(57)【要約】【課題】色毎に受光領域となるｎ型拡散層の深さを変化させた固体撮像装置において、混色の発生を防止した構造を提供する。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置では、Ｇｒｅｅｎの画素を行方向に上下に並べ、その横にＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎの画素を行方向に並べた４つの画素を一つの繰り返し単位としている。また、断面構造として、ｎ型基板１０１の上にｐ型ウェル１０２が形成され、基板表面のうち、Ｂｌｕｅの受光部及びＲｅｄの受光部に対応する箇所にｐ＋拡散層（正孔蓄積層）１０３、１０５が、その下にそれぞれｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）１０４、１０６が形成されている。また、Ｒｅｄの画素のｎ型拡散層１０６の底部からＢｌｕｅの画素のｎ型拡散層１０４の下に延びるようにｎ型拡散層１０７が形成されている。ｎ型拡散層１０７はｎ型拡散層１０６と一体となってＲｅｄの画素における信号電荷蓄積層として機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が二次元状に配列された固体撮像装置であって、
前記複数の画素には、少なくとも第１の色を受光する第１の画素と、前記第１の色よりも長波長の第２の色を受光する第２の画素とを有し、
前記各画素において、半導体基板に形成された第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に形成された信号電荷蓄積層となる第１導電型拡散層とで構成される受光部を有し、
前記第２の画素における前記第１導電型拡散層の底部は、前記第１の画素における前記第１導電型拡散層の底部よりも深くなるように形成され、
前記第２の画素における前記第１導電型拡散層は、隣接する少なくとも一つの前記第１の画素における前記第１導電型拡散層の下に延びるように設けられた部分を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の画素と前記第２の画素とは行方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２の画素の面積が前記第１の画素の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の画素の前記第１導電型拡散層の底部に、前記第２の画素の前記第１導電型拡散層と離間して第２導電型拡散層が設けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の画素はＢｌｕｅ光を受光する画素であり、前記２の画素はＲｅｄ光を受光する画素であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の画素と前記第２の画素に対し列方向に隣接してＧｒｅｅｎ光を受光する２つの画素が設けられ、当該４画素を一つの繰り返し単位とすることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
複数の画素が二次元状に配列された固体撮像装置であって、
前記複数の画素は、少なくとも第１の色を受光する第１の画素と、前記第１の色よりも長波長の第２の色を受光する第２の画素とが交互に配列された第１の色系列と、前記第２の画素と、前記第２の色よりも長波長の第３の色を受光する第３の画素とが交互に配列された第２の色系列とが列方向に交互に配置され、
前記各画素において、半導体基板に形成された第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に形成された信号電荷蓄積層となる第１導電型拡散層とで構成される受光部を有し、
前記第１導電型拡散層の底部は、前記第３の画素、前記第２の画素、前記第１の画素の順に深くなるように形成され、
前記第１の色系列における前記第２の画素の前記第１導電型拡散層は、行方向に隣接する少なくとも一つの前記第１の画素の前記第１導電型拡散層の下に延びるように設けられた部分を有し、
前記第２の色系列における前記第３の画素の前記第１導電型拡散層は、行方向に隣接する少なくとも一つの前記第２の画素の前記第１導電型拡散層の下に延びるように設けられた部分を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１の色系列において、前記第１の画素と前記第２の画素とは行方向に交互に配置され、
前記第２の色系列において、前記第２の画素と前記第３の画素とは行方向に交互に配置されることを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１の色系列において、前記第２の画素の面積は前記第１の画素の面積よりも小さく、
前記第２の色系列において、前記第３の画素の面積は前記第２の画素の面積よりも小さいことを特徴とする請求項７または８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の色系列において、前記第１の画素の前記第１導電型拡散層の底部に、前記第２の画素の前記第１導電型拡散層と離間して第２導電型拡散層が設けられたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２の色系列において、前記第２の画素の前記第１導電型拡散層の底部に、前記第３の画素の前記第１導電型拡散層と離間して第２導電型拡散層が設けられたことを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の画素はＢｌｕｅ光を受光する画素であり、前記第２の画素はＧｒｅｅｎ光を受光する画素であり、前記３の画素はＲｅｄ光を受光する画素であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の色系列における前記第１の画素とそれに行方向に隣接する前記第２の画素及び前記第２の色系列における前記第２の画素とそれに行方向に隣接する前記第３の画素の計４画素で一つの繰り返し単位を形成し、当該繰り返し単位がベイヤー配列であることを特徴とする請求項１２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、ＣＣＤイメージセンサやＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの需要は年々高まる傾向にある。需要の増加につれ、カスタマー層も広がっている。現在こういったカスタマー層を含め、特に新たなカスタマー層の要望として、混色が少なく、高感度で、画面に現れる白キズ等が改善されている高Ｓ／Ｎであるカメラが要求されている。そこでカメラに搭載されるＣＣＤイメージセンサもこういったカスタマーの要求にこたえられる構造が要求されている。
【０００３】
特許文献１に開示された従来構造のＣＣＤイメージセンサについて図９を用いて説明する。図９はＩＴ（インタートランスファー）型ＣＣＤイメージセンサの断面構造図を示している。ｎ型基板１上にｐ型ウェル２が形成され、ｐ型ウェル２内には信号電荷蓄積層であるｎ型拡散層３及び正孔蓄積層であるｐ型拡散層４からなるフォトダイオード（以下、ＰＤという。）部および信号電荷転送部であるｎ型拡散層５からなる垂直ＣＣＤ（以下、ＶＣＣＤという）部が形成されている。ｐ型層拡散４は、ＶＣＣＤ部とＰＤ部との分離のためのチャネルストップに接続されている。ＶＣＣＤ部の上には絶縁膜６とその上に形成された転送電極７とからなるトランスファーゲート部が形成されている。この領域はＰＤ部からＶＣＣＤ部に電荷を読み出すための領域である。転送電極７上では絶縁膜を介してアルミニウム又はタングステン等の遮光膜８により覆われ、この遮光膜はＰＤ部上では開口される。遮光膜８はＰＳＧ等のシリコン酸化膜からなるカバー膜９に被膜される。また、カバー膜９の上には平坦化層１０が形成され、さらに平坦化層１０の上にはフォトダイオード部の上部に位置するようにマイクロレンズ１１が形成されている。
【０００４】
このような構造のＣＣＤイメージセンサにおいて、Ｓ／Ｎを劣化させる大きな要因として白キズ及び白線の発生がある。主に白キズはＰＤ内で発生し画面上に白い点として表示される。一方、白線はＶＣＣＤ領域内で発生する。原因としては幾つかの要因が考えられるが、第一に基板表面または基板内の結晶欠陥、第二に強電界に起因すると考えられており、実際にはこれらが複合した現象により発生する。また、感度の低下や混色もＳ／Ｎを劣化させる、大きな要因である。
【０００５】
白キズの発生確率を低減させるための一例として、色毎にＰＤ部のポテンシャルを変える構成が特許文献２に開示されている。図１０は、特許文献２に開示されたＰＤ部の深さ方向のポテンシャル分布を示した図であり、図９のＸ−Ｘ’断面に対応している。Ｂｌｕｅ光、Ｇｒｅｅｎ光、Ｒｅｄ光のそれぞれのＰＤに対して、ｎ型拡散層３に適正な信号電荷を蓄積し、過剰な信号電荷をｎ型基板１へオーバーフローするためのオーバーフローバリアの役割を担うｐ型ウェル２の位置をＢｌｕｅ，Ｇｒｅｅｎ，Ｒｅｄの順に深くしたものである。Ｂｌｕｅ光は、吸収長が短いために、オーバーフローバリアの位置が浅くても、殆どの光が吸収され、Ｇｒｅｅｎ光、Ｒｅｄ光に対しても、この順に吸収長が長くなることから、殆どの光が吸収される。そのため、波長の異なる各色がそれぞれ効率よく光電変換される。
【０００６】
また、ＧｒｅｅｎやＢｌｕｅ光を受光するＰＤでは、オーバーフローバリアを浅くしているので、基板深部に存在する結晶欠陥や重金属が原因で発生する白キズが低減される。図１０に示した構造によれば効率よく光電変換するとともに、白キズを防ぐという点では効果がある。しかしながら、Ｂｌｕｅ光に対するＰＤのオーバーフローバリアが浅いため、若干の光はオーバーフローバリアの位置よりも深い領域で光電変換されており、Ｂｌｕｅ光の感度が減少するという欠点があった。
【０００７】
そこで、感度向上のために、特許文献３には、信号蓄積層が最も拡がった領域の深さが色毎に異なるようにした構造が開示されている。図１１は、特許文献３に開示された従来のＰＤ部の断面模式図である。
【０００８】
ＰＤの不純物プロファイルを各画素が受け持つ色毎に最適化させるために、ＰＤ部分のｎ型不純物を複数回に分けてエネルギーやマスクパターンを変えてイオン注入を行い、基板の深さ方向への光電変換効率を上げている。すなわち、その深さをＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの順に深くかつ、少なくとも、オーバーフローバリアよりも浅い位置領域にｎ型不純物を拡大した層を形成し、感度向上を図っている。
【特許文献１】特開平６−４５５８３号公報
【特許文献２】特開２００４−８８６４４号公報
【特許文献３】特開２００３−８６７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に示した構造では、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄのｎ型領域の拡大領域が、隣接する他の色のＰＤのｎ型領域と接近しており、光電変換された後の信号電荷が互いに入り込みやすく、混色が起こりやすいという欠点がある。また、Ｂｌｕｅ光のＰＤのｎ型拡散領域が深く迄存在するため、Ｇｒｅｅｎ光やＲｅｄ光の回折光が入り込むために、混色が起こりやすくなっているという欠点がある。さらに、深く迄ｎ型領域があるために、白キズが増加するという欠点を持っている。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、白キズ等を低減しつつ、感度の向上が図れ、かつ混色が起こらない固体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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、複数の画素が二次元状に配列された固体撮像装置であって、前記複数の画素には、少なくとも第１の色を受光する第１の画素と、前記第１の色よりも長波長の第２の色を受光する第２の画素とを有し、前記各画素において、半導体基板に形成された第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に形成された信号電荷蓄積層となる第１導電型拡散層とで構成される受光部を有し、前記第２の画素における前記第１導電型拡散層の底部は、前記第１の画素における前記第１導電型拡散層の底部よりも深くなるように形成され、前記第２の画素における前記第１導電型拡散層は、隣接する少なくとも一つの前記第１の画素における前記第１導電型拡散層の下に延びるように設けられた部分を有することを特徴とする。
【００１２】
前記第１の画素と前記第２の画素とは行方向に交互に配置されていることが好ましい。
【００１３】
前記第２の画素の面積が前記第１の画素の面積よりも小さいことがさらに好ましい。
【００１４】
前記第１の画素の前記第１導電型拡散層の底部に、前記第２の画素の前記第１導電型拡散層と離間して第２導電型拡散層が設けられたことが好ましい。
【００１５】
前記第１の画素はＢｌｕｅ光を受光する画素であり、前記２の画素はＲｅｄ光を受光する画素であることが好ましい。
【００１６】
前記第１の画素と前記第２の画素に対し列方向に隣接してＧｒｅｅｎ光を受光する２つの画素が設けられ、当該４画素を一つの繰り返し単位とすることが好ましい。
【００１７】
本発明の別の固体撮像装置は、複数の画素が二次元状に配列された固体撮像装置であって、前記複数の画素は、少なくとも第１の色を受光する第１の画素と、前記第１の色よりも長波長の第２の色を受光する第２の画素とが交互に配列された第１の色系列と、前記第２の画素と、前記第２の色よりも長波長の第３の色を受光する第３の画素とが交互に配列された第２の色系列とが列方向に交互に配置され、前記各画素において、半導体基板に形成された第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に形成された信号電荷蓄積層となる第１導電型拡散層とで構成される受光部を有し、前記第１導電型拡散層の底部は、前記第３の画素、前記第２の画素、前記第１の画素の順に深くなるように形成され、前記第１の色系列における前記第２の画素の前記第１導電型拡散層は、行方向に隣接する少なくとも一つの前記第１の画素の前記第１導電型拡散層の下に延びるように設けられた部分を有し、前記第２の色系列における前記第３の画素の前記第１導電型拡散層は、行方向に隣接する少なくとも一つの前記第２の画素の前記第１導電型拡散層の下に延びるように設けられた部分を有することを特徴とする。
【００１８】
前記第１の色系列において、前記第１の画素と前記第２の画素とは行方向に交互に配置され、前記第２の色系列において、前記第２の画素と前記第３の画素とは行方向に交互に配置されることが好ましい。
【００１９】
前記第１の色系列において、前記第２の画素の面積は前記第１の画素の面積よりも小さく、前記第２の色系列において、前記第３の画素の面積は前記第２の画素の面積よりも小さいことが好ましい。
【００２０】
前記第１の色系列において、前記第１の画素の前記第１導電型拡散層の底部に、前記第２の画素の前記第１導電型拡散層と離間して第２導電型拡散層が設けられたことが好ましい。
【００２１】
前記第２の色系列において、前記第２の画素の前記第１導電型拡散層の底部に、前記第３の画素の前記第１導電型拡散層と離間して第２導電型拡散層が設けられたことがさらに好ましい。
【００２２】
前記第１の画素はＢｌｕｅ光を受光する画素であり、前記第２の画素はＧｒｅｅｎ光を受光する画素であり、前記３の画素はＲｅｄ光を受光する画素であることが好ましい。
【００２３】
前記第１の色系列における前記第１の画素とそれに行方向に隣接する前記第２の画素及び前記第２の色系列における前記第２の画素とそれに行方向に隣接する前記第３の画素の計４画素で一つの繰り返し単位を形成し、当該繰り返し単位がベイヤー配列であることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置は、上述の構造を備えることにより、受光する色に応じてオーバーフローバリアの深さを浅くし、白キズを低減するとともに、感度の向上が図れ、混色が起こりにくいという格段の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の構造模式図を示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ’方向の断面図である。
【００２６】
なお、図１における画素配列は、後述する一般的なベイヤー配列とは異なり、Ｇｒｅｅｎの画素を行方向に上下に並べ、その横にＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎの画素を行方向に並べた４つの画素を一つの繰り返し単位としている。また、図１に示していないが、ＰＤ部以外の構成は図９に示したのと同様である。
【００２７】
図１（ｂ）に示したように、ｎ型基板１０１の上にｐ型ウェル１０２が形成されている。基板表面のうち、Ｂｌｕｅの受光部及びＲｅｄの受光部に対応する箇所にｐ＋拡散層（正孔蓄積層）１０３、１０５が、その下にそれぞれｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）１０４、１０６が形成されている。また、Ｒｅｄの画素のｎ型拡散層１０６の底部からＢｌｕｅの画素のｎ型拡散層１０４の下に延びるようにｎ型拡散層１０７が形成されている。ｎ型拡散層１０７はｎ型拡散層１０６と一体となってＲｅｄの画素における信号電荷蓄積層として機能する。
【００２８】
ｎ型拡散層１０４とｐ型ウェル１０２との界面の位置は基板表面から１μｍ程度の深さに、ｎ型拡散層１０６とｐ型ウェル１０２との界面の位置は基板表面から４μｍ程度の深さにそれぞれあり、ＢｌｕｅのＰＤのオーバーフローバリア、ＲｅｄのＰＤのオーバーフローバリアを形成している。
【００２９】
図９に示したような構造において、マイクロレンズ１１を通って遮光膜８の開口部に入射したＲｅｄ光は、回折により基板表面と平行な方向に拡がるが、Ｂｌｕｅ光、Ｇｒｅｅｎ光に比べて波長が長いため、その拡がり度合いが大きくなる。
【００３０】
本実施形態によれば、上述の位置にｎ型拡散層１０７を設けることにより、回折によってＢｌｕｅの画素に拡がったＲｅｄ光を受光することができるため、Ｒｅｄ光の感度を向上させることができる。さらに、Ｂｌｕｅの画素のｎ型拡散層１０４とＲｅｄの画素のｎ型拡散領域１０７とは十分な距離があり、その間にバリアが形成されるので光電変換した電荷が拡散により混合されることはなく、混色は起こらない。また、Ｂｌｕｅの画素のオーバーフローバリアを浅くできるため、結晶欠陥等に起因する白キズ等を低減できる。
【００３１】
図２に本実施形態における固体撮像装置のフォトダイオード製造工程の模式図を示す。まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型基板１０１にｐ型ウェル１０２を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、Ｂｌｕｅの画素とＲｅｄの画素とにまたがる位置に、開口部を有するレジストパターン２０１を形成した後、リンまたはヒ素等のｎ型不純物イオンを所定の加速エネルギーで注入し、レジストパターン２０１を剥離した後、熱処理を行って、ｐ型ウェル１０２の内部にｎ型不純物拡散領域１０７を形成する。
【００３２】
図２（ｃ）に示すように、ＲｅｄのＰＤを形成する予定の位置に開口部を有するレジストパターン２０２を形成した後、リンまたはヒ素等のｎ型不純物イオンを、図２（ｂ）に示した工程におけるイオン注入の加速エネルギーよりも低いエネルギーで注入し、レジストパターン２０２を剥離した後、熱処理を行ってｎ型不純物拡散領域１０６を形成する。このとき、ｎ型不純物拡散領域１０６、１０７とは接するように形成する。
【００３３】
図２（ｄ）に示すように、ＢｌｕｅのＰＤを形成する予定の位置に開口部を有するレジストパターン２０３を形成した後、リンまたはヒ素等のｎ型不純物イオンを、図２（ｂ）に示した工程におけるイオン注入の加速エネルギーよりも低いエネルギーで注入し、レジストパターン２０３を剥離した後、熱処理を行って、ｎ型不純物拡散領域１０４を形成する。
【００３４】
最後に図２（ｅ）に示すように、ＢｌｕｅのＰＤを形成する予定の位置及びＲｅｄのＰＤを形成する予定の位置のそれぞれに、開口部を有するレジストパターン２０４を形成した後、ホウ素またはインジウム等のｐ型不純物を注入し、レジストパターン２０４を剥離した後、熱処理を行って、ｐ＋型不純物拡散領域１０３、１０５を形成する。
【００３５】
なお、ｎ型不純物拡散領域１０４の底部が基板表面から約１μｍとなるように、また、ｎ型不純物拡散領域１０６及びｎ型拡散領域１０７の底部がそれぞれ約４μｍとなるようにイオン注入の加速エネルギー及び熱処理条件が設定される。
【００３６】
本実施形態における製造方法によれば、ＢｌｕｅのＰＤに対応するｎ型不純物拡散領域１０４を形成する前に、ＲｅｄのＰＤに対応するｎ型不純物拡散領域１０７を形成するため、イオン注入工程におけるミキシング等が起こらず、所望の不純物プロファイルが得られ、混色等が起こらない。
【００３７】
（第２の実施形態）
図３に本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の構造模式図を示す。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＸ−Ｘ’方向の断面図である。
【００３８】
図３（ｂ）に示したように、ｎ型基板１０１の上にｐ型ウェル１０２が形成されている。基板表面のうち、Ｂｌｕｅの受光部及びＲｅｄの受光部に対応する箇所にｐ＋拡散層（正孔蓄積層）１０３、１０５が、その下にそれぞれｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）１０４、１０６が形成されている。また、Ｒｅｄの画素のｎ型拡散層１０６の底部からＢｌｕｅの画素のｎ型拡散層１０４の下に延びるようにｎ型拡散層１０７が形成されている。ｎ型拡散層１０７はｎ型拡散層１０６と一体となってＲｅｄの画素における信号電荷蓄積層として機能する。
【００３９】
ｎ型拡散層１０４とｐ型ウェル１０２との界面の位置は基板表面から１μｍ程度の深さに、ｎ型拡散層１０６とｐ型ウェル１０２との界面の位置は基板表面から４μｍ程度の深さにそれぞれあり、ＢｌｕｅのＰＤのオーバーフローバリア、ＲｅｄのＰＤのオーバーフローバリアを形成している。
【００４０】
図９に示したような構造において、マイクロレンズ１１を通って遮光膜８の開口部に入射したＲｅｄ光は、回折により基板表面と平行な方向に拡がるが、Ｂｌｕｅ光、Ｇｒｅｅｎ光に比べて波長が長いため、その拡がり度合いが大きくなる。
【００４１】
本実施形態によれば、上述の位置にｎ型拡散層１０７を設けることにより、回折によってＢｌｕｅの画素に拡がったＲｅｄ光の受光領域を大きくでき、Ｒｅｄ光の感度を向上させることができる。また、本実施形態では、Ｒｅｄ光を主に受光する領域がＢｌｕｅ光のそれよりも深くなることに着目し、Ｒｅｄ光の受光領域とＢｌｕｅ光の受光領域とを基板の深さ方向で見てオーバーラップさせることにより、Ｒｅｄの画素をＢｌｕｅの画素よりも小さくする構造としている。これによって、Ｂｌｕｅ光の受光面積が増大し、Ｂｌｕｅ光の感度を高くとれるという利点がある。また、Ｂｌｕｅの画素のｎ型拡散層１０４とＲｅｄの画素のｎ型拡散領域１０７とは十分な距離があり、その間にバリアが形成されるので光電変換した電荷が拡散により混合されることはなく、混色は起こらない。さらに、Ｂｌｕｅの画素のオーバーフローバリアを浅くできるため、結晶欠陥等に起因する白キズ等を低減できる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図４に本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の構造模式図を示す。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＸ−Ｘ’方向の断面図である。
【００４３】
本実施形態と第１の実施形態との相違点は、Ｂｌｕｅ光の受光領域であるｎ型拡散層１０４の直下にｐ＋拡散層１０８を設けたことである。この層を設けることにより、Ｂｌｕｅ光の受光領域であるｎ型拡散層１０４とＲｅｄ光の受光領域であるｎ型拡散層１０７との間の分離を強化でき、混色の発生をさらに抑制できるという特徴を有する。
【００４４】
（第４の実施形態）
図５に本発明の第４の実施形態における固体撮像装置の構造模式図を示す。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＹ１−Ｙ１’方向の断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＹ２−Ｙ２’方向の断面図である。なお、図５における画素配列は、図６に示した一般的なベイヤー配列であり、Ｂ、Ｇ、ＲはそれぞれＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの画素を示している。また、図５に示していないが、ＰＤ部以外の構成は図９に示したのと同様である。
【００４５】
本実施形態では、ベイヤー配列におけるＧｒｅｅｎ光を受光するフォトダイオードのプロファイルに特徴を持たせている。図５（ｂ）から明らかなように、Ｇ−Ｂ列におけるＧｒｅｅｎの画素では、ｐ＋拡散層１０９とｐ＋拡散層１０３とは基板表面から同じ深さであるが、Ｇｒｅｅｎ光を受光するｎ型拡散層１１０、１１１の底部は、Ｂｌｕｅ光を受光するｎ型拡散層１０４の底部よりも深くなるように、かつ、ｎ型拡散層１１１がｎ型拡散層１０４の下に延びるように形成されている。この受光層の位置関係は、第１〜第３の実施形態に示したＢ−Ｒ列の受光層の位置関係と相似であるが、ｎ型拡散層１１０、１１１の底部は、Ｇｒｅｅｎ光の受光感度が最大となるように深さが設定されている点で上記実施形態に示したのとは異なり、具体的には約２μｍ程度となるように形成される。また、Ｂｌｕｅ光を受光するｎ型拡散層１０４の底部の深さは約１μｍ程度である。
【００４６】
また、図５（ｃ）から明らかなように、Ｇ−Ｒ列におけるＧｒｅｅｎの画素では、隣接する画素の下に延びるｎ型拡散層は形成されず、基板表面からｐ＋拡散層１１２、ｎ型拡散層１１３が順に形成されている。ｎ型拡散層１１３の底部は約２μｍ程度であり、ｎ型拡散層１１０、１１１の底部と同じ深さとなるように設定されている。工程の簡略化のためには、ｎ型拡散層１１０、１１３を同じイオン注入工程で形成することが望ましい。
【００４７】
Ｒｅｄ光を受光するｎ型拡散層１０６、１０７の底部は、Ｇｒｅｅｎ光を受光するｎ型拡散層１１３の底部よりも深くなるように、かつ、ｎ型拡散層１０７がｎ型拡散層１１３の下に延びるように形成されている。この受光層の位置関係は、上記したＧ−Ｂ列の受光層の位置関係と相似であり、ｎ型拡散層１１０、１１１の底部は、Ｒｅｄ光の受光感度が最大となるように、具体的には約４μｍ程度となるように形成される。
【００４８】
本実施形態によれば、各色の画素における受光層の不純物プロファイルを上述のように設定することにより、回折によって隣接する画素に拡がった光、すなわち、Ｇ−Ｂ列におけるＢｌｕｅの画素に拡がったＧｒｅｅｎ光及びＧ−Ｒ列におけるＧｒｅｅｎの画素に拡がったＲｅｄ光をそれぞれ受光することができるため、Ｇｒｅｅｎ光、Ｒｅｄ光の感度を向上させることができる。さらに、Ｂｌｕｅの画素のｎ型拡散層１０４とＧｒｅｅｎの画素のｎ型拡散領域１１１、Ｇｒｅｅｎの画素のｎ型拡散層１１３とＲｅｄの画素のｎ型拡散領域１０７とはそれぞれ十分な距離があり、その間にバリアが形成されるので光電変換した電荷が拡散により混合されることはなく、混色は起こらない。また、各色の感度、分解能に応じてＢ、Ｇ、Ｒの画素におけるオーバーフローバリアの深さを設定できるため、高画質の画像を得ることができる。
【００４９】
本実施形態では、Ｂ、Ｇ、Ｒの画素におけるオーバーフローバリアの深さをそれぞれ約１μｍ、約２μｍ、約４μｍと設定したが、これは、色毎の基板表面からの光侵入深さと光電変換効率との関係を示した図７において、各色の光電変換効率が８５％程度となる位置を選択している。なお、図７におけるＢｌｕｅ光、Ｇｒｅｅｎ光、Ｒｅｄ光の波長はそれぞれ４５０ｎｍ、５３０ｎｍ、６００ｎｍとして計算している。また、Ｒｅｄ光の感度を得るために、Ｒｅｄ光のオーバーフローバリアの深さに合わせて、他の色の画素も同じ深さにバリアの深さを設定した従来の場合と比べて、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎの画素のオーバーフローバリアを浅くできるため、結晶欠陥等に起因する白キズ等を低減できる。
【００５０】
（第５の実施形態）
図８に本発明の第５の実施形態における固体撮像装置の構造模式図を示す。図８（ａ）は平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＹ１−Ｙ１’方向の断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）におけるＹ２−Ｙ２’方向の断面図である。
【００５１】
本実施形態によれば、Ｇ−Ｒ列において、Ｒｅｄ光を受光する領域がＧｒｅｅｎ光のそれよりも深くなることに着目し、Ｒｅｄ光の受光領域とＧｒｅｅｎ光の受光領域とを基板の深さ方向で見てオーバーラップさせることにより、第４の実施形態と比べてＲｅｄの画素をＧｒｅｅｎの画素よりも小さくする構造としている。また、Ｇ−Ｂ列において、Ｇｒｅｅｎの画素をＢｌｕｅの画素よりも小さくする構造としている。このようにすることで、各色の受光領域の面積あるいは体積を調整し、感度的にバランスのよいベイヤー配列の設計が可能となる。
【００５２】
なお、第４、第５の実施形態において、ｎ型拡散層１０４、１１３の底部にさらにｐ＋拡散層を設けてもよい。このようにすることで、ＢｌｕｅとＧｒｅｅｎの画素間、ＧｒｅｅｎとＲｅｄの画素間の分離がさらに強化され、混色が起こりにくくなる。
【００５３】
また、第１〜第５の実施形態では、ＣＣＤイメージセンサを例にとって説明したが、ＭＯＳイメージセンサに本発明に係る受光部の構造を適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る固体撮像装置は、出力画像の画質が良好なビデオムービーやデジタルスチルカメラ、携帯用のカメラ、医療用カメラ、監視用カメラ等に用いられるＣＣＤイメージセンサあるいはＭＯＳイメージセンサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の構造模式図
【図２】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置のフォトダイオード製造工程の模式図
【図３】本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の構造模式図
【図４】本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の構造模式図
【図５】本発明の第４の実施形態における固体撮像装置の構造模式図
【図６】ベイヤー配列の説明図
【図７】色毎の基板表面からの光侵入深さと光電変換効率との関係を示す図
【図８】本発明の第５の実施形態における固体撮像装置の構造模式図
【図９】従来のＩＴ型ＣＣＤイメージセンサの断面構造図
【図１０】従来のＰＤ部の深さ方向のポテンシャル分布を示した図
【図１１】従来のＰＤ部の断面模式図
【符号の説明】
【００５６】
１  ｎ型基板
２  ｐ型ウェル
３  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
４  ｐ型拡散層（正孔蓄積層）
５  ｎ型拡散層（信号電荷転送部）
６  絶縁膜
７  転送電極
８  遮光膜
９  カバー膜
１０  平坦化層
１１  マイクロレンズ
２０  シリコン基板
２１Ａ、Ｂ、Ｃ  センサ領域
２２  転送電極
２３  転送電極
２４  遮光膜
２５  カラーフィルタ
１０１  ｎ型基板
１０２  ｐ型ウェル
１０３  ｐ＋拡散層（正孔蓄積層）
１０４  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
１０５  ｐ＋拡散層（正孔蓄積層）
１０６  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
１０７  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
１０８  ｐ＋拡散層
１０９  ｐ＋拡散層（正孔蓄積層）
１１０  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
１１１  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
１１２  ｐ＋拡散層（正孔蓄積層）
１１３  ｎ型拡散層（信号電荷蓄積層）
２０１  レジストパターン
２０２  レジストパターン
２０３  レジストパターン
【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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