部が設けられた固体撮像素子において、素子分離部での不要電荷にともなうスミアの発生を適切に防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子において、前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けたことを特徴とする。
【００１１】
前記濃度勾配は、前記電荷転送部に隣接する最も濃度が高い部分と、前記光電変換部に隣接する最も濃度が低い部分との濃度差が、１０％以上であることが好ましい。また、前記素子分離部の幅は、０．３μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、半導体基板上に行列状に並べて配置され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の光電変換部と、前記光電変換部が発生させた前記信号電荷を所定の方向に転送するための複数の電荷転送部と、前記光電変換部と隣の前記光電変換部の前記電荷転送部との間に配置され、前記光電変換部と反対の導電型の不純物の濃度を高めることにより、前記信号電荷が隣の前記光電変換部の前記電荷転送部に流れ込むことを防ぐ複数の素子分離部とを有する固体撮像素子の製造方法において、前記電荷転送部側の方が前記光電変換部側よりも前記不純物の濃度が高い濃度勾配を前記各素子分離部に設けるステップを有することを特徴とする。
【００１３】
前記濃度勾配を設けるステップは、前記半導体基板に対する角度を変えて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成するステップであることが好ましい。また、パターンが異なる複数のフォトレジストを用いて前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成するステップでもよい。また、同一パターンのフォトレジストをずらしながら前記不純物の注入を複数回行うことにより前記濃度勾配を形成するステップでもよい。また、パターンの異なる複数のフォトマスクを用いてフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成するステップでもよい。また、同一のフォトマスクをずらしながらフォトレジストに複数回露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成するステップでもよい。さらには、ハーフトーンマスクを用いてフォトレジストに露光を行い、前記フォトレジストに傾斜部又は段差部を形成することによって前記濃度勾配を形成するステップでもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、光電変換部と電荷転送部との間に設けられた素子分離部に、電荷転送部側の方が光電変換部側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を設けた。こうすれば、素子分離部で発生した不要な電荷が濃度勾配に従って光電変換部側に流れ込むようになるので、その電荷が電荷転送部側に流れ込むことによるスミアの発生を適切に防止することができる。また、素子分離部で発生した電荷を適切に光電変換部に集めることができるので、光電変換部の感度を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＣＣＤイメージセンサの構成を概略的に示す説明図である。
【図２】ＰＤ、ＶＣＣＤ、素子分離部の不純物濃度を示す説明図である。
【図３】ＣＣＤイメージセンサの製造手順の概略を示す説明図である。
【図４】複数のフォトレジストを用いる例を示す説明図である。
【図５】同一のフォトレジストをずらして用いる例を示す説明図である。
【図６】複数のフォトマスクを用いる例を示す説明図である。
【図７】段差部を形成した例を示す説明図である。
【図８】同一のフォトマスクをずらして用いる例を示す説明図である。
【図９】ハーフトーンマスクを用いる例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
図１に示すように、ＣＣＤイメージセンサ１０は、ｎ型半導体基板１１を有している。ｎ型半導体基板１１には、光電変換部であるフォトダイオード（ＰＤ）１２、電荷転送部である垂直転送路（ＶＣＣＤ）１３、及び素子分離部１４が設けられている。ＰＤ１２は、ｎ型半導体基板１１上に複数設けられ、それぞれ行列状に並べて配置されている。これらの各ＰＤ１２は、入射した光を光電変換し、その光の光量に応じた信号電荷を発生させる。
【００１７】
ＶＣＣＤ１３及び素子分離部１４は、各ＰＤ１２の列毎に複数設けられている。ＶＣＣＤ１３は、読み出しゲート１５を介してＰＤ１２と接続されている。ＰＤ１２が発生させた信号電荷は、この読み出しゲート１５を介してＶＣＣＤ１３に読み出される。ＶＣＣＤ１３は、読み出しゲート１５を介してＰＤ１２から読み出した信号電荷を図示を省略した水平転送路に向けて垂直方向（紙面と直交する方向）に転送する。
【００１８】
素子分離部１４は、ＰＤ１２と隣のＰＤ１２のＶＣＣＤ１３との間に配置され、ＰＤ１２が発生させた信号電荷が隣のＰＤ１２のＶＣＣＤ１３に流れ込むことを防ぐ。この素子分離部１４の幅Ｄ１（図２参照）は、０．３μｍ以下であり、より好ましくは０．２μｍ以下である。
【００１９】
ｎ型半導体基板１１の表面には、ｐウェル層１６が形成されている。ｐウェル層１６の表層には、ＰＤ１２を構成するｎ型層２０、ＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層２１、素子分離部１４となるｐ＋層２２、及び読み出しゲート１５となるｐ型層２３が形成されている。また、ｎ型層２０の表面には、白キズを抑制するためのｐ型層２４が形成されている。ＣＣＤイメージセンサ１０は、周知の蒸着、ドーピング、フォトリソグラフ、エッチングなどの技術を用いてｎ型半導体基板１１の上に上記の各部などを形成することによって製造される。
【００２０】
ＰＤ１２は、ｐウェル層１６とｎ型層２０との接合で構成される。ＰＤ１２は、これらの接合部に入射した光に応じて電子‐正孔対を生成し、その電子をｎ型層２０に蓄積する。ｎ型層２０とｎ型層２１とは、所定の間隔を空けて配置されており、これらの間に位置するｐ型層２３によって互いに離間されている。また、ｎ型層２０は、ｐ＋層２２によって隣のＰＤ１２用のｎ型層２１と離間されている。これにより、ｎ型層２０に蓄積された信号電荷が、意図せず他の領域に移動してしまうことが防止される。
【００２１】
ＶＣＣＤ１３は、ｎ型層２１と、このｎ型層２１の上に設けられた転送電極２５とで構成されている。読み出しゲート１５は、ｎ型層２０とｎ型層２１とを離間するｐ型層２３と、このｐ型層２３の上に設けられた転送電極２６とで構成されている。各転送電極２５、２６には、例えば、ポリシリコンが用いられる。
【００２２】
ｎ型層２０に蓄積された信号電荷は、転送電極２６に電圧を印加し、各ｎ型層２０、２１の間のｐ型層２３の電位を変化させることで、ｎ型層２１に転送される。ｎ型層２１に転送された信号電荷は、転送電極２５へ所定のタイミングで印加される電圧に応じて、垂直方向に転送される。これにより、ＰＤ１２が発生させた信号電荷が、ＶＣＣＤ１３によって水平転送路に向けて転送される。
【００２３】
素子分離部１４は、各ｎ型層２１、２２の間に設けられたｐ＋層２２によって構成されている。このように、素子分離部１４は、ＰＤ１２を構成するｎ型層２０及びＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層２１とは反対の導電型の不純物の濃度を高めたポテンシャル障壁である。これにより、隣のＰＤ１２用のＶＣＣＤ１３への信号電荷の流れ込みが素子分離部１４によって防止される。
【００２４】
転送電極２５、２６が表面に形成されたｐウェル層１６の上には、さらに遮光膜２７、平坦化層２８、カラーフィルタ層２９、マイクロレンズ３０が設けられている。遮光膜２７は、ｐウェル層１６の表面全体を覆うように形成されている。また、遮光膜２７には、各ＰＤ１２のそれぞれに対応する部分を露呈させる複数の開口２７ａが設けられている。これにより、遮光膜２７は、ＰＤ１２以外の部分に余計な光が入射することを防ぐ。
【００２５】
平坦化層２８は、転送電極２５、２６などによって生じる基板上の凹凸を埋め、カラーフィルタ層２９、及びマイクロレンズ３０を形成するための平面を構成する。この平坦化層２８には、ＢＰＳＧなどの透光性のある材料が用いられる。カラーフィルタ層２９は、各ＰＤ１２のそれぞれに対応して複数設けられている。これらの各カラーフィルタ層２９は、周知のように、赤色の光のみを透過させるもの、緑色の光のみを透過させるもの、青色の光のみを透過させるものの３種類からなり、それぞれが所定のパターンで配列されている。ＣＣＤイメージセンサ１０では、このように各カラーフィルタ層２９を透過したそれぞれの色の光を対応するＰＤ１２に入射させることにより、カラーの画像を得ることができる。マイクロレンズ３０は、各ＰＤ１２のそれぞれに対応して複数設けられている。各マイクロレンズ３０は、略半球状に形成され、それぞれ対応するＰＤ１２のｎ型層２０に光を集光する。
【００２６】
図２に示すように、素子分離部１４を構成するｐ＋層２２は、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有している。この濃度勾配は、ＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層２１に隣接する最も濃度が高い部分と、ＰＤ１２を構成するｎ型層２０に隣接する最も濃度が低い部分との濃度差が、１０％以上になっている。なお、素子分離部１４の濃度勾配の濃度差は、２０％以上であると、より好適である。
【００２７】
このように、素子分離部１４に濃度勾配を設ければ、図２にＬ１で示すように、ＰＤ１２に対して斜めに入射した光が、遮光膜２７の開口端を介して素子分離部１４に入射し、素子分離部１４で不要な電荷が発生した際に、その電荷が濃度勾配に従ってＰＤ１２側に流れ込むようになる。従って、ＰＤ１２とＶＣＣＤ１３との間に設けられた素子分離部１４で不要な電荷が発生した際にも、その電荷がＶＣＣＤ１３側に流れ込むことを防ぎ、素子分離部１４での不要電荷にともなうスミアの発生を適切に防止することができる。また、素子分離部１４に入射した光によって発生した電荷を適切にＰＤ１２に集めることができるので、ＰＤ１２の感度を向上させることもできる。
【００２８】
次に、図３を参照しながら上記構成のＣＣＤイメージセンサ１０の製造手順について説明する。ＣＣＤイメージセンサ１０を製造する場合には、まず図３（ａ）に示すように、周知のフォトリソグラフ技術などを用いてｎ型半導体基板１１にｐウェル層１６、ｎ型層２０、ｎ型層２１、ｐ型層２３、ｐ型層２４を形成した後、このｎ型半導体基板１１の上に、ｐ＋層２２に対応する部分に開口４０ａが設けられたフォトレジスト４０を形成する。
【００２９】
フォトレジスト４０を形成したら、図３（ｂ）に示すように、そのｎ型半導体基板１１に対してボロンなどのｐ型の不純物を０度の注入角度で注入する。０度での注入を行ったら、図３（ｃ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対する注入角度をｎ型層２１側に２０度傾けて、再びｐ型の不純物の注入を行う。そして、２０度での注入を行ったら、図３（ｄ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対する注入角度をｎ型層２１側に３０度傾けて、さらにｐ型の不純物の注入を行う。これにより、ｎ型半導体基板１１にｐ＋層２２を形成する。
【００３０】
ｎ型層２１側に傾けて不純物の注入を行うと、フォトレジスト４０の開口４０ａの角部によって不純物が遮られ、ｎ型層２０に近い部分には不純物が入射しなくなる。そして、不純物が入射しなくなる範囲は、注入角度が大きくなるほど広くなる。従って、上記のように、ｎ型半導体基板１１に対する注入角度を変えて複数回不純物の注入を行えば、ｎ型層２１に近い部分ほど不純物の注入量が多くなって濃度が高くなるので、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。
【００３１】
ｐ＋層２２をｎ型半導体基板１１に形成したら、フォトレジスト４０を除去する。この後、周知の手法を用いてｎ型半導体基板１１の上に各転送電極２５、２６、遮光膜２７、平坦化層２８、カラーフィルタ層２９、及びマイクロレンズ３０を順次形成する。以上の手順により、ＣＣＤイメージセンサ１０が製造される。
【００３２】
本実施形態では、０度、２０度、３０度の順番で不純物の注入を行うようにしたが、注入角度の順序は、これに限ることなく、例えば、上記とは反対に３０度、２０度、０度の順序にするなど、任意の順序でよい。また、本実施形態では、０度、２０度、３０度の注入角度で不純物の注入を３回行うようにしたが、注入角度及び注入の回数は、これに限ることなく、任意の角度及び回数でよい。さらに、本実施形態では、注入する不純物の角度を変えて注入角度を調節したが、これとは反対に、ｎ型半導体基板１１の角度を変えて注入角度を調節してもよい。
【００３３】
［第２実施形態］
次に、図４を参照しながらＣＣＤイメージセンサ１０の製造手順の第２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、まず上記第１の実施形態と同様に、ｎ型半導体基板１１に対するｐウェル層１６、ｎ型層２０、ｎ型層２１、ｐ型層２３、ｐ型層２４の形成、及びフォトレジスト４０の形成を行った後、そのｎ型半導体基板１１に対して０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う（図４（ａ）、（ｂ）参照）。
【００３４】
不純物の注入を行ったら、フォトレジスト４０を除去し、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト４０とは異なるパターンのフォトレジスト４２をｎ型半導体基板１１の上に形成する。フォトレジスト４２には、ｐ＋層２２に対応する部分に、ｐ＋層２２よりも狭く、かつｎ型層２１側に偏って配置された開口４２ａが設けられている。
【００３５】
フォトレジスト４２を形成したら、図４（ｄ）に示すように、再び０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う。上記のように開口４２ａが形成されたフォトレジスト４２では、ｎ型層２０に近い部分に不純物が入射しなくなる。従って、上記第１の実施形態と同様に、ｎ型層２１に近い部分の不純物の注入量が多くなって濃度が高くなるので、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。
【００３６】
このように、パターンが異なる複数のフォトレジスト４０、４２を用いてｐ型の不純物の注入を複数回行っても、上記濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト４０、４２を用いてｐ型の不純物の注入を２回行うようにしたが、さらに多くのフォトレジストを用意して３回以上注入を行ってもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を７度等に注入角度を変えて注入してもよい。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、図５を参照しながらＣＣＤイメージセンサ１０の製造手順の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、まず上記各実施形態と同様に、ｎ型半導体基板１１に対するｐウェル層１６、ｎ型層２０、ｎ型層２１、ｐ型層２３、ｐ型層２４の形成、及びフォトレジスト４０の形成を行った後、そのｎ型半導体基板１１に対して０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
【００３８】
不純物の注入を行ったら、フォトレジスト４０を一度除去し、図５（ｃ）に示すように、ｐ＋層２２の幅を超えない範囲でｎ型層２１側に所定量ずらして再びフォトレジスト４０をｎ型半導体基板１１の上に形成する。この後、図５（ｄ）に示すように、再び０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う。このように、フォトレジスト４０をｎ型層２１側にずらして形成すれば、ｎ型層２０に近い部分には不純物が入射しなくなる。従って、上記各実施形態と同様に、ｎ型層２１に近い部分の不純物の注入量が多くなって濃度が高くなるので、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。
【００３９】
このように、同一パターンのフォトレジスト４０をｎ型層２１側に所定量ずらしながらｐ型の不純物の注入を複数回行っても、上記濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。上記第２の実施形態では、フォトレジスト４０、４２毎に、それぞれのパターンに応じたフォトマスクを用意しなければならないが、本実施形態では、１つのフォトマスクで済む。従って、本実施形態では、上記第２の実施形態よりもＣＣＤイメージセンサ１０の製造コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト４０の形成、及び不純物の注入をそれぞれ２回ずつ行ったが、これらの回数は３回以上でもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を７度等に注入角度を変えて注入してもよい。
【００４０】
［第４実施形態］
次に、図６を参照しながらＣＣＤイメージセンサ１０の製造手順の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、まず図６（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対してｐウェル層１６、ｎ型層２０、ｎ型層２１、ｐ型層２３、ｐ型層２４を形成した後、ｎ型半導体基板１１の上にポジ型のフォトレジスト４４を塗布し、このフォトレジスト４４の上に、所定のパターンが形成されたフォトマスク４６をセットする。
【００４１】
フォトマスク４６は、透光性を有する透明なガラス基板４７と、このガラス基板４７の上に設けられた遮光膜４８とで構成されている。遮光膜４８には、ｐ＋層２２に対応する部分に、ｐ＋層２２の幅に応じた開口４８ａが形成されている。すなわち、これらの各開口４８ａが、フォトマスク４６のパターンとなる。
【００４２】
フォトレジスト４４の塗布、及びフォトマスク４６のセットを行ったら、これらの上から光を照射してフォトレジスト４４の露光を行うことにより、フォトマスク４６のパターンをフォトレジスト４４に転写させる。
【００４３】
フォトマスク４６を用いてフォトレジスト４４の露光を行ったら、図６（ｂ）に示すように、フォトマスク４６をフォトマスク５０に取り替える。フォトマスク５０は、フォトマスク４６と同様に、ガラス基板５１と遮光膜５２とで構成されている。遮光膜５２には、ｐ＋層２２に対応する部分に、ｐ＋層２２よりも狭く、かつｎ型層２１側に偏って配置された開口５２ａが形成されている。
【００４４】
フォトマスク４６をフォトマスク５０に取り替えたら、再びフォトレジスト４４の露光を行うことにより、フォトマスク５０のパターンをフォトレジスト４４に転写させる。このように、パターンの異なる複数のフォトマスク４６、５０を用いてフォトレジスト４４に複数回露光を行うと、各開口４８ａ、５２ａの幅に応じてフォトレジスト４４のｐ＋層２２に対応する部分に露光量差が生じ、ｎ型層２０に近い部分よりもｎ型層２１に近い部分の方が露光量が多くなる。
【００４５】
フォトマスク５０を用いてフォトレジスト４４の露光を行ったら、フォトマスク５０を外してｎ型半導体基板１１とフォトレジスト４４とを現像液に浸けることにより、露光を行ってパターンを転写した部分をフォトレジスト４４から取り除く。
【００４６】
フォトレジスト４４から露光部分を取り除くと、図６（ｃ）に示すように、フォトレジスト４４のｐ＋層２２に対応する部分に開口４４ａが形成される。この際、開口４４ａには、複数回露光を行った際の露光量差により、ｎ型半導体基板１１のｐ＋層２２に対応する部分のｎ型層２０に近い部分に重なるように傾斜部４４ｂが形成される。
【００４７】
そして、フォトレジスト４４から露光部分を取り除いた後、図６（ｄ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対して０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う。傾斜部４４ｂを有するフォトレジスト４４を用いて不純物の注入を行うと、傾斜部４４ｂに対応する部分では、その傾斜、すなわちフォトレジスト４４の厚みの変化に従って不純物の注入量が徐々に変化する。これにより、ｎ型層２０に近付くほど不純物の注入量が少なくなるので、上記各実施形態と同様に、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。
【００４８】
このように、パターンの異なる複数のフォトマスク４６、５０を用いてフォトレジスト４４に複数回露光を行い、フォトレジスト４４に傾斜部４４ｂを形成することによっても、上記濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。なお、本実施形態では、フォトマスク４６、５０を用いてフォトレジスト４４の露光を２回行うようにしたが、さらに多くのフォトマスクを用意して３回以上露光を行ってもよい。また、本実施形態では、パターンの異なる複数のフォトマスク４６、５０を用いてフォトレジスト４４に複数回露光を行うことにより、フォトレジスト４４に傾斜部４４ｂを形成したが、これに限ることなく、上記と同様の手順でフォトレジスト４４に複数回露光を行うことにより、図７に示すように、フォトレジスト４４に段差部４４ｃを形成してもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を７度等に注入角度を変えて注入してもよい。
【００４９】
［第５実施形態］
次に、図８を参照しながらＣＣＤイメージセンサ１０の製造手順の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、まず上記第４の実施形態と同様に、ｎ型半導体基板１１に対するｐウェル層１６、ｎ型層２０、ｎ型層２１、ｐ型層２３、ｐ型層２４の形成、フォトレジスト４４の塗布、及びフォトマスク４６のセットを行い、フォトマスク４６を用いてフォトレジスト４４を露光する（図８（ａ）参照）。
【００５０】
フォトマスク４６を用いてフォトレジスト４４の露光を行ったら、図８（ｂ）に示すように、フォトマスク４６をｐ＋層２２の幅を超えない範囲でｎ型層２１側に所定量ずらす。そして、この状態で再びフォトレジスト４４の露光を行う。このように、フォトマスク４６をｎ型層２１側にずらしてフォトレジスト４４に複数回露光を行っても、上記第４の実施形態と同様に、フォトマスク４６のずれ量に応じてフォトレジスト４４のｐ＋層２２に対応する部分に露光量差が生じ、ｎ型層２０に近い部分よりもｎ型層２１に近い部分の方が露光量が多くなる。
【００５１】
フォトマスク４６をずらしてフォトレジスト４４の露光を複数回行ったら、フォトマスク４６を外してフォトレジスト４４から露光部分を取り除き、フォトレジスト４４に開口４４ｄを形成する。この際、開口４４ｄには、複数回露光を行った際の露光量差により、ｎ型半導体基板１１のｐ＋層２２に対応する部分のｎ型層２０に近い部分に重なるように傾斜部４４ｅが形成されるとともに、ｎ型層２１に重なるように傾斜部４４ｆが形成される。
【００５２】
そして、フォトレジスト４４から露光部分を取り除いた後、図８（ｄ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対して０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う。こうすれば、上記第４の実施形態と同様に、傾斜部４４ｅによってｎ型層２０に近付くほど不純物の注入量が少なくなるので、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。
【００５３】
このように、同一のフォトマスク４６をずらしてフォトレジスト４４に複数回露光を行い、フォトレジスト４４に傾斜部４４ｅを形成することによっても、上記濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。また、上記第４の実施形態では、複数のフォトマスク４６、５０を用意しなければならないが、本実施形態では、１つのフォトマスク４６のみで済む。従って、本実施形態では、上記第４の実施形態よりもＣＣＤイメージセンサ１０の製造コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、フォトマスク４６をずらしてフォトレジスト４４に２回露光を行ったが、露光の回数は３回以上でもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を７度等に注入角度を変えて注入してもよい。また、本実施形態では、フォトレジスト４４に傾斜部４４ｅ、４４ｆを形成したが、図７のように段差部としてもよい。
【００５４】
［第６実施形態］
次に、図９を参照しながらＣＣＤイメージセンサ１０の製造手順の第６の実施形態について説明する。本実施形態では、まず図９（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対するｐウェル層１６、ｎ型層２０、ｎ型層２１、ｐ型層２３、ｐ型層２４の形成、及びフォトレジスト４４の塗布を行った後、このフォトレジスト４４の上に、所定のパターンが形成されたハーフトーンマスク５４をセットする。
【００５５】
ハーフトーンマスク５４には、ｐ＋層２２に対応する部分に、ｎ型層２１側からｎ型層２０側に向かって徐々に透過率が低くなる光学濃度の濃度勾配を有するグラデーション部５４ａが形成されている。また、ハーフトーンマスク５４のグラデーション部５４ａ以外の部分は、光の透過を防ぐ遮光部５４ｂになっている。すなわち、ハーフトーンマスク５４のパターンは、グラデーション部５４ａによって構成される。
【００５６】
ハーフトーンマスク５４をセットしたら、この上から光を照射してフォトレジスト４４の露光を行うことにより、ハーフトーンマスク５４のパターンをフォトレジスト４４に転写させる。このように、ハーフトーンマスク５４を用いてフォトレジスト４４に露光を行うと、グラデーション部５４ａの光学濃度の濃度勾配に応じてフォトレジスト４４のｐ＋層２２に対応する部分に露光量差が生じ、ｎ型層２０に近い部分よりもｎ型層２１に近い部分の方が露光量が多くなる。
【００５７】
ハーフトーンマスク５４を用いてフォトレジスト４４の露光を行ったら、ハーフトーンマスク５４を外してフォトレジスト４４から露光部分を取り除き、図９（ｂ）に示すように、フォトレジスト４４に開口４４ｇを形成する。この際、開口４４ｇには、グラデーション部５４ａの光学濃度の濃度勾配に応じた露光量差により、ｎ型半導体基板１１のｐ＋層２２に対応する部分のｎ型層２０に近い部分に重なるように傾斜部４４ｈが形成される。
【００５８】
そして、フォトレジスト４４から露光部分を取り除いた後、図９（ｃ）に示すように、ｎ型半導体基板１１に対して０度の注入角度でｐ型の不純物の注入を行う。こうすれば、上記各実施形態と同様に、傾斜部４４ｈによってｎ型層２０に近付くほど不純物の注入量が少なくなるので、ＶＣＣＤ１３側の方がＰＤ１２側よりも不純物の濃度が高い濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。
【００５９】
このように、ハーフトーンマスク５４を用いてフォトレジスト４４に露光を行い、フォトレジスト４４に傾斜部４４ｈを形成することによっても、上記濃度勾配を有するｐ＋層２２を形成することができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト４４に傾斜部４４ｈを形成したが、図７のように段差部としてもよい。また、イオン注入時のチャネリングを抑制するために、注入角度を７度等に注入角度を変えて注入してもよい。
【００６０】
上記各実施形態では、ＰＤ１２を構成するｎ型層２０と、ＶＣＣＤ１３を構成するｎ型層２１とを形成した後に、素子分離部１４を構成するｐ＋層２２を形成するようにしたが、これらの形成順序は、これに限ることなく、例えば、ｐ＋層２２を最初に形成するなど、任意の順序でよい。
【００６１】
また、上記各実施形態では、ＣＣＤイメージセンサ１０に本発明を適用した例を示したが、本発明は、これに限ることなく、光電変換部と電荷転送部との間に素子分離部が設けられた他のタイプの固体撮像素子に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０  ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像素子）
１１  ｎ型半導体基板
１２  ＰＤ（光電変換部）
１３  ＶＣＣＤ（電荷転送部）
１４  素子分離部
４０、４２、４４  フォトレジスト
４６、５０  フォトマスク
５４  ハーフトーンマスク
【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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