(57)【要約】【課題】画素サイズの微細化による飽和電荷量の低下と、感度の低下とを抑制できるようにする。【解決手段】固体撮像素子は、半導体層３１の上部に行列状に配置して形成された複数の単位画素１３を備えている。各単位画素１３は、半導体層３１の内部に形成されたｎ型の第１の半導体領域３２と、該第１の半導体領域３２の上に形成されたｐ型の第２の半導体領域３３とを有している。第２の半導体領域３３は、該第２の半導体領域３３の一部が第１の半導体領域３２の深さ方向に延びる少なくとも１つの延伸部３３ａを有し、第１の半導体領域３２と第２の半導体領域３３及びその延伸部３３ａとは接合容量を形成し、延伸部３３ａは半導体層３１の表面からの深さに応じて異なる不純物濃度を有している。【選択図】図３
2011108824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層の上部に行列状に配置して形成された複数の単位画素を備え、
前記各単位画素は、前記半導体層の内部に形成された第１導電型の第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域の上に形成された第２導電型の第２の半導体領域とを有し、
前記第２の半導体領域は、該第２の半導体領域の一部が前記第１の半導体領域の深さ方向に延びる少なくとも１つの延伸部を有し、
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域及びその延伸部とは接合容量を形成し、
前記延伸部は、前記半導体層の表面からの深さに応じて異なる不純物濃度を有していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記延伸部の不純物濃度は、前記半導体層の深さに比例して低下することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記延伸部は、前記半導体層の表面に平行な方向の断面の面積が前記半導体層の表面からの深さに応じて異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記延伸部は、前記複数の単位画素が形成された画素形成領域における各単位画素の配置位置に応じて、前記第１の半導体領域内での形成位置が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記半導体層の表面とは反対側の裏面から電磁波が入射されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記各単位画素は、それぞれ電磁波の入射側に形成されたカラーフィルタを有し、
前記各単位画素に形成された前記延伸部の長さは、前記カラーフィルタにより透過される光の波長領域に応じて異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、被写体の画像情報を取得するデバイスとして、ビデオカメラ、デジタルカメラ又は携帯電話機の付属カメラ等に搭載されている。固体撮像素子は、複数の画素が２次元のアレイ状に配列して形成されており、各画素は半導体基板に形成された光電変換部と回路部とを有している。被写体から各画素に入射した光は光電変換部において電荷に変換され、変換され発生した電荷は、所定の期間、光電変換部に蓄積される。その後、回路部から電気信号として出力される。
【０００３】
光電変換部は、ｎ型半導体領域とその周囲に設けられたｐ型半導体領域とのｐｎ接合からなり、該ｐｎ接合による接合容量に電荷が蓄積される。一般に、半導体基板とその上に形成される絶縁膜との界面で発生する暗電流を低減するため、半導体基板の表面近傍には、高濃度のｐ型半導体領域が形成される。ｐ型半導体領域はｎ型半導体領域とｐｎ接合を形成しており、その不純物濃度が高濃度であることから、このｐｎ接合が光電変換部の接合容量の大部分を占めている。
【０００４】
近年、固体撮像素子の小型化と画像の高解像化とに向けて、画素の微細化がますます進展している。画素の微細化に伴い、光電変換部の面積が狭小化して、光電変換部内に蓄積可能な電子の数（飽和電荷量）が著しく減少している。サイズ（平面寸法）が５μｍを超える画素では４万個以上の電子を蓄積することができるのに対し、サイズが２μｍ以下に微細化された画素では１万個以上の電子を蓄積することは困難である。飽和電荷量の減少は、固体撮像素子のダイナミックレンジの低下を招くため、微細化された画素によって良質な画像を得ることが難しくなっている。
【０００５】
画素における飽和電荷量（Ｑ）は、光電変換部の接合容量（Ｃ）と電位ポテンシャル（Ｖ）とを用いて、Ｑ＝Ｃ×Ｖと表される。固体撮像素子の電源電圧の制約から、電位ポテンシャルを大きくすることは難しいため、飽和電荷量を向上するには、光電変換部の接合容量を増やす方法が有効である。
【０００６】
そこで、以下に挙げる特許文献１及び特許文献２には、光電変換部における接合容量を増大することができる固体撮像素子が記載されている。
【０００７】
まず、特許文献１においては、ｎ型半導体領域にｐ型半導体領域を埋め込むことによってｐｎ接合を増設し、これにより光電変換部の接合容量を増大している。ここで、埋め込みｐ型半導体領域は、周囲に形成されたチャネルストップ領域又は半導体基板の表面に形成された導電層を介して電気的に接続されて、電位の安定化が図られている。
【０００８】
また、特許文献２においては、複数のｎ型半導体領域を異なる深さで形成し、その間にｐ型半導体領域を形成することによってｐｎ接合を増設し、これにより光電変換部の接合容量を増大している。ここで、ｎ型半導体領域同士の間に形成されたｐ型半導体領域は完全に空乏化されないようにすることにより、バイアス印加時においても接合容量を保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２０７５２０号公報
【特許文献２】特開２００７−１８４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の固体撮像素子は、いずれも埋め込みｐ型半導体領域の不純物濃度分布については言及されておらず、埋め込みｐ型半導体領域で発生した電荷は、拡散によって埋め込みｐ型半導体領域内を任意に移動する。このため、電荷はｐ型半導体領域と接続されたチャネルストップ領域又は導電層を通って隣接する画素内に混入するおそれがあり、画素内への電荷の混入が感度の低下及び混色の原因となる。
【００１１】
また、埋め込みｐ型半導体領域は、その不純物濃度が高濃度であるため、この高濃度領域で発生した電荷は正孔との再結合によって消滅する可能性が高く、これにより感度が低下する。
【００１２】
また、埋め込みｐ型半導体領域は、光電変換部のほぼ全域に形成されており、感度がさらに低下する。従って、画素サイズを微細化した場合には、飽和電荷量と共に感度も低下してしまい、上記の各文献に記載された埋め込みｐ型半導体領域を形成すると、感度がさらに低下するという問題がある。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題を解決し、画素サイズの微細化による飽和電荷量の低下と、感度の低下とを抑制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】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明は、固体撮像素子を、光電変換部におけるｐｎ接合の接合容量の増大を図る、上部に形成された一の導電型の半導体領域に、該半導体領域から他の導電型の半導体領域の深さ方向に延びる延伸部を設ける構成とし、さらに、該延伸部における不純物濃度を深さに応じて異なる構成とする。
【００１５】
具体的に、本発明に係る固体撮像素子は、半導体層の上部に行列状に配置して形成された複数の単位画素を備え、各単位画素は、半導体層の内部に形成された第１導電型の第１の半導体領域と、第１の半導体領域の上に形成された第２導電型の第２の半導体領域とを有し、第２の半導体領域は、該第２の半導体領域の一部が第１の半導体領域の深さ方向に延びる少なくとも１つの延伸部を有し、第１の半導体領域と第２の半導体領域及びその延伸部とは接合容量を形成し、延伸部は、半導体層の表面からの深さに応じて異なる不純物濃度を有していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の固体撮像素子において、延伸部の不純物濃度は、半導体層の深さに比例して低下していてもよい。
【００１７】
本発明の固体撮像素子において、延伸部は、半導体層の表面に平行な方向の断面の面積が半導体層の表面からの深さに応じて異なっていてもよい。
【００１８】
本発明の固体撮像素子において、延伸部は、複数の単位画素が形成された画素形成領域における各単位画素の配置位置に応じて、第１の半導体領域内での形成位置が異なっていてもよい。
【００１９】
本発明の固体撮像素子において、半導体層の表面とは反対側の裏面から電磁波が入射されてもよい。
【００２０】
本発明の固体撮像素子において、各単位画素はそれぞれ電磁波の入射側に形成されたカラーフィルタを有し、各単位画素に形成された延伸部の長さは、カラーフィルタにより透過される光の波長領域に応じて異なっていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る固体撮像素子によると、互いに導電型が異なる第１の半導体領域と第２の半導体領域及びその延伸部の周囲とによって接合容量を増大することができるため、各単位画素の飽和電荷量を増大することができる。また、第２の半導体領域の延伸部における不純物濃度は一様ではなく、例えば、濃度勾配が形成されているとすると、延伸部の内部で発生した電荷のトラップ及び導電層への拡散を抑制することができるため、感度の低下をも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子における単位画素を示す模式的な回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子における単位画素を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子における単位画素を示す模式的な平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子における画素部を示す模式的な部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１に第１の実施形態に係る、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像素子の模式的な構成を示す。図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子は、複数の単位画素１３が行列状に配置されてなる画素部１１と、該画素部１１の周辺部に配置された周辺回路部１２とを備えている。
【００２５】
周辺回路部１２は、単位画素１３を駆動する駆動信号を送出する水平シフトレジスタ１４及び垂直シフトレジスタ１５と、画素部１１ととの間に配置されたノイズ除去回路１６と、該ノイズ除去回路１６と接続され、画像信号を出力するアンプ回路１７とによって構成されている。
【００２６】
なお、本実施形態は、ＭＯＳ型の固体撮像素子を例に挙げて説明するが、本発明はＭＯＳ型に限られず、ＣＣＤ(Charge Coupled Device）型の固体撮像素子でも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
図２に第１の実施形態に係る固体撮像素子における単位画素１３の模式的な回路構成を示す。単位画素１３は、フォトダイオードからなる光電変換部２１と信号読み出し回路２２とを含む。信号読み出し回路２２は、ゲートに転送信号を受け、ソースがフォトダイオードと接続され、ドレインがフローティングディフュージョン部２４と接続された、電荷を転送する第１のトランジスタ２３と、ゲートにリセット信号を受け、ドレインが電源と接続され、ソースがフローティングディフュージョン部２４と接続され、蓄積された電荷をリセットする第２のトランジスタ２５と、ゲートがフローティングディフュージョン部２４と接続され、ドレインが電源と接続され、信号を増幅する第３のトランジスタ２６と、ゲートに選択信号を受け、ドレインが第３のトランジスタ２６のソースと接続され、ソースが信号線２８と接続され、画素選択を行う第４のトランジスタ２７とによって構成されている。なお、本実施形態においては、信号読み出し回路２２を４つのトランジスタを含む回路構成としたが、回路構成はこれに限られない。また、信号読み出し回路２２の一部、例えば第４のトランジスタ２７等は複数の単位画素１３の間で共用されていてもよい。
【００２８】
ところで、各単位画素１３に入射される光（電磁波）は、光電変換部２１で光電変換され、変換により生成された電荷は、所定の期間、光電変換部２１に蓄積される。続いて、第２のトランジスタ２５をＯＮ（オン）状態とし、フローティングディフュージョン部２４をリセットする。このリセット動作の後に、第１のトランジスタ２３をＯＮ状態とすることにより、光電変換部２１に蓄積されている電荷をフローティングディフュージョン部２４に転送する。フローティングディフュージョン部２４において、転送された電荷は電圧信号に変換され、第３のトランジスタ２６のゲートに印加される。このとき、図１に示す水平シフトレジスタ１４及び垂直シフトレジスタ１５を用いて、ＸＹアドレス方式により第４のトランジスタ２７をＯＮ状態とすることにより、第３のトランジスタ２６を介して電気信号が信号線２８に出力される。さらに、出力された電気信号はノイズ除去回路１６によって信号に混入するノイズが除去されて、アンプ回路１７から出力される。
【００２９】
図３に第１の実施形態に係る固体撮像素子における単位画素１３の模式的な断面構成を示す。図３に示すように、単位画素１３は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体層３１の内部に形成されたｎ型の第１の半導体領域３２と、該第１の半導体領域３２の上に上面を露出して形成されたｐ型の第２の半導体領域３３と、半導体層３１の上における第２の半導体領域３３の側方の領域に形成され、第１のトランジスタ２３を構成するゲート電極３４と、半導体層３１の上部におけるゲート電極３４に対して第２の半導体領域３３の反対側の領域に形成されたフローティングディフュージョン部２４とを有している。なお、各単位画素１３をそれぞれ電気的に分離するＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）等の素子分離が形成されていてもよい。
【００３０】
本実施形態の特徴として、第２の半導体領域３３は、第１の半導体領域３２の内部（深さ方向）に向かって延伸する延伸部３３ａを有している。ここで、延伸部３３ａの下端部は、第１の半導体領域３２の底部とは接していない。さらに、延伸部３３ａにおけるｐ型の不純物濃度は、半導体層３１の表面からの深さに応じて異なっている。さらに、延伸部３３ａの不純物濃度は、半導体層３１の表面からの深さに比例して低下していることが好ましい。また、第２の半導体領域３３の不純物濃度は、半導体層３１の表面近傍における暗電流を抑制するために高濃度であることが好ましい。例えば、半導体層３１の表面近傍に形成された第２の半導体領域３３の不純物濃度は、例えばボロン（Ｂ）をドーパントとして、１×１０１８ｃｍ−３であり、延伸部３３ａの不純物濃度は、半導体層３１の表面から下端部に向かって１×１０１８ｍ−３から１×１０１６ｃｍ−３まで変化する。
【００３１】
半導体層３１は、ｐ型のエピタキシャル層、又はｎ型のエピタキシャル層中に形成されたｐ型のウェルによって形成される。なお、半導体層３１及び第２の半導体領域３３は、電圧を印加することによって、それぞれの電位が安定化されていることが好ましい。
【００３２】
半導体層３１と第１の半導体領域３２、及び第１の半導体領域３２と第２の半導体領域３３とはそれぞれｐｎ接合を形成する。図２に示す光電変換部２１は、半導体層３１、第１の半導体領域３２及び第２の半導体領域３３により形成されるｐｎ接合により生じる空乏層からなる。従って、光電変換部２１の接合容量は、全てのｐｎ接合の合成容量となる。接合容量（Ｃ）はＣ＝εｒ×ε０×Ｓ／ｄで表すことができる。ここで、εｒは半導体層３１の比誘電率、ε０は真空の誘電率、Ｓはｐｎ接合の全面積、及びｄはｐｎ接合の空乏層幅（厚さ）である。誘電率εｒは材料固有であること、空乏層幅ｄを小さくすると、光電変換部２１が狭小化して、感度の低下が懸念されることから、接合容量Ｃを増大するには、ｐｎ接合の面積Ｓを拡大することが有効な手段となる。
【００３３】
図４に第１の実施形態に係る固体撮像素子における単位画素１３の模式的な平面構成を示す。図４に示すように、単位画素１３は、半導体層３１の内部に形成されたｎ型の第１の半導体領域３２と、第１の半導体領域３２の上に該第１の半導体領域３２を覆うように形成されたｐ型の第２の半導体領域３３と、第２の半導体領域３３の一側方に間隔をおいて形成されたフローティングディフュージョン部２４と、第２の半導体領域３３とフローティングディフュージョン部２４との間の領域に形成された第１のトランジスタのゲート電極３４と、第２の半導体領域の他の側方に間隔をおいて形成された第２のトランジスタのゲート電極４１、第３のトランジスタのゲート電極４２及び第４のトランジスタのゲート電極４３とを有している。なお、本実施形態に係る固体撮像素子は、図４に示すレイアウトに限られず、これと異なるレイアウトでも同様の効果を得ることができる。
【００３４】
ここで、ｐ型の第２の半導体領域３３からその下方に、すなわち第１の半導体領域３２の内部に延びるｐ型の延伸部３３ａは、その周囲をｎ型の第１の半導体領域３２に囲まれるため、延伸部３３ａの表面積の分だけｐｎ接合の面積を拡大することができる。このため、図２に示す光電変換部２１の接合容量を増大することができる。
【００３５】
また、延伸部３３ａにおける半導体層３１の表面に平行な方向の断面の面積を半導体層３１の表面からの深さに応じて異ならせることにより、延伸部３３ａの表面積を増やすことができるため、さらに接合容量を増大することができる。例えば、単位画素１３を微細化した場合は、延伸部３３ａの体積を可能な限り減少して、光電変換部２１を広く確保し、その感度を維持する必要がある。そこで、延伸部３３ａの半導体層３１の表面に平行な方向の断面の面積を半導体層３１の表面からの深さ方向に沿って小さくすることにより、延伸部３３ａの体積を低減した状態で、ある程度の表面積を稼ぐことができる。
【００３６】
なお、延伸部３３ａは、第１の半導体領域３２の内部に複数個が形成されていてもよく、その分、ｐｎ接合の接合容量を増やすことができる。
【００３７】
単位画素１３に入射した光は、前述したように、図２に示す光電変換部２１によって光電変換され、変換により生成された電荷は、所定の期間、光電変換部２１に蓄積される。入射した光は延伸部３３ａにおいても光電変換され、光電変換部２１と同様に電荷が生成される。そこで、延伸部３３ａにおけるｐ型の不純物濃度を半導体層３１の深さに比例して低下させると、延伸部３３ａの電位ポテンシャルに半導体層３１の表面から深部へ向かう滑らかな勾配を形成することができる。このため、延伸部３３ａの電位ポテンシャル内に電荷がトラップされることはなく、延伸部３３ａにおいて生成された電荷が半導体層３１の表面側に拡散することもない。これにより、延伸部３３ａにおいて生成された電荷を電位ポテンシャルが最も深い光電変換部２１に効率良く収集することができるようになるため、延伸部３３ａによる感度の低下を抑制することができ、且つ、隣接する単位画素１３への混色をも抑制することができる。
【００３８】
なお、図４においては、延伸部３３ａが第１の半導体領域３２の中心部に配置された例を示したが、延伸部３３ａは単位画素１３ごとに形成位置が異なっていてもよい。図１に示す固体撮像素子の画素部１１に入射する光は、画素部１１の中央領域と周辺領域とでは入射角度が異なり、画素部１１の中央領域から周辺領域に向かうにつれて入射角度が大きくなる。このため、画素部１１における各単位画素１３の配置位置に応じて、光電変換部２１における光の光電変換領域が異なる。例えば、画素部１１の中央領域においては、第１の半導体領域３２の中心部に光が入射しやすいため、延伸部３３ａを第１の半導体領域３２の中心部からずらして形成することにより、延伸部３３ａにおいて光電変換される光量を減らすことができる。逆に、周辺領域においては、第１の半導体領域３２の中心部からずれた位置に光が入射しやすいため、延伸部３３ａを第１の半導体領域３２の中心部に形成することにより、延伸部３３ａにおいて光電変換される光量を減らすことができる。
【００３９】
また、第１の実施形態は、半導体層３１の表面（第２の半導体領域３３の形成面）とは反対側の裏面から光を入射する、いわゆる裏面照射型の固体撮像素子として使用するとさらに効果を発揮する。裏面側から光を入射した場合は、裏面から延伸部３３ａまである程度の距離があるため、入射された光はその間に光電変換部２１で吸収される結果、延伸部３３ａまで到達する光量が減少する。このため、延伸部３３ａにおいて光電変換により生成される電荷が減少するので、単位画素１３の感度の低下をさらに抑制することができる。
【００４０】
以上説明したように、第１の実施形態に係る固体撮像素子は、光電変換部２１の接合容量を増大することができ、且つ、該接合容量を増大するために設けた延伸部３３ａによる感度の低下をも抑制することができる。このため、固体撮像素子におけるダイナミックレンジを向上することができ、その結果、良質な画像を得ることが可能となる。
【００４１】
なお、第１の実施形態においては、第１の半導体領域３１の導電型をｎ型とし、第２の半導体領域３２及びその延伸部３２ａの導電型をｐ型としたが、これとは逆に、第１の半導体領域３１の導電型をｐ型とし、第２の半導体領域３２及びその延伸部３２ａの導電型をｎ型としてもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図５は第２の実施形態に係る裏面照射型の固体撮像素子における複数の単位画素１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃの模式的な断面構成を示している。図５に示すように、第１の単位画素１３Ａは、例えばシリコンからなる半導体層３１の内部に形成されたｎ型の第１の半導体領域６１と、該第１の半導体領域６１の上に上面を露出して形成されたｐ型の第２の半導体領域６２と、半導体層３１の上における第２の半導体領域６２の側方の領域に形成され、第１のトランジスタを構成するゲート電極３４と、半導体層３１の上部におけるゲート電極３４に対して第２の半導体領域６２の反対側の領域に形成されたフローティングディフュージョン部２４とを有している。ｐ型の第２の半導体領域６２の中央部の下側には、下方に延びるｐ型の延伸部６２ａが形成されている。また、第２の半導体領域６２の表面とは反対側の裏面には絶縁層５１を介在させて、例えばレッド領域の光を透過する第１のカラーフィルタ５２ａが形成されている。
【００４４】
第２の単位画素１３Ｂは、半導体層３１の内部に形成されたｎ型の第１の半導体領域７１と、該第１の半導体領域７１の上に上面を露出して形成されたｐ型の第２の半導体領域７２と、半導体層３１の上における第２の半導体領域７２の側方の領域に形成され、第１のトランジスタを構成するゲート電極３４と、半導体層３１の上部におけるゲート電極３４に対して第２の半導体領域７２の反対側の領域に形成されたフローティングディフュージョン部２４とを有している。ｐ型の第２の半導体領域７２の中央部の下側には、下方に延びるｐ型の延伸部７２ａが形成されている。また、第２の半導体領域７２の表面とは反対側の裏面には絶縁層５１を介在させて、例えばグリーン領域の光を透過する第２のカラーフィルタ５２ｂが形成されている。
【００４５】
第３の単位画素１３Ｃは、半導体層３１の内部に形成されたｎ型の第１の半導体領域８１と、該第１の半導体領域８１の上に上面を露出して形成されたｐ型の第２の半導体領域８２と、半導体層３１の上における第２の半導体領域８２の側方の領域に形成され、第１のトランジスタを構成するゲート電極３４と、半導体層３１の上部におけるゲート電極３４に対して第２の半導体領域８２の反対側の領域に形成されたフローティングディフュージョン部２４とを有している。ｐ型の第２の半導体領域８２の中央部の下側には、下方に延びるｐ型の延伸部８２ａが形成されている。また、第２の半導体領域８２の表面とは反対側の裏面には絶縁層５１を介在させて、例えばブルー領域の光を透過する第３のカラーフィルタ５２ｃが形成されている。
【００４６】
なお、本実施形態においては、カラーフィルタ５２の構成をレッド、グリーン及びブルーとしたが、カラーフィルタ５２の構成はこれに限られない。また、各単位画素１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃの間には、これらを互いに分離するＳＴＩ等の素子分離が形成されていてもよい。
【００４７】
第２の実施形態の特徴として、ｐ型の第２の半導体領域６２の延伸部６２ａ、第２の半導体領域７２の延伸部７２ａ、及び第２の半導体領域８２の延伸部８２ａのそれぞれの深さ方向の長さは、各単位画素１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃに設けられた各カラーフィルタ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃがそれぞれ透過する光の波長領域に応じて異なっている。さらに、各延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａの不純物濃度は、半導体層３１の表面からの深さに応じて異なっている。また、各延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａの不純物濃度は、半導体層３１の表面から深くなるにつれて低下していることが好ましい。
【００４８】
また、第２の半導体領域６２、７２及び８２は、半導体層３１の表面近傍での暗電流を抑制するために高濃度の不純物濃度であることが好ましい。例えば、半導体層３１の表面近傍に形成された第２の半導体領域６２、７２及び８２の各不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３であり、各延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａの不純物濃度は、半導体層３１の表面から深さ方向に向かって１×１０１８ｍ−３から１×１０１６ｃｍ−３まで変化している。
【００４９】
ところで、光はその波長に応じて半導体層３１内での吸収係数が異なるという特性を有している。光の波長が短い程、半導体層３１内での吸収係数が大きく、半導体層３１の裏面側からみて半導体層３１の浅い領域でほとんど吸収されてしまう。この特性を利用して、波長が短い光を受光する単位画素、例えば第３の単位画素１３Ｃにおいては、延伸部８２ａを長く形成しても、入射光が該延伸部８２ａに到達することはほとんどない。従って、第３の単位画素１３Ｃにおいて、第３の単位画素１３Ｃにおける感度の低下を抑制することができる。一方、波長が長い光は、裏面側からみて半導体層３１の深い領域（半導体層３１の表面側）にまで透過するため、例えば第１の単位画素１３Ａの延伸部６２ａを短く形成することにより、第１の単位画素１３Ａにおける感度の低下を抑制することができる。
【００５０】
従って、図５に示すように、ブルーの光を透過する第３のカラーフィルタ５２ｃを有する第３の単位画素１３Ｃにおける延伸部８２ａが最も長く、グリーンの光を透過する第２のカラーフィルタ５２ｂを有する第２の単位画素１３Ｂにおける延伸部７２ａ、続いてレッドの光を透過する第１のカラーフィルタ５２ａを有する第１の単位画素１３Ａにおける延伸部６２ａの順にそれぞれ短くしている。このような構成とすることにより、光電変換部における接合容量を増大することができ、且つ、カラーごとの感度の低下をも最小限に抑制することができる。なお、図５に示すカラーフィルタ５２の構成と異なる構成を採るカラーフィルタにおいても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
もちろん、本発明は、表面照射型の固体撮像素子においても、各延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａの長さをカラーフィルタ５２が透過する光の波長領域に応じて変化させることによって、各単位画素１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃにおける感度の低下を抑制することができる。例えば、半導体層３１の表面側からみて深い領域にまで透過するレッド領域の光を受光する第１のカラーフィルタ５２ａを有する第１の単位画素１３Ａにおける延伸部６２ａの長さは、他のカラーフィルタ５２ｂ、５２ｃを有する単位画素１３Ｂ、１３Ｃにおける延伸部７２ａ、８２ａよりも短く形成する。このようにすると、各延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａにおいて吸収される光量を減らすことができるため、各単位画素１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃにおける感度の低下を抑制することができる。
【００５２】
なお、表面照射型の固体撮像素子においても、グリーン領域の光を受光する第２のカラーフィルタ５２ｂを有する第２の単位画素１３Ｂにおける延伸部７２ａの長さを、ブルー領域の光を受光する第３のカラーフィルタ５２ｃを有する第３の単位画素１３Ｃにおける延伸部８２ａよりも短く形成してもよい。すなわち、ブルー領域の光は半導体層３１の表面側からみて浅い領域でほとんど吸収されるため、第３の単位画素１３Ｃにおいては、その感度を低下させることがないので、半導体層３１の深部にまで延伸部８２ａを形成してもよい。
【００５３】
以上説明したように、第２の実施形態に係る固体撮像素子は、光電変換部の接合容量を増大することができ、且つ、ｐｎ接合の接合容量を増大するために設けた各カラーごとの延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａによる感度の低下をも抑制することができる。このため、固体撮像素子におけるダイナミックレンジを向上することができ、その結果、良質な画像を得ることが可能となる。
【００５４】
なお、第２の実施形態においては、第１の半導体領域６１、７１及び８１の導電型をそれぞれｎ型とし、第２の半導体領域６２、７２及び８２並びに各延伸部６２ａ、７２ａ及び８２ａの導電型をそれぞれｐ型としたが、それぞれを逆の導電型としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る固体撮像素子は、画素における飽和電荷量を増大することができ、且つ感度の低下を抑えることができ、その結果、微細化された画素での飽和電荷量の減少によるダイナミックレンジの低下を防ぐと共に、良質な画像を得ることができ、ビデオカメラ、デジタルカメラ及び携帯電話機の付属カメラ等に搭載される固体撮像素子等に有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１１    画素部
１２    周辺回路部
１３    単位画素
１３Ａ  第１の単位画素
１３Ｂ  第２の単位画素
１３Ｃ  第３の単位画素
１４    水平シフトレジスタ
１５    垂直シフトレジスタ
１６    ノイズ除去回路
１７    アンプ回路
２１    光電変換部
２２    信号読み出し回路
２３    第１のトランジスタ
２４    フローティングディフュージョン部
２５    第２のトランジスタ
２６    第３のトランジスタ
２７    第４のトランジスタ
２８    信号線
３１    半導体層
３２    第１の半導体領域
３３    第２の半導体領域
３３ａ  延伸部
３４    ゲート電極
４１    ゲート電極
４２    ゲート電極
４３    ゲート電極
５１    絶縁層
５２    カラーフィルタ
５２ａ  第１のカラーフィルタ
５２ｂ  第２のカラーフィルタ
５２ｃ  第３のカラーフィルタ
６１    第１の半導体領域
６２    第２の半導体領域
６２ａ  延伸部
７１    第１の半導体領域
７２    第２の半導体領域
７２ａ  延伸部
８１    第１の半導体領域
８２    第２の半導体領域
８２ａ  延伸部
【図１】
2011108824.tif 000003
【図２】
2011108824.tif 000004
【図３】
2011108824.tif 000005
【図４】
2011108824.tif 000006
【図５】
2011108824.tif 000007