(57)【要約】【課題】転送トランジスタのゲート電圧を、ゲート下電位がＦＤ部より高くなるようにする場合であってもフォトダイオードへの電荷の逆流を防止する固体撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の固体撮像装置において各画素セル１３は、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオード５と、フォトダイオード５の前記信号電荷を転送する転送トランジスタ６と、転送された信号電荷を蓄積するＦＤ部１０と、転送トランジスタ６のゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードからＦＤ部１０への電荷転送路となる制御注入層１とを備え、制御注入層１の不純物濃度は、半導体基板の表面側よりも基板側の方が濃い。【選択図】図２
2008004682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置であって、
各画素セルは、
入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、
転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、
前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層と
を備え、
前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃い
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記駆動部は、電源電圧を昇圧する昇圧回路を有し、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、前記昇圧回路によって昇圧された電圧を前記転送トランジスタのゲートに印加する
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】
前記駆動部は、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給する
ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記フォトダイオードは、前記制御注入層よりも下部に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記浮遊拡散層と前記制御注入層の境界面は、前記浮遊拡散部側の前記ゲートの端部よりも前記フォトダイオード寄りに形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の駆動方法であって、
各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、
前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃く、
固体撮像装置の駆動方法は、
前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給する
ことを特徴とする駆動方法。
【請求項７】
前記転送パルスは、電源電圧よりも高い電圧に立ち上がり、二段階で立ち下がる
ことを特徴とする請求項６記載の駆動方法。
【請求項８】
半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の製造方法であって、
各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、
前記固体撮像装置の製造方法は、
前記フォトダイオードを形成するステップと
前記制御注入層の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなるように前記制御注入層を形成するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項９】
前記制御注入層を形成するステップは、
前記制御注入層の基板側領域に不純物を第１の濃度で注入するステップと、
前記制御注入層の表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で不純物を注入することによりを形成するステップと、
を有することを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
前記制御注入層を形成するステップは、
前記制御注入層の領域に第１導電型の不純物を第１の濃度で注入するステップと、
前記制御注入層の表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で、第２導電型の不純物を注入することによりを形成するステップと、
を有することを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１１】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
前記フォトダイオードの形成後に前記転送トランジスタのゲートを形成するステップと有し、
前記制御注入層を形成するステップは、前記ゲート形成後に、前記制御注入層の領域に不純物を注入する
ことを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換部がアレイ状に配置された固体撮像装置、その駆動方法及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳ型固体撮像装置において、小型化の要求が高まっている。一方、画質向上も必要とされており、光電変換部であるフォトダイオード（ＰＤ）部の飽和電子数を増大させる必要がある。また、飽和電子数を増大させると読み出し不良がおこりやすくなり残像不良になってしまう。このためフォトダイオードの高容量化と蓄積電荷の完全転送が必要である。
【０００３】
固体撮像装置のフォトダイオード高容量化と電荷の完全転送のためゲート電圧を電源電圧より昇圧して使用する方法が提案されている。
【０００４】
従来の固体撮像装置はゲート電圧を昇圧回路にて電源電圧より高くすることでゲート下電荷転送路のエレクトロンポテンシャルを下げることで読み出し特性を改善しようとしている。例えば、非特許文献１では、読み出しを改善するゲート電圧を電源電圧２．５Ｖに対し３．３Ｖの１．３２倍まで考察している。転送トランジスタの一般的な変調度は０．６５〜０．７５であり、例えば、ゲート電極の電位が３．３Ｖのときゲート下の電荷転送路の電位は２．１４〜２．４７５Ｖになる。このとき、ゲート下の電荷転送路の電位は、ＦＤ部の電位より小さくなっているので、電荷転送路からＦＤ部に信号電荷が流されると考えられる。
【非特許文献１】IEDM2005 Digest 33-2 「The features and characteristics of 5M CMOS image sensor with 1.9x1.9μm2 pixels」2005 IEEE
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ゲート電極の電圧を電荷転送路の電位がＦＤ部より高くなるように設定するとゲート下電位が高くなり電位の深いフォトダイオードから読み出しはできるものの、ゲート下電位がＦＤ部より高いため、電荷転送路からフォトダイオードに一部の信号電荷が逆流するという問題がある。すなわち、ゲート下の電位が高いところに電荷が蓄積される、蓄積された電荷がゲートオフ時にＦＤに全て転送されないで、フォトダイオード側にも一部逆流して残像不良の原因となる。以下に例をあげて説明する。
【０００６】
図１１は従来の固体撮像装置１０００の構成を示す回路図である。図１２は従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３ＣはフォトダイオードからＦＤ部にまで電荷転送路のポテンシャル図である。電荷転送路は、電荷が通過する図中のＡ〜Ｃ点によって模式的に示している。図１３Ａは読み出しゲートをＯＮしたときのポテンシャル図で点線にゲート電圧が低いときのポテンシャル図を示している。ゲート電圧が低いときは電荷転送路のＣ部にポテンシャルバリアが発生しフォトダイオードの電荷を完全転送できない。フォトダイオードの電荷を完全転送するためにはゲート電圧を上げる必要があるが、さらにゲート電圧をあげると図１３Ａの実線部のようにゲート下ポテンシャルがＦＤ部電位より高くなりゲート下に電荷を蓄積することになる。図１３Ｂは、図１３Ａの実線部からゲートＯＦＦにしたときのポテンシャルの変化を点線で経時的に示している。同図のようにゲート下に蓄積された電荷はゲートＯＦＦですべてがＦＤ側に流れずに一部がフォトダイオード側に逆流するという問題がある。
【０００７】
上記課題を解決するため本発明は、ゲート電圧をゲート下電位がＦＤ部より高くした場合であってもフォトダイオードへの電荷の逆流を防止し、読み出し特性を改善し飽和電子数が多く、なおかつ残像不良が発生し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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置であって、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃いことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、フォトダイオードから浮遊拡散部（以下、ＦＤ部と記す）に電荷転送路として表面付近より基板側が濃い拡散層を形成しているため、電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、フォトダイオード側に段階的な勾配ができる。そのため、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことができる。その結果、フォトダイオードの信号電荷を取りこぼすことがなくなるので、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
【００１０】
ここで、前記駆動部は、電源電圧を昇圧する昇圧回路を有し、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、前記昇圧回路によって昇圧された電圧を前記転送トランジスタのゲートに印加するようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、ＦＤ部より高い電圧を転送トランジスタのゲートに印加し、浮遊拡散部における電荷転送路の電位がＦＤ部より高くなった場合でも、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
【００１２】
ここで、前記駆動部は、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給するようにしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、二段階で立ち下がる前記転送パルスにより、転送トランジスタのオンからオフにかけてゲート下電位がＦＤ部の電位より低く、制御注入層の電位がさらに低くなる電位で一時保持される。それゆえ、フォトダイオードの完全読み出しをより確実にすることができる。読み出し特性の劣化を防止し、飽和特性の劣化を防止し、信頼性を向上させることができる。
【００１４】
ここで、前記フォトダイオードは、前記制御注入層よりも下部に形成されていてもよい。
【００１５】
ここで、前記浮遊拡散層と前記制御注入層の境界面は、前記浮遊拡散部側の前記ゲートの端部よりも前記フォトダイオード寄りに形成されていてもよい。
【００１６】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の駆動方法であって、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃く、固体撮像装置の駆動方法は、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給する。
【００１７】
ここで、前記転送パルスは、電源電圧よりも高い電圧に立ち上がり、二段階で立ち下がるようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の製造方法であって、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、前記固体撮像装置の製造方法は、前記フォトダイオードを形成するステップと、前記制御注入層の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなるように前記制御注入層を形成するステップとを有する。
【００１９】
ここで、前記制御注入層を形成するステップは、前記制御注入層の基板側領域に不純物を第１の濃度で注入するステップと、前記制御注入層の表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で不純物を注入することによりを形成するステップとを有してもよい。
【００２０】
ここで、前記制御注入層を形成するステップは、前記制御注入層の領域に第１導電型の不純物を第１の濃度で注入するステップと、前記制御注入層の表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で、第２導電型の不純物を注入することによりを形成するステップと、を有としてもよい。
【００２１】
ここで、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、前記フォトダイオードの形成後に前記転送トランジスタのゲートを形成するステップと有し、前記制御注入層を形成するステップは、前記ゲート形成後に、前記制御注入層の領域に不純物を注入するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことができる。その結果、フォトダイオードの信号電荷を取りこぼすことがなくなるので、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
【００２３】
また、ＦＤ部より高い電圧を転送トランジスタのゲートに印加して、浮遊拡散部における電荷転送路の電位がＦＤ部より高くなった場合でも、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
【００２４】
さらに、二段階で立ち下がる前記転送パルスにより、フォトダイオードの完全読み出しをより確実にすることができる。読み出し特性の劣化を防止し、飽和特性の劣化を防止し、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本実施形態における固体撮像装置は、フォトダイオードから浮遊拡散層（ＦＤ）への電荷転送時に電荷転送路を形成する読み出し制御注入層の不純物濃度について、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなるように読み出し制御注入層が形成されている。電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、フォトダイオード側に段階的な勾配ができる。そのため、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことを図っている。
【００２６】
また、転送トランジスタのゲートには、読み出しパルスとして、電源電圧よりも昇圧された電圧が印加される。さらに、この読み出しパルスは、２段階で立ち下がるように生成される。これにより、フォトダイオード側への電荷の逆流を確実に防ぐことができる。
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態における固体撮像装置について説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成を示す回路図である。
【００２９】
固体撮像装置１００は、半導体基板１４にマトリックス状に配置された複数の画素セル１３と、垂直駆動回路１５と、水平駆動回路１６と、信号蓄積部２８と、負荷トランジスタ群１００とを備えている。垂直駆動回路１５には、電源電圧を昇圧する昇圧回路１５ａを備える。
【００３０】
各画素セル１３は、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード５、前記フォトダイオードの前記信号電荷を読み出す（または転送する）転送トランジスタ６と、転送トランジスタ６のドレイン側に、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散層（以下ＦＤ部）と、ＦＤ部をリセットするリセットトランジスタ１１と、ＦＤ部の信号電荷を増幅する増幅トランジスタ１２とを備える。
【００３１】
垂直駆動回路１５には、複数の転送トランジスタ制御線と、複数のリセットトランジスタ制御線１１１と、複数の垂直選択トランジスタ制御線１２１が接続されている。
【００３２】
転送トランジスタ制御線１０１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられた転送トランジスタ６と接続され、フォトダイオード５からＦＤ部へ信号電荷を転送するための転送パルスを出力する。この転送パルスは、昇圧回路１５ａによって昇圧された電圧のパルスである。
【００３３】
各リセットトランジスタ制御線１１１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられたリセットトランジスタ１１と接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されている。
【００３４】
各垂直選択トランジスタ制御線１２１は、水平方向に沿って配置された各画素セル１３に設けられた垂直選択トランジスタと接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されており、信号を読み出す行を決定する。
【００３５】
垂直選択トランジスタのソースは、垂直信号線６１に接続されている。各垂直信号線６１の一端には、負荷トランジスタ群２７が接続されている。各垂直信号線６１の他端は、行信号蓄積部２８に接続されている。行信号蓄積部２８は、１行分の信号を取り込むためのスイッチトランジスタを含んでいる。行信号蓄積部２８には、水平駆動回路１６が接続されている。
【００３６】
図２は本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成を示す断面図である。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられた読み出し制御注入層によるフォトダイオードから転送トランジスタまでの電荷転送路の電位の変化を示す模式図である。
【００３７】
フォトダイオード５は、半導体基板１４の表面に形成された浅いＰ型欠陥抑制層９と、半導体基板１４の表面に露出するように浅いＰ型フォトダイオード拡散層９の下側に形成された深いフォトダイオード拡散層８とを含んでいる埋め込み型ｐｎｐフォトダイオードである。
【００３８】
転送トランジスタ６は、フォトダイオード５に隣接するように形成されており、半導体基板１４の上に形成されたゲート電極７を有している。転送トランジスタ６に対してフォトダイオード５の反対側における半導体基板１４の表面には、ＦＤ部１０が形成されている。リセットトランジスタ１１は、ＦＤ部１０に対して転送トランジスタ６の反対側における半導体基板１４の上に形成されており、ゲート電極２３を有している。リセットトランジスタ１１に対してフローティングディヒュージョン１０の反対側における半導体基板１４の表面には、電源拡散層２０７が形成されている。電源拡散層２０７に対してリセットトランジスタ１１の反対側およびフォトダイオード５に対して転送トランジスタ６の反対側には、素子分離部２０９がそれぞれ形成されている。
【００３９】
転送トランジスタに設けられたゲート電極の下側における半導体基板１４には、フォトダイオード５から転送トランジスタ６までの読み出し電位を制御し、ゲート下電位の高いところから電荷のフォトダイオードへの逆流を阻止するための読み出し制御注入層１が形成されている。
【００４０】
読み出し制御注入層１は半導体基板１４の表面から深さ約０．１マイクロメートル（μｍ）の位置の不純物濃度が最高になるように形成されている。
【００４１】
このように構成された固体撮像装置は読み出し制御注入の不純物分布に従うようにフォトダイオード側のポテンシャルがＦＤゲート下側のポテンシャルより常に高くフォトダイオード側に電荷が逆流することはない。図３Ａはゲート電圧ＯＮ時の電荷転送路のポテンシャル形状でフォトダイオードから電荷を完全転送でき、図３Ｂの様にゲートＯＮからＯＦＦ時にかけて過渡的にゲート下ポテンシャルが変化すると場合もフォトダイオードへの電荷の逆流は発生しない。
【００４２】
このように構成された固体撮像素子で図３Ｂに示すゲートＯＮからＯＦＦにいたる過渡的状態にてゲート電圧を一時、同一電位に保持することによってさら読み出しゲートＯＮ時にゲート下に蓄積された電荷がフォトダイオード側に逆流しなくなる効果が高まる。
【００４３】
図４は、固体撮像装置の駆動方法を示す図である。垂直駆動回路１５は、電荷読み出し時に、転送トランジスタ制御線１０１上に同図のような転送パルスを出力する。同図において、電圧Ｖｄｄは電源電圧相当のハイレベル電圧（例えば２．９Ｖ）を、電圧Ｖｈは昇圧回路１５ａにおいて電源電圧から昇圧された電圧（例えば５Ｖ）を示す。このように垂直駆動回路１５は、フォトダイオード８からＦＤ部１０へ電荷を読み出すための転送パルスとして、二段階で立ち下がる転送パルスを転送トランジスタ６のゲートに供給する。立下りを二段階にすることによって、電荷読み出し時にフォトダイオードへの逆流防止をより確実にすることができる。
【００４４】
なお、転送パルスは、昇圧していなくてもよいし、立下りが２段階でなく矩形パルスであってもよい。この場合でも、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことができる。
【００４５】
図５は、駆動方法の変形例として、昇圧されていない転送パルスを用いた場合のフォトダイオードからＦＤ部までの電位を示す模式図である。同図のように、電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、フォトダイオード側に段階的な勾配ができる。
【００４６】
図６は、駆動方法の変形例として、昇圧されていない転送パルスを示す図である。同図においてＶｍは、電源電圧Ｖｄｄと接地レベルの中間的な電圧（例えば１．５Ｖ）である。このように立下りを二段階にすることによって、電荷読み出し時にフォトダイオードへの逆流防止をより確実にすることができる。ただし、この転送パルスの代わりに矩形パルスを用いてもよい。
【００４７】
続いて、本実施の形態における固体撮像装置の製造方法について、図面を用いて説明する。
【００４８】
図７Ａ〜図７Ｍは、本実施の形態における固体撮像装置の第１の製造方法を工程順に示す説明図である。第１の製造方法では、読み出し制御注入層１とすべき基板側領域に不純物を第１の濃度で注入するステップ（図７Ｉ）と、読み出し制御注入層１とすべき表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で不純物を注入することによって、読み出し制御注入層１を形成するステップ（図７Ｊ）とを有している。以下工程順に説明する。
【００４９】
図７Ａに示すように、半導体基板上にシリコン酸化膜（例えば１０ｎｍ）を成長させ、その上にシリコン窒化膜（例えば１５０ｎｍ）をＬＰ−ＣＶＤ法（減圧式化学的気相成長）等により成長させる。
【００５０】
図７Ｂに示すように、レジストの塗布、露光、現像によってトレンチを形成する。
【００５１】
図７Ｃに示すように、トレンチ側壁を酸化し酸化膜（例えば１５ｎｍ）を形成する。
【００５２】
図７Ｄに示すように、例えば、３０ｋｅＶのエネルギーで８．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂを、注入角を変えて複数回イオン注入することによって欠陥抑制層を形成する。なお、Ｅｎは１０のｎ乗を示す。ｘ＾ｙはｘのｙ乗を示す。
【００５３】
図７Ｅに示すように、トレンチに酸化膜を埋め込み、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等によって平坦化する。
【００５４】
図７Ｆに示すように、ＳｉＮ膜除去を除去する。
【００５５】
図７Ｇに示すように、フォトダイオード形成領域以外にレジストを形成し、例えば６００ｋｅＶのエネルギーで２．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２の砒素Ａｓをイオン注入することによって、フォトダイオード拡散層８を形成する。
【００５６】
図７Ｈに示すように、例えば、１００ｋｅＶのエネルギーで１．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによってアンチパンチスルー層２を形成する。
【００５７】
図７Ｉに示すように、例えば１０ｋｅＶ のエネルギーで２．０Ｅ１１個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによって、読み出し制御注入層の基板側の領域を形成する。
【００５８】
図７Ｊに示すように、例えば５ｋｅＶ のエネルギーで５．０Ｅ１１個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによって、読み出し制御注入層の基板側の領域を形成する。これにより、読み出し制御注入層１の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなる。
【００５９】
図７Ｋに示すように、酸化膜エッチング、ゲート酸化の後、読み出し電極を形成する。
【００６０】
図７Ｌに示すように、例えば６ｋｅＶのエネルギーで１．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによって、フォトダイオード拡散層８を形成する。
【００６１】
図７Ｍに示すように、例えば５０ｋｅＶのエネルギーで４．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２のリンＰをイオン注入し、３０ｋｅＶのエネルギーで２．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによってＦＤ部１０を形成する。
【００６２】
図７Ｎに示すように、配線工程の後、層間絶縁膜、遮光膜、保護膜等を形成する。
【００６３】
以上のように第１の製造方法では、読み出し制御注入層１とすべき基板側領域に不純物を第１の濃度で注入するステップと、読み出し制御注入層１とすべき表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で不純物を注入することによって、読み出し制御注入層１を形成するステップとを有している。
【００６４】
（第２の製造方法）
図８Ａ、図８Ｂは、本実施の形態における固体撮像装置の第２の製造方法を工程順に示す説明図である。第２の製造方法は、第１の製造方法に対して、図７Ｉ、図７Ｊの代わりに図８Ａ、図８Ｂの工程を行う点が異なっている。つまり、第２の製造方法は、読み出し制御注入層とすべき領域に第１導電型の不純物を第１の濃度で注入するステップ（図８Ａ）と、読み出し制御注入層とすべき表面側領域に第１の濃度よりも低い第２の濃度で、第２導電型の不純物を注入することによりを形成するステップ（図８Ｂ）とを有している。以下、同じ工程は説明を省略して、異なる工程を中心に説明する。
【００６５】
図８Ａに示すように、例えば１０ｋｅＶ のエネルギーで２．５Ｅ１２個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによって、読み出し制御注入層とすべき基板側の領域を形成する。
【００６６】
図８Ｂに示すように、例えば１５ｋｅＶ のエネルギーで３．０Ｅ１１個／ｃｍ＾２のリンＰをイオン注入することによって、読み出し制御注入層とすべき基板側の領域を形成する。これにより、読み出し制御注入層１の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなる。
【００６７】
（第３の製造方法）
図９Ａ、図９Ｂは、本実施の形態における固体撮像装置の第３の製造方法を工程順に示す説明図である。第３の製造方法は、第１の製造方法に対して、図７Ｉ、図７Ｊ、図７Ｋの代わりに図９Ａ、図９Ｂの工程を行う点が異なっている。つまり、第２の製造方法は、フォトダイオード８の形成後に転送トランジスタ６のゲートを形成するステップ（図９Ａ）と、ゲート形成後に、制御注入層とすべき領域に不純物を注入するステップ（図９Ｂ）とを有する。以下、同じ工程は説明を省略して、異なる工程を中心に説明する。
【００６８】
図９Ａに示すように、ゲート酸化膜形成後、ゲート電極形成前に読み出し制御注入層を形成する。このとき、読み出し制御注入層は６５０℃３０秒のＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理で活性化される。
【００６９】
図９Ｂに示すように、例えば２０ｋｅＶ のエネルギーで２．０Ｅ１２個／ｃｍ＾２のホウ素Ｂをイオン注入することによって、読み出し制御注入層とすべき領域を形成する。このとき、読み出し制御注入層はＲＴＡ処理で活性化される。これにより、読み出し制御注入層の不純物濃度は、表面側よりも基板側の方が濃く製造することができる。
【００７０】
以上説明してきたように本実施の形態における固体撮像装置によれば、フォトダイオード５からＦＤ部１０に電荷転送路として表面付近より基板側が濃い読み出し制御注入層１を形成しているため、電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、図３Ｂのようにフォトダイオード５側に段階的な勾配ができる。そのため、転送トランジスタ６がオンからオフに変化する過渡期にフォトダイオード５側への電荷の逆流を防ぐことができる。その結果、フォトダイオード５の信号電荷を取りこぼすことがなくＦＤ部１０に読み出せるので、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。  また、ＦＤ部１０より高い電圧を転送トランジスタ６のゲートに印加することにより、ＦＤ部１０における電荷転送路の電位がＦＤ部１０より高くなった場合でも、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
【００７１】
さらに、二段階で立ち下がる前記転送パルスにより、転送トランジスタ６のオンからオフにかけてゲート下電位がＦＤ部の電位より低く、制御注入層の電位がさらに低くなる電位で一時保持される。それゆえ、フォトダイオードの完全読み出しをより確実にすることができる。読み出し特性の劣化を防止し、飽和特性の劣化を防止し、信頼性を向上させることができる。
【００７２】
なお、固体撮像装置においてＦＤ部１０の不純物層とゲート下の読み出し制御注入層１の境界は読み出しゲートの内側に形成されていることが望ましい。この場合の固体撮像装置の断面図を図１０に示す。同図のように、ＦＤ部１０と読み出し制御注入層１の境界面Ｐは、ＦＤ部１０側のゲート端部Ｑよりもフォトダイオード５寄りの位置に形成されている。このような構成及び動作をすることによりさらに残像特性を向上させることが可能となる。
【００７３】
また、図７Ｉ、図７Ｊの不純物の注入は逆の順に行ってもよい。図８Ａ、図８Ｂの不純物の注入についても逆の順に行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係わる固体撮像装置は、読み出し特性向上のためゲート電圧をＦＤ部より高い電圧を設定する場合にフォトダイオード容量の大きく残像不良の発生しない固体撮像装置が実現でき、複数の光電変換部がアレイ状に配置された固体撮像装置、その駆動方法及びそれを用いたカメラにとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図２】固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図３Ａ】フォトダイオードからＦＤ部までの電位の変化を示す模式図である。
【図３Ｂ】フォトダイオードからＦＤ部までの電位の変化を示す模式図である。
【図３Ｃ】フォトダイオードからＦＤ部までの電位の変化を示す模式図である。
【図４】固体撮像装置の駆動方法を示す図である。
【図５】駆動方法の変形例におけるフォトダイオードからＦＤ部までの電位を示す模式図である。
【図６】駆動方法の変形例における駆動方法を示す図である。
【図７Ａ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｂ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｃ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｄ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｅ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｆ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｇ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｈ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｉ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｊ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｋ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｌ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｍ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図７Ｎ】固体撮像装置の第１の製造方法を示す図である。
【図８Ａ】固体撮像装置の第２の製造方法を示す図である。
【図８Ｂ】固体撮像装置の第２の製造方法を示す図である。
【図９Ａ】固体撮像装置の第３の製造方法を示す図である。
【図９Ｂ】固体撮像装置の第３の製造方法を示す図である。
【図１０】変形例における固体撮像装置の断面図である。
【図１１】従来技術における固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１２】従来技術における固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図１３Ａ】フォトダイオードからＦＤ部までの電位の変化を示す模式図である。
【図１３Ｂ】フォトダイオードからＦＤ部までの電位の変化を示す模式図である。
【図１３Ｃ】フォトダイオードからＦＤ部までの電位の変化を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ、Ｂ、Ｃ  電荷転送路
１  読み出し制御注入層
２  アンチパンチスルー層
６  転送トランジスタ
７  ゲート電極
８  フォトダイオード
９  欠陥抑制層
１０  フローティングディヒュージョン部
１１  リセットトランジスタ
１２  ソースフォロワアンプ
１３  画素セル
１４  半導体基板
１５  垂直駆動回路
１６  水平駆動回路
２３  ゲート電極
２７  負荷トランジスタ群
２８  行信号蓄積部
６１  垂直信号線
１１１  リセットトランジスタ制御線
１２１  垂直選択トランジスタ制御線
２０９  素子分離部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図７Ｋ】
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【図７Ｌ】
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【図７Ｍ】
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【図７Ｎ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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