(57)【要約】【課題】フォトダイオードからの電荷転送劣化を起こさずに素子分離絶縁膜からの暗電流を防ぎ、よりノイズを抑制する。【解決手段】２次元アレイ状に複数配置されたフォトダイオード１２、電圧変換部１４および複数のトランジスタを有する画素部において、素子分離絶縁膜１７と、フォトダイオード１２と逆極性の半導体層からなる表面拡散層１８と、素子分離絶縁膜１７の側端面を含めて底面よりも深く形成され、表面拡散層１８と同一極性の半導体層からなる拡散層１９により素子分離が行われ、素子分離絶縁膜１７は、転送ゲート電極１６下に存在する部分の終端位置Ｇが、フォトダイオード１２の端面１２ａに対して、フォトダイオード１２の側端面１２ａよりも転送ゲート電極１６下の内側に配置されている。【選択図】図１
2008205044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に変換する複数の受光素子が二次元状に配置され、該受光素子で光電変換された信号電荷を電荷転送素子により電圧変換部に転送し、該電圧変換部で変換された信号電圧に応じて増幅した信号を読み出す固体撮像素子において、
隣接する素子間を素子分離する素子分離部として、該電圧変換部の周辺部分の両側から該電荷転送素子のチャネル部分および該受光素子を囲むように素子分離絶縁膜と素子分離半導体層とが互いの端部が重なるように設けられ、該受光素子の端面に対向した該素子分離絶縁膜の端部が、該制御電極の受光素子側端面よりも該制御電極下の内側に配置されているかまたは、該制御電極の受光素子側端面下から該受光素子の周辺部分に突出した突出部として配置されている固体撮像素子。
【請求項２】
入射光を信号電荷に変換する複数の受光素子が二次元状に配置され、該受光素子で光電変換された信号電荷を電荷転送素子により電圧変換部に転送し、該電圧変換部で変換された信号電圧に応じて増幅した信号を読み出す固体撮像素子において、
隣接する素子間を素子分離する素子分離部として、該電圧変換部の周辺部分の両側から該電荷転送素子のチャネル部分および該受光素子を囲むように素子分離絶縁膜と素子分離半導体層とが互いの端部が重なるように設けられ、該素子分離絶縁膜の幅方向全部または一部が、該電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ該電荷転送素子の制御電極の両側下にそれぞれ配置されているかまたは、該電圧変換部の周辺部分の両側から該制御電極の両側下を経て該受光素子の周辺部分にそれぞれ突出した突出部として配置されている固体撮像素子。
【請求項３】
前記電荷転送素子の制御電極の両側が、前記素子分離絶縁膜と前記素子分離半導体層の幅方向全部または該幅方向一部までに掛け渡たされている請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記受光素子と前記電荷転送素子から画素部が構成され、平面視で正方形または矩形の一つの角部分を残すように、該正方形または矩形の隣接辺部に対して該電荷転送素子の制御電極が斜め方向に掛け渡たされており、該角部分および該制御電極の領域を除く部分に該受光素子が配置され、該角部分または該角部分を含む領域に電圧変換部が配置されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記角部分が互いに隣接するように前記画素部が二つ配置され、該二つの画素部の各角部分が一体的に連結され、該各角部分を連結した領域を一つの電圧変換部とし、該二つの画素部が一つの電圧変換部を共有している請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記角部分が互いに隣接するように前記画素部が四つ配置され、該四つの画素部の各角部分が一体的に連結され、該各角部分を連結した領域を一つの電圧変換部とし、該四つの画素部が一つの電圧変換部を共有している請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記角部分が互いに隣接するように前記画素部が四つ配置され、該四つの画素部のうちの一方の二つの画素部の各角部分同士と他方の二つの画素部の各角部分同士とがそれぞれ一体的に連結され、該各角部分を連結した領域の一方および他方を一方および他方の電圧変換部とし、該一方の二つの画素部が一方の電圧変換部を共有し、該他方の二つの画素部が他方の電圧変換部を共有し、該一方および他方の電圧変換部間に前記素子分離絶縁膜が配置されている請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記素子分離絶縁膜の少なくとも端部は、前記制御電極下に生じる電界が該制御電極下から前記電圧変換部の方向に生じている領域内に位置している請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記素子分離絶縁膜は、前記領域内において面積的にプロセス限界で最小に形成されている請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記素子分離絶縁膜の端部が、前記制御電極下に生じる電界が、少なくとも、該制御電極下から該受光素子の方向に生じている領域分だけ該受光素子の端面に対して離れて配置されている請求項１、２および８のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記突出部の突出距離は、前記受光素子の一辺の方向に対応する前記制御電極の切断距離または該切断距離よりも短い距離である請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記突出部の突出寸法は前記制御電極の幅寸法または該幅寸法よりも短い寸法である請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記突出部の突出寸法は前記素子分離絶縁膜の幅寸法または該幅寸法よりも短い寸法である請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記受光素子の端面に対向した前記素子分離絶縁膜の端部位置が、前記制御電極の受光素子側端面と平面視で一致するかまたは、該制御電極の受光素子側端面よりも該制御電極下の内部に位置するように製造された場合に、前記突出部がプロセスマージンに伴う突出距離を有するかまたは該突出距離よりも短く突出している請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記制御電極の受光部側端面と、前記素子分離絶縁膜および前記素子分離半導体層の重なり部分とが斜めに交わっており、該該素子分離絶縁膜の両端面がそれぞれ、該制御電極の受光部側端面の両先端位置よりも該制御電極側にそれぞれ位置している請求項１４に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記素子分離半導体層は、前記素子分離絶縁膜の端部の側面および底面を覆うように互いの端部が重なって設けられている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記素子分離半導体層は、前記制御電極の受光素子側端面下から突出している場合に、該突出した部分を含む、該制御電極下の素子分離絶縁膜の一部の側面および底面を覆うように互いの端部が重なって設けられている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
前記素子分離半導体層が前記素子分離絶縁膜との互いの端部が重なる部分は、前記制御電極下に生じる電界が該制御電極下から前記受光素子の方向に生じている領域を少なくとも含んでいる請求項１、２、１６および１７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１９】
前記注入分離半導体層は、前記素子分離絶縁膜の端部に対してこれよりも広い幅で端部同士が重なっている請求項１、２および１６〜１８のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２０】
前記注入分離半導体層は、前記受光素子および前記電圧変換部とは反対導電型の半導体層からなる表面拡散層と、該表面拡散層の側面から底面を覆うように形成され、該表面拡散層と同一導電型の半導体層からなる周囲拡散層とを有している請求項１、２および１６〜１９のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２１】
前記受光素子から前記電圧変換部に転送された信号電荷が該電圧変換部で電圧変換され、電圧変換された信号電圧に応じた信号を読み出す信号読出回路がさらに設けられている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項２２】
前記信号読出回路は、前記画素部毎に設けられているか、または複数の画素部で共有されている請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２３】
前記信号読出回路は、前記電圧変換部を所定電圧にリセット可能とするリセットトランジスタと、リセット後に前記受光部から信号電荷が該電圧変換部に転送されて電圧変換された信号電圧に応じた信号を出力するアンプトランジスタと、該アンプトランジスタからの出力信号を所定タイミングで読み出す選択トランジスタとのうちの少なくとも該リセットトランジスタおよび該アンプトランジスタを有している請求項２１または２２に記載の固体撮像素子。
【請求項２４】
前記受光素子はフォトダイオードであり、前記電荷転送素子の制御電極は、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極である請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項２５】
前記素子分離部は、隣接する受光素子間、該電荷転送素子間、および該受光素子と該電荷転送素子間を素子分離する請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項２６】
前記素子分離部は、前記受光素子および前記電荷転送素子と、前記信号読出回路の各構成素子とのうちの互いに隣接する素子間を素子分離する請求項２１〜２３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２７】
前記素子分離絶縁膜は、前記信号読出回路および前記電荷転送素子を駆動させる駆動回路が設けられた周辺駆動回路領域において該駆動回路を構成する素子を互いに素子分離するための素子分離絶縁膜と同じ材料を用いて同一の方法により同時に形成されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項２８】
前記素子分離絶縁膜として、前記信号読出回路および前記電荷転送素子を駆動させる駆動回路が設けられた周辺駆動回路領域において該駆動回路を構成する素子を互いに素子分離するための素子分離絶縁膜とは異なり、画素部領域専用に当該素子分離絶縁膜よりも厚膜の絶縁膜が形成されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項２９】
前記素子分離絶縁膜は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）による絶縁膜である請求項１、２、２７および２８のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項３０】
前記電荷転送素子の制御電極と隣接する隣の受光部との間で前記表面拡散層および前記周囲拡散層による分離幅が、０．１μｍ以上０．５μｍ以下に設定されている請求項２０に記載の固体撮像素子。
【請求項３１】
隣接する前記電荷転送素子の制御電極間で前記表面拡散層および前記周囲拡散層による分離幅が、０．１μｍ以上０．３μｍ以下に設定されている請求項２０または３０に記載の固体撮像素子。
【請求項３２】
異なる読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ，Ｂにおいて、共通の電圧変換部に対して前記電荷転送素子の制御電極が別々に形成されている請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項３３】
互いに異なる読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、共通の電圧変換部に対して前記電荷転送素子の各制御電極が別々に形成されている請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項３４】
同一読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ，Ａ’において、前記電荷転送素子の制御電極が連続して形成されている請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項３５】
同一読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ，Ａ’が設けられ、該同一読み出し期間とは異なる同一読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ｂ，Ｂ’が設けられ、該隣接画素部Ａ，Ａ’において、異なる電圧変換部にそれぞれ電荷転送するべく前記電荷転送素子の制御電極が連続して共通に形成されており、該隣接画素部Ｂ，Ｂ’において、該異なる電圧変換部にそれぞれ電荷転送するべく該電荷転送素子の制御電極とは別の電荷転送素子の制御電極が連続して共通に形成されている請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項３６】
前記表面拡散層および前記周囲拡散層は、前記電荷転送素子の制御電極形成前に不純物注入が行われている請求項２０、３０および３１のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項３７】
前記表面拡散層は、前記電荷転送素子の制御電極形成後に該制御電極を突き抜けるように不純物注入が行われている請求項２０、３０および３１のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項３８】
前記表面拡散層の不純物濃度は、前記電荷転送素子の制御電極下に設けられた同一導電型の半導体層の不純物濃度よりも高く設定されている請求項２０、３０および３１のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項３９】
前記受光素子を構成する半導体層は、前記電荷転送素子の制御電極形成前に不純物注入が行われている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４０】
前記受光素子と前記電荷転送素子の制御電極とが平面視で重なり部分を有している請求項３９に記載の固体撮像素子。
【請求項４１】
前記受光素子を構成する半導体層は、前記電荷転送素子の制御電極形成後に不純物注入が行われている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４２】
前記受光素子が前記電荷転送素子の制御電極をセルフアライメントとして形成されている請求項４１に記載の固体撮像素子。  
【請求項４３】
前記受光素子から前記電圧変換部への電荷転送時に、前記電荷転送素子の制御電極下において、該受光素子と該電圧変換部間の前記表面拡散層のポテンシャルは、該電荷転送素子の制御電極下に設けられた同一導電型の半導体層のポテンシャルよりも高く設定されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４４】
前記素子分離絶縁膜の少なくとも端部は、前記制御電極下に生じる電界が該制御電極の受光素子側端面下側から前記電圧変換部の方向に生じている領域内に位置している請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４５】
前記制御電極下に生じる電界によるポテンシャルの山の頂上が前記制御電極の受光素子側端面下に位置している請求項４４に記載の固体撮像素子。
【請求項４６】
請求項１〜４５のいずれかに記載の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を受光する受光部としてのフォトダイオードで光電変換された信号電荷を電圧変換部に転送し、電圧変換部で変換された電圧に応じた信号を順次読み出すＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子および、この固体撮像素子を撮像部に用いたデジタルカメラやカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の固体撮像素子として、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いたＭＯＳ型イメージセンサが、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサと並んで広く利用され始めている。その理由として、ＭＯＳ型イメージセンサは、従来のＩＣ（集積回路）製造技術を利用して製造することが可能であり、イメージセンサを駆動する周辺回路と同一チップ上に搭載することによって小型化および高速化を図ることが可能であるということが挙げられる。また、ＭＯＳ型イメージセンサは、ＣＣＤ型イメージセンサに比べて、構造自体もシンプルであり、かつ、高い駆動電圧を必要としないという利点もある。
【０００３】
このＭＯＳ型イメージセンサは、ＣＣＤ型イメージセンサと異なり、フォトダイオードから信号を読み出すために、１画素部につき、被写体光を受光する受光部としてのフォトダイオードと、このフォトダイオードからの信号電荷を信号電圧に変換する電圧変換部と、信号読出回路を構成する複数個のトランジスタを設ける必要がある。具体的には、例えば、一般的なＭＯＳ型イメージセンサでは、複数個のトランジスタとして、フォトダイオードから電圧変換部に信号電荷を電荷転送する電荷転送トランジスタと、この電圧変換部に蓄積された信号電荷を電荷転送前にリセットするためのリセットトランジスタと、この電圧変換部に蓄積された信号電荷を信号として増幅して読み出すアンプトランジスタ（増幅トランジスタ）と、読み出し画素部が選択されて、アンプトランジスタにより増幅された信号を信号線に出力させる選択トランジスタというように、１画素部につきフォトダイオードおよび電圧変換部と４つのトランジスタとが必要とされている。このことは、画素部の縮小化を困難にする要因となるため、最近では、電圧変換部を複数の画素部で共有する構成や、さらに、選択トランジスタを取り除いて回路駆動を行う構成など、１画素部当たりのトランジスタ数を減らすことによって画素部の縮小化に対する特性劣化を抑える提案も為されている。
【０００４】
このような各トランジスタおよびフォトダイオードなどを単位毎（例えば画素部毎）に素子分離するための素子分離層としては、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）が用いられており、さらに、微細化が進んだ現在では一般的にＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が素子分離層として用いられている。
【０００５】
上述した一般的なＭＯＳ型イメージセンサでは、Ｓｉ基板−Ｓｉ酸化膜界面から発生する不要な電荷（暗電流）がフォトダイオードへ流れ込むことを抑制するため、フォトダイオード表面に表面拡散層を設けて埋め込み型フォトダイオード構造とすることが行われている。しかしながら、素子分離層−Ｓｉ基板界面にも多くの欠陥が存在し、ノイズとして、この部分から発生する信号電荷も多く存在する。
【０００６】
この素子分離層−Ｓｉ基板界面から発生する電荷がフォトダイオードへ流れ込むことを抑制するために、例えば特許文献１には、ＳＴＩにより形成された素子分離部の側壁から底面を取り囲むようにフォトダイオードとは逆極性（またはトランジスタのソース・ドレイン領域と反対導電型）を有する高濃度半導体層を形成し、フォトダイオードへの不要電子の拡散を防ぐ画素部構造が提案されている。これを図９（ａ）および図９（ｂ）に示している。
【０００７】
図９（ａ）は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、図９（ｂ）は、そのＤ−Ｄ’線部分の縦断面図である。
【０００８】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、従来の固体撮像素子の画素部１００は、ｐ型半導体層１０１の表層部にｎ型不純物が注入されたｎ型層のフォトダイオード１０２が形成されており、このフォトダイオード１０２の表面側にｐ型表面拡散層１０３が形成されて埋め込み型フォトダイオード構造とされている。
【０００９】
これらのフォトダイオード１０２と電圧変換部１０４との間のｐ型半導体層１０１上にはＳｉ酸化膜からなるゲート絶縁膜１０５を介して電荷転送トランジスタ１１０の転送ゲート電極１０６が設けられている。
【００１０】
この画素部１００の周辺には、隣接する各フォトダイオード１０２間を素子分離するためにＳＴＩによる素子分離絶縁膜１０７が設けられている。Ｄ−Ｄ’線部分のＤ側では、素子分離絶縁膜１０７の側面から底面を囲むようにｐ型表面拡散層１０８が設けられ、その下に素子分離絶縁膜１０７よりも深くｐ型拡散層１０９が設けられている。
【００１１】
また、Ｄ−Ｄ’線部分のＤ’側では、素子分離絶縁膜１０７および電圧変換部１０４の側面から底面を囲むように、素子分離絶縁膜１０７よりも深くｐ型拡散層１０９が設けられている。このように、素子分離絶縁膜１０７の側面から底面をｐ型表面拡散層１０８で囲むことによって、素子分離絶縁膜１０７からフォトダイオード１０２へリーク電流が流れ込むことが阻止されるとされている。
【００１２】
また、例えば特許文献２には、隣接する各フォトダイオード間を素子分離する素子分離部（またはトランジスタ間を素子分離する素子分離部）を不純物注入拡散層として形成し、素子分離絶縁膜とフォトダイオードとの対向面を減らした注入分離構造も提案されている。この場合、図９（ａ）および図９（ｂ）の特許文献１のようにフォトダイオード１０２の周囲（４辺）にＳＴＩによる素子分離絶縁膜１０７を設け、その素子分離絶縁膜１０７の周りを半導体層で覆った場合に比べて、フォトダイオードの電荷転送トランジスタ側の２辺にＳＴＩによる素子分離絶縁膜を設け、その素子分離絶縁膜の周りを半導体層で覆い、フォトダイオード間側の２辺の素子分離は注入分離構造のみで行っているので、ＳＴＩによる素子分離絶縁膜が少ない分だけ暗電流をより少なくできる。これを図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示している。
【００１３】
図１０（ａ）は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、図１０（ｂ）は、そのＥ−Ｅ’線部分の縦断面図である。
【００１４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、従来の固体撮像素子の画素部２００は、図８の場合と同様に、ｐ型半導体層２０１の表層部にｎ型不純物が注入されたｎ型層のフォトダイオード２０２が形成されており、このフォトダイオード２０２の表面側にはｐ型表面拡散層２０３が形成されて埋め込み型フォトダイオード構造とされている。
これらのフォトダイオード２０２と電圧変換部２０４との間のｐ型半導体層２０１上にはＳｉ酸化膜からなるゲート絶縁膜２０５を介して電荷転送トランジスタ２１０の転送ゲート電極２０６が設けられている。
Ｅ−Ｅ’線部分のＥ’側では、画素部２００の周辺には、隣接する各フォトダイオード２０２間を素子分離するためにＳＴＩによる素子分離絶縁膜２０７が設けられており、素子分離絶縁膜２０７および電圧変換部２０４の側面から底面を囲むように、素子分離絶縁膜２０７よりも深くｐ型拡散層２０９が設けられている。
Ｅ−Ｅ’線部分のＥ側では、画素部２００の周辺には、隣接する各フォトダイオード２０２間を素子分離するために不純物注入拡散により形成されたｐ型表面拡散層２０８が設けられ、その側面から底面を囲むように、ｐ型表面拡散層２０８よりも深くｐ型拡散層２０９が設けられている。このように素子分離部をｐ型表面拡散層２０８により形成することによって、ＳＴＩによる素子分離絶縁膜２０７により基板にかかるストレスを小さくしてリーク電流を抑制することができるとされている。
【００１５】
さらに、例えば特許文献３には、素子分離をＬＯＣＯＳまたはＳＴＩにより行うのではなく、Ｓｉ基板上に厚膜の酸化膜を形成し、その下に注入拡散層を設けて素子分離を行うことにより、暗電流の発生を防ぐ構造が提案されている。これを図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示している。
【００１６】
図１１（ａ）は、特許文献３に開示されている従来の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、図１１（ｂ）は、そのＦ−Ｆ’線部分の縦断面図である。
【００１７】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、従来の固体撮像素子の画素部３００は、図９および図１０の場合と同様に、ｐ型半導体層３０１の表層部にｎ型不純物が注入されたｎ型層のフォトダイオード３０２が形成されており、このフォトダイオード３０２の表面側にｐ型表面拡散層３０３が形成されて埋め込み型フォトダイオード構造とされている。
これらのフォトダイオード３０２と電圧変換部３０４との間のｐ型半導体層３０１上にはＳｉ酸化膜からなるゲート絶縁膜３０５を介して電荷転送トランジスタ３１０の転送ゲート電極３０６が設けられている。この画素部３００の周辺には、隣接する各フォトダイオード３０２間を素子分離するためにＳｉ基板部上に厚膜の絶縁膜３０７が設けられており、その下に不純物注入によりｐ型表面拡散層３０８が設けられている。このように素子分離部をｐ型表面拡散層３０８と厚膜の絶縁膜３０７により形成することによって、絶縁層が基板内に深く埋め込まれず、素子分離部周囲の半導体基板部に結晶欠陥やダメージ、界面準位が発生することが抑制され、これらに起因するノイズを低減することができるとされている。
【００１８】
また、フォトダイオード３０２の周囲４辺を厚膜の絶縁膜３０７で囲んでいることにより、その上に転送ゲート電極３０６が設けられているから、ｐ型半導体層３０１と転送ゲート電極３０６との距離が絶縁膜３０７の厚さ分だけ離れて、転送ゲート電極３０６によって隣の画素部のフォトダイオード３０２にクロストークしにくい。この場合、ｐ型半導体層３０１の表層部上には薄いゲート絶縁膜３０５を介して転送ゲート電極３０６が設けられている。
【特許文献１】特開２００４−２５３７２９号
【特許文献２】特開２００２−２７０８０８号
【特許文献３】特開２００５−３４７３２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記特許文献２では、ＳＴＩによる素子分離絶縁膜２０７を取り囲むようにフォトダイオード２０２の極性とは逆極性の注入分離用半導体層を形成しているものの、素子分離絶縁膜２０７がフォトダイオード２０２の周辺の一辺いっぱいまで配置されているため、素子分離絶縁膜２０７とフォトダイオード２０２との対向面が大きく、注入分離用半導体層を多少通過して、素子分離絶縁膜２０７とＳｉ基板界面で生じる不要電荷がフォトダイオード２０２側に流れ込む。なお、上記特許文献１では、素子分離絶縁膜１０７がフォトダイオード１０２の周辺部に配置されているため、素子分離絶縁膜１０７からの不要電荷がフォトダイオード１０２側に流れ込む度合いは上記特許文献２の場合よりも顕著である。
【００２０】
また、特許文献３に提案されているような注入拡散層のみにより素子分離（注入分離）を行う場合、周辺回路部の素子分離部とは別のプロセスで画素領域の素子分離部を形成する必要があるため、工程が非常に複雑になる上、プロセスコストも高くなる。さらに、Ｓｉ基板部上に形成された厚膜の酸化膜３０７とチャネル部の酸化薄膜（ゲート絶縁膜３０５）との間に段差が生じるため、転送ゲート電極３０６の形成が困難となるという懸念がある。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、工程を複雑化せず転送ゲート電極の形成を困難化せずに、素子分離絶縁膜からの発生電荷がフォトダイオードに流れ込んで蓄積されることを抑制して、ノイズをより低減させることができる固体撮像素子および、この固体撮像素子を撮像部に用いたデジタルカメラなどの電子情報機器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】
【００２２】
本発明の固体撮像素子は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光素子が二次元状に配置され、該受光素子で光電変換された信号電荷を電荷転送素子により電圧変換部に転送し、該電圧変換部で変換された信号電圧に応じて増幅した信号を読み出す固体撮像素子において、隣接する素子間を素子分離する素子分離部として、該電圧変換部の周辺部分の両側から該電荷転送素子のチャネル部分および該受光素子を囲むように素子分離絶縁膜と素子分離半導体層とが互いの端部が重なるように設けられ、該受光素子の端面に対向した該素子分離絶縁膜の端部が、該制御電極の受光素子側端面よりも該制御電極下の内側に配置されているかまたは、該制御電極の受光素子側端面下から該受光素子の周辺部分に突出した突出部として配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
また、本発明の固体撮像素子は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光素子が二次元状に配置され、該受光素子で光電変換された信号電荷を電荷転送素子により電圧変換部に転送し、該電圧変換部で変換された信号電圧に応じて増幅した信号を読み出す固体撮像素子において、隣接する素子間を素子分離する素子分離部として、該電圧変換部の周辺部分の両側から該電荷転送素子のチャネル部分および該受光素子を囲むように素子分離絶縁膜と素子分離半導体層とが互いの端部が重なるように設けられ、該素子分離絶縁膜の幅方向全部または一部が、該電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ該電荷転送素子の制御電極の両側下にそれぞれ配置されているかまたは、該電圧変換部の周辺部分の両側から該制御電極の両側下を経て該受光素子の周辺部分にそれぞれ突出した突出部として配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記電荷転送素子の制御電極の両側が、前記素子分離絶縁膜と前記素子分離半導体層の幅方向全部または該幅方向一部までに掛け渡たされている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光素子と前記電荷転送素子から画素部が構成され、平面視で正方形または矩形の一つの角部分を残すように、該正方形または矩形の隣接辺部に対して該電荷転送素子の制御電極が斜め方向に掛け渡たされており、該角部分および該制御電極の領域を除く部分に該受光素子が配置され、該角部分または該角部分を含む領域に電圧変換部が配置されている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記角部分が互いに隣接するように前記画素部が二つ配置され、該二つの画素部の各角部分が一体的に連結され、該各角部分を連結した領域を一つの電圧変換部とし、該二つの画素部が一つの電圧変換部を共有している。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記角部分が互いに隣接するように前記画素部が四つ配置され、該四つの画素部の各角部分が一体的に連結され、該各角部分を連結した領域を一つの電圧変換部とし、該四つの画素部が一つの電圧変換部を共有している。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記角部分が互いに隣接するように前記画素部が四つ配置され、該四つの画素部のうちの一方の二つの画素部の各角部分同士と他方の二つの画素部の各角部分同士とがそれぞれ一体的に連結され、該各角部分を連結した領域の一方および他方を一方および他方の電圧変換部とし、該一方の二つの画素部が一方の電圧変換部を共有し、該他方の二つの画素部が他方の電圧変換部を共有し、該一方および他方の電圧変換部間に前記素子分離絶縁膜が配置されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離絶縁膜の少なくとも端部は、前記制御電極下に生じる電界が、該制御電極下から該電圧変換部の方向に生じている。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離絶縁膜は、前記領域内において面積的にプロセス限界で最小に形成されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離絶縁膜の端部が、前記制御電極下に生じる電界が、少なくとも、該制御電極下から該受光素子の方向に生じている領域分だけ該受光素子の端面に対して離れて配置されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における突出部の突出距離は、前記受光素子の一辺の方向に対応する前記制御電極の切断距離または該切断距離よりも短い距離である。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における突出部の突出寸法は前記制御電極の幅寸法または該幅寸法よりも短い寸法である。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における突出部の突出寸法は前記素子分離絶縁膜の幅寸法または該幅寸法よりも短い寸法である。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光素子の端面に対向した前記素子分離絶縁膜の端部位置が、前記制御電極の受光素子側端面と平面視で一致するかまたは、該制御電極の受光素子側端面よりも該制御電極下の内部に位置するように製造された場合に、前記突出部がプロセスマージンに伴う突出距離を有するかまたは該突出距離よりも短く突出している。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における制御電極の受光部側端面と、前記素子分離絶縁膜および前記素子分離半導体層の重なり部分とが斜めに交わっており、該該素子分離絶縁膜の両端面がそれぞれ、該制御電極の受光部側端面の両先端位置よりも該制御電極側にそれぞれ位置している。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離半導体層は、前記素子分離絶縁膜の端部の側面および底面を覆うように互いの端部が重なって設けられている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離半導体層は、前記制御電極の受光素子側端面下から突出している場合に、該突出した部分を含む、該制御電極下の素子分離絶縁膜の一部の側面および底面を覆うように互いの端部が重なって設けられている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記素子分離半導体層が前記素子分離絶縁膜との互いの端部が重なる部分は、前記制御電極下に生じる電界が該制御電極下から前記受光素子の方向に生じている領域を少なくとも含んでいる。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における注入分離半導体層は、前記素子分離絶縁膜の端部に対してこれよりも広い幅で端部同士が重なっている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における注入分離半導体層は、前記受光素子および前記電圧変換部とは反対導電型の半導体層からなる表面拡散層と、該表面拡散層の側面から底面を覆うように形成され、該表面拡散層と同一導電型の半導体層からなる周囲拡散層とを有している。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光素子から前記電圧変換部に転送された信号電荷が該電圧変換部で電圧変換され、電圧変換された信号電圧に応じた信号を読み出す信号読出回路がさらに設けられている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における信号読出回路は、前記画素部毎に設けられているか、または複数の画素部で共有されている。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における信号読出回路は、前記電圧変換部を所定電圧にリセット可能とするリセットトランジスタと、リセット後に前記受光部から信号電荷が該電圧変換部に転送されて電圧変換された信号電圧に応じた信号を出力するアンプトランジスタと、該アンプトランジスタからの出力信号を所定タイミングで読み出す選択トランジスタとのうちの少なくとも該リセットトランジスタおよび該アンプトランジスタを有している。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光素子はフォトダイオードであり、前記電荷転送素子の制御電極は、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極である。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離部は、隣接する受光素子間、該電荷転送素子間、および該受光素子と該電荷転送素子間を素子分離する。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離部は、前記受光素子および前記電荷転送素子と、前記信号読出回路の各構成素子とのうちの互いに隣接する素子間を素子分離する。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離絶縁膜は、前記信号読出回路および前記電荷転送素子を駆動させる駆動回路が設けられた周辺駆動回路領域において該駆動回路を構成する素子を互いに素子分離するための素子分離絶縁膜と同じ材料を用いて同一の方法により同時に形成されている。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離絶縁膜として、前記信号読出回路および前記電荷転送素子を駆動させる駆動回路が設けられた周辺駆動回路領域において該駆動回路を構成する素子を互いに素子分離するための素子分離絶縁膜とは異なり、画素部領域専用に当該素子分離絶縁膜よりも厚膜の絶縁膜が形成されている。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における素子分離絶縁膜は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）による絶縁膜である。
【００４９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記電荷転送素子の制御電極と隣接する隣の受光部との間で前記表面拡散層および前記周囲拡散層による分離幅が、０．１μｍ以上０．５μｍ以下に設定されている。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、隣接する前記電荷転送素子の制御電極間で前記表面拡散層および前記周囲拡散層による分離幅が、０．１μｍ以上０．５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上０．３μｍ以下に設定されている。
【００５１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、異なる読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ，Ｂにおいて、共通の電圧変換部に対して前記電荷転送素子の制御電極が別々に形成されている。
【００５２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、互いに異なる読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、共通の電圧変換部に対して前記電荷転送素子の各制御電極が別々に形成されている。
【００５３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、同一読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ，Ａ’において、前記電荷転送素子の制御電極が連続して形成されている。
【００５４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、同一読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ａ，Ａ’が設けられ、該同一読み出し期間とは異なる同一読み出し期間に電荷転送される隣接画素部Ｂ，Ｂ’が設けられ、該隣接画素部Ａ，Ａ’において、異なる電圧変換部にそれぞれ電荷転送するべく前記電荷転送素子の制御電極が連続して共通に形成されており、該隣接画素部Ｂ，Ｂ’において、該異なる電圧変換部にそれぞれ電荷転送するべく該電荷転送素子の制御電極とは別の電荷転送素子の制御電極が連続して共通に形成されている。
【００５５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における表面拡散層および周囲拡散層は、前記電荷転送素子の制御電極形成前に不純物注入が行われている。
【００５６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における表面拡散層は、前記電荷転送素子の制御電極形成後に該制御電極を突き抜けるように不純物注入が行われている。
【００５７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における表面拡散層の不純物濃度は、前記電荷転送素子の制御電極下に設けられた同一導電型の半導体層の不純物濃度よりも高く設定されている。
【００５８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光素子を構成する半導体層は、前記電荷転送素子の制御電極形成前に不純物注入が行われている。
【００５９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光素子と前記電荷転送素子の制御電極とが平面視で重なり部分を有している。
【００６０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光素子を構成する半導体層は、前記電荷転送素子の制御電極形成後に不純物注入が行われている。
【００６１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光素子が前記電荷転送素子の制御電極をセルフアライメントとして形成されている。
【００６２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光素子から前記電圧変換部への電荷転送時に、前記電荷転送素子の制御電極下において、該受光素子と該電圧変換部間の前記表面拡散層のポテンシャルは、該電荷転送素子の制御電極下に設けられた同一導電型の半導体層のポテンシャルよりも高く設定されている。
【００６３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記素子分離絶縁膜の少なくとも端部は、前記制御電極下に生じる電界が該制御電極の受光素子側端面下側から前記電圧変換部の方向に生じている領域内に位置している。
【００６４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記制御電極下に生じる電界によるポテンシャルの山の頂上が前記制御電極の受光素子側端面下に位置している。
【００６５】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６６】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００６７】
本発明にあっては、受光素子の端面に対向した素子分離絶縁膜の端部が、電荷転送素子の制御電極の受光素子側端面よりも制御電極下の内側に配置されているかまたは、この制御電極の受光素子側端面下から受光素子の周辺部分に突出した突出部として配置されている。または、素子分離絶縁膜の幅方向全部または一部が、電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ電荷転送素子の制御電極の両側下にそれぞれ配置されているかまたは、電圧変換部の周辺部分の両側から制御電極の両側下を経て受光素子の周辺部分にそれぞれ突出した突出部として配置されている。これにより、特許文献３のように工程を複雑化せず転送ゲート電極の形成を困難化せずに、素子分離絶縁膜が受光素子の周囲に配置されている従来構造（特許文献１，２）に比べて、素子分離絶縁膜とＳｉ基板界面で生じる不要電荷が受光素子側に流れ込むことを大幅に防ぐことが可能となる。
【００６８】
ここで、特許文献１，２の課題について更に説明する。
【００６９】
特許文献１に提案されているように、ＳＴＩによる素子分離絶縁膜１０７を取り囲むようにフォトダイオード１０２の極性とは逆極性の注入分離用の半導体層を形成する方法では、転送ゲート電極１０６以外の素子分離部絶縁膜１０７から発生する電荷によるノイズを防ぐことはできるものの、転送ゲート電極１０６下の部分では、転送劣化が生じるために高濃度な注入分離用の半導体層を形成することができないという問題がある。
【００７０】
また、特許文献２に提案されているように、フォトダイオード１０２間については注入拡散層により素子分離（注入分離）を行う方法でも、電荷転送トランジスタ２１０間の素子分離にはＳＴＩによる素子分離絶縁膜２０７を設けているため、転送ゲート電極２０６の下部に存在する素子分離絶縁膜２０７から発生する電荷によるノイズは防ぐことができない。
【００７１】
この課題を解決するために、本発明にあっては、素子分離絶縁膜の少なくとも端部は、電荷転送素子の制御電極下に生じる電界が、制御電極下から電圧変換部の方向に生じている領域内に位置している。または、素子分離絶縁膜の端部が、制御電極下に生じる電界が、少なくとも、制御電極下から受光素子の方向に生じている領域分だけ受光素子の端面に対して離れて配置されている。
さらに詳細に説明する。隣接する素子間を素子分離する素子分離部として、電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ電荷転送素子のチャネル部分および受光素子を囲むように素子分離絶縁膜と素子分離半導体層とが互いの端部が重なるように設けられている。二次元アレイ状に配置された複数のフォトダイオード（受光素子）のうちの隣接フォトダイオード間（および/またはトランジスタ間）が、素子分離絶縁膜と、これに端部同士が連結される素子分離半導体層とによって素子分離されている。素子分離半導体層は、フォトダイオードとは反対導電型の注入分離用の半導体層からなる表面拡散層と、素子分離絶縁膜の側面を含めて素子分離絶縁膜の底面よりも深く形成され、表面拡散層と同一導電型の半導体層からなる周囲拡散層とによって構成されている。
この素子分離絶縁膜の端面部分は、電荷転送素子としての電荷転送トランジスタの制御電極としての転送ゲート電極下にあってフォトダイオード側と反対側から延びて形成されており、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極下に存在する素子分離絶縁膜の終端位置（端部または端面）が、フォトダイオードの端面に対して、転送ゲート電極のフォトダイオード側端面よりも転送ゲート電極下の内側に配置されている。したがって、フォトダイオードの極性と同極性（同一導電型）の半導体層からなる電圧変換部とフォトダイオードとを、周辺回路（信号読出回路やこれを駆動する駆動回路）の素子分離部と同一の分離部によって分離することが可能となる。また、従来技術に比べて素子分離絶縁膜とフォトダイオードとの対向面が大幅に減らされ、さらに、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極下の素子分離絶縁膜において不要電荷が発生しても、電界の方向が電圧変換部側を向いていれば、その不要電荷はフォトダイオードに蓄積されにくいため、ノイズを低減することが可能となる。さらに、電圧変換部を共有する画素部構造においても、極力、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極下における素子分離絶縁膜の表面積を減らして、フォトダイオードと素子分離絶縁膜との対向面を減らすことが可能となる。
【発明の効果】
【００７２】
以上により、本発明によれば、素子分離絶縁膜の幅方向全部または一部が、電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ電荷転送素子の制御電極の両側下にそれぞれ配置されているかまたは、電圧変換部の周辺部分の両側から制御電極の両側下を経て受光素子の周辺部分にそれぞれ突出した突出部として配置されているため、従来のように工程を複雑化せず転送ゲート電極の形成を困難化せずに、素子分離絶縁膜が受光素子の周囲に配置されている従来構造に比べて、素子分離絶縁膜とＳｉ基板界面で生じる不要電荷が受光素子側に流れ込むことを大幅に防ぐことができる。
さらに、電荷転送素子の制御電極下の素子分離絶縁膜において不要電荷が発生しても、電界の方向が電圧変換部側を向いていれば、その不要電荷は受光素子に蓄積されにくいため、ノイズを低減することができる。さらに、受光素子側の制御電極の端面から素子分離絶縁膜までの距離が所定距離だけ確保されていれば、受光素子と制御電極とに平面視で重なりを持たせた構造とすることが可能となり、暗電流を防ぎつつ、電荷転送効率を高めることができる。また、受光素子面積を広くして飽和電荷量の増加も見込むことができる。さらに、電圧変換部を共有する画素部構造においても、極力、制御電極下の素子分離絶縁層の表面積を減らして、受光素子と素子分離絶縁膜との対向面を減らすことができるため、ノイズをより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１〜４について、これらを撮像部に用いた電子情報機器の実施形態５について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、信号電荷検出部としての電圧変換部は画素部と１対１であって、電圧変換部が複数の画素部で共有されておらず、素子分離絶縁膜がＳＴＩによって形成され、フォトダイオードがｎ型半導体層からなり、フォトダイオードの配置に対して斜めに電荷転送トランジスタの転送ゲート電極が配置された事例について説明する。なお、ＳＴＩからなる素子分離絶縁膜は、画素部領域を動作させるために図示しない駆動回路が設けられた周辺回路領域において駆動回路を構成するトランジスタを分離するための素子分離絶縁膜と同じ材料を用いて同一の方法により形成することができる。または、この素子分離絶縁膜は、周辺回路領域に設けられる素子分離絶縁膜とは異なり、画素領域専用に厚膜の絶縁膜を形成してもよい。この画素領域専用の素子分離絶縁膜は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）またはＳｉ（シリコン）基板上に形成された厚膜の絶縁膜などを用いることができる。さらに、図１では、レイアウトを簡易的に示すため、各画素部毎に信号の読出用に設けられているリセットトランジスタ、アンプトランジスタ（増幅トランジスタ）および選択トランジスタなどの各トランジスタ部（信号読出回路）は、ここでは図示していないが（図８でその一例を後述する）、実際には、電荷転送トランジスタ以外のトランジスタ領域も、ＳＴＩからなる素子分離絶縁膜により取り囲まれて素子分離され、かつ、各２次元アレイ状に配置される複数の画素部が均等になるようにレイアウト（マトリクス状に配置）されて設けられている。
【００７４】
図１（ａ）は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の部分拡大図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線部分の縦断面図である。
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施形態１の固体撮像素子における画素部１は、受光素子としてのフォトダイオード１２と電荷転送素子としての電荷転送トランジスタから構成され、平面視で正方形または矩形の一つの角部分を残すように、正方形または矩形の隣接辺部に対して電荷転送トランジスタの制御電極としての転送ゲート電極１６が斜め方向に掛け渡たされており、その角部分および転送ゲート電極１６の領域を除く部分にフォトダイオード１２が配置され、この角部分に電圧変換部１４が配置されている。電荷転送トランジスタの転送ゲート電極１６の長手方向両側が、素子分離絶縁膜１７と素子分離半導体層（表面拡散層１８と周囲拡散層１９）の幅方向全部または幅方向一部（ここでは幅方向一部としている）までに掛け渡たされている。
ｐ型半導体層１１の表層部にｎ型不純物が注入された受光部としてのｎ型層のフォトダイオード１２が形成されており、このフォトダイオード１２の表面部にｐ型表面拡散層１３が設けられて埋め込み型フォトダイオード構造とされている。
【００７５】
このフォトダイオード１２は、被写体からの入射光を受光して信号電荷に光電変換するものであり、ここでは示していないが、撮像領域内に複数のフォトダイオード１２が二次元アレイ状に配置されている。
【００７６】
これらのフォトダイオード１２と電圧変換部１４との間のｐ型半導体層１１上にはＳｉ酸化膜からなるゲート絶縁膜１５を介して電荷転送トランジスタの転送ゲート電極１６が設けられている。この電荷転送トランジスタにより、フォトダイオード１２で被写体光が受光されて光電変換された信号電荷が転送ゲート電極１６下のｐ型半導体層１１を通って電圧変換部１４に電荷転送されるようになっている。この電圧変換部１４で変換された信号電圧に応じて、図示しないアンプトランジスタにより増幅されて、図示しない選択トランジスタで選択されて信号線に読み出される。
【００７７】
この電圧変換部１４では、フォトダイオード１２と同じ導電型（極性）のｎ型半導体層で構成されており、フォトダイオード１２で受光されて光電変換された信号電荷を信号電圧に変換するようになっている。
【００７８】
素子分離部としては、フォトダイオード１２や各トランジスタの間を素子分離するために設けられ、電圧変換部１４の周りを取り囲んでゲート電極１６下の途中まで延びている素子分離絶縁膜１７と、素子分離絶縁膜１７の端部とその端部が重なり、フォトダイオード１２の周囲を囲むと共に、これらのフォトダイオード１２および電圧変換部１４とは反対導電型のｐ型半導体層からなる表面拡散層１８と、この表面拡散層１８と同一導電型のｐ型半導体層からなる周囲拡散層１９とが形成されている。この素子分離部として、電圧変換部１４の周辺部分の両側からそれぞれ、電荷転送トランジスタのチャネル部分およびフォトダイオード１２の周囲を囲むように２本の素子分離絶縁膜１７の各端部と、素子分離半導体層（表面拡散層１８と周囲拡散層１９）の両端部とが互いの端部をそれぞれ重ねて設けられている。
【００７９】
Ａ−Ａ’線部分のＡ’側では、画素部の周囲の一部に画素部間を素子分離するためにＳＴＩによる素子分離絶縁膜１７が設けられており、これらの素子分離絶縁膜１７および電圧変換部１４の側面から底面を囲んで覆うように、素子分離絶縁膜１７よりも深くｐ型拡散層１９が設けられている。また、Ａ−Ａ’線部分のＡ側では、隣接する各フォトダイオード１２間を素子分離するために不純物注入拡散により形成され、平面視でフォトダイオード１２の周囲を囲むｐ型表面拡散層１８が設けられ、ここでは図示していないが、その側面から底面を囲んで覆うようにｐ型拡散層１９が設けられている。フォトダイオード１２は、転送ゲート電極１６とゲート絶縁膜１５を介して下方に接する面（ｐ型半導体層１１；チャネル部との面）を除いて自らを取り囲むように形成された表面拡散層１８と、ＳＴＩ層からなる素子分離絶縁膜１７の下部まで延びて覆っているｐ型拡散層１９により素子分離されている。
【００８０】
図１（ｂ）に示す本実施形態１の画素部構造は、図５に示した画素部構造と比較して、素子分離絶縁膜１７の終端部が転送ゲート電極１６下の途中まで形成されており、転送ゲート電極１６下に存在する素子分離絶縁膜１７の終端位置Ｇが、フォトダイオード１２に対して、転送ゲート電極１６のフォトダイオード１２側端面１６ａよりも距離Ｇ１だけ、転送ゲート電極１６下の内側に配置されている。即ち、素子分離絶縁膜１７は、転送ゲート電極１６の側端面１６ａからフォトダイオード１２の周囲側には突出していない。転送ゲート電極１６下からフォトダイオード１２側には、素子分離絶縁膜１７の終端部分と重なるように表面拡散層１８とその底側にｐ型拡散層１９が形成されて素子分離されている。
【００８１】
ここで、従来技術について再び簡単に説明する。図１０（ａ）に示した従来の画素部構造例のように、転送ゲート電極２０６の側端面からフォトダイオード２０２の周辺側いっぱいまで素子分離絶縁膜２０７が突出している領域Ｘ１がある場合、その分、フォトダイオード２０２と対向しているＳＴＩ界面があり、ＳＴＩ界面で発生する不要電荷がフォトダイオード２０２側に流れ込んでノイズを発生させてしまうという問題が生じる。また、図１０（ａ）に示した従来の画素部構造例のように、転送ゲート電極２０６の側端面からフォトダイオード２０２の周辺側の一辺いっぱいまで素子分離絶縁膜２０７が突出している領域Ｘ１を、フォトダイオード２０２と逆極性のｐ型層２０８、２０９により、素子分離絶縁膜２０７の側面および底面を取り囲んだとしても、転送ゲート電極２０６下では転送劣化が発生するため、不純物濃度が濃いｐ型拡散層を形成することができない。したがって、フォトダイオード２０２側の転送ゲート電極２０６の側端面付近でＳＴＩ界面から発生された電荷がフォトダイオード２０２側に流れ込むことを防ぐことは困難となる。
【００８２】
そこで、本実施形態１では、図１（ｃ）に示すように、転送ゲート電極１６下の素子分離絶縁膜１７をフォトダイオード１２の端面１２ａに対して例えば所定距離Ｇ１だけ遠ざけるように、その素子分離絶縁膜１７の終端位置Ｇを転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面１６ａよりも転送ゲート電極１６下の内側に配置することによって、ＳＴＩ層からなる素子分離絶縁膜１７とＳｉ基板部の界面で電荷が発生したとしても、フォトダイオード１２側への不要電荷の流れ込みを抑制することが可能となる。ただし、このような位置関係で、転送ゲート電極１６と素子分離絶縁膜１７とが配置された場合、隣接する各フォトダイオード１２の一方から他方への流れ込み（クロストーク）を防ぐため、転送ゲート電極１６と隣接する隣のフォトダイオード１２との間で表面拡散層１８および拡散層１９による分離幅が十分確保されていることが好ましく、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることが好ましい。なお、ＳＴＩ層からなる素子分離絶縁膜１７の幅は、プロセスマージンの観点からも０．１μｍ以上０．５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上０．３μｍ以下とすることが好ましい。
【００８３】
表面拡散層１８は、転送ゲート電極１６の形成後に不純物注入を行って形成すれば、余分な熱による不純物拡散が少なくなるため、好ましい。
【００８４】
図１（ｂ）に示す画素部構造例において、転送ゲート電極１６のフォトダイオード１２の側端面１６ａよりも転送ゲート電極１６下の内側に配置されている素子分離絶縁膜１７の終端面１７ａの位置Ｇは、図２に示すように、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線部分におけるポテンシャルグラフにおいて、画素部の電荷蓄積時に転送ゲート電極１６下に存在するポテンシャルが位置Ｇから電圧変換部１４側の方向に傾斜している領域Ｇ２内に配置されていることが好ましい。これは、この領域Ｇ２では、フォトダイオード１２側と電圧変換部１４との間に生じる電界Ｈが、フォトダイオード１２側から電圧変換部１４側の方向に向けて生じるため、電荷蓄積時にＳＴＩ−Ｓｉ基板部界面で発生する不要電荷が電圧変換部１４に流れ込み、フォトダイオード１２への不要電荷の流れ込みをより防ぐことができるからである。なお、このポテンシャルグラフの山の頂上（位置Ｇ）よりも電圧変換部１４側の領域に素子分離絶縁膜１７の終端面１７ａがあればよい。
【００８５】
フォトダイオード１２に蓄積された電荷を転送しやすくするため、フォトダイオード１２を形成するための不純物注入を転送ゲート電極１６の形成後に行い、図１（ｃ）に示した画素部構造例のように、フォトダイオード１２を転送ゲート電極１６によるセルフアライメントにより形成することによって、フォトダイオード１２と転送ゲート電極１６との各端面位置を略揃え、転送ゲート電極１６下のｐ型半導体層１１の不純物濃度を薄くすることが好ましい。なお、このようなセルフアライメントのメリットとして、転送ゲート電極１６のアライメントズレや、素子分離絶縁膜１７の幅、表面拡散層１８および拡散層１９による分離幅などの線幅ズレが起きても、確実に、図２のポテンシャルグラフの山の頂上（位置Ｇ）の位置に転送ゲート電極１６の端面１６ａを形成できる。即ち、転送ゲート電極１６の端面１６ａ下の位置に、このポテンシャルグラフの山の頂上（位置Ｇ）を形成する方が好ましい。これにより、素子分離絶縁膜１７（ＳＴＩ）だけからではなく、ゲート酸化膜１５のＳｉ−ＳｉＯ２界面からの電荷も防ぐことができる。図２のポテンシャルグラフのように、ポテンシャルの山の頂上（位置Ｇ）が転送ゲート電極１６下の中央位置にあるよりも、ポテンシャルの山の頂上（位置Ｇ）がその中央位置よりも転送ゲート電極１６の端面１６ａ側にある方が好ましく、ポテンシャルの山の頂上（位置Ｇ）が転送ゲート電極１６の端面１６ａ位置にあるのが最もよい。この場合に、電圧変換部１４側から延びている素子分離絶縁膜１７の少なくとも端部は、転送ゲート電極１６下に生じる電界が転送ゲート電極１６の受光素子側端面１６ａ下側から電圧変換部１４の方向に生じている領域内に位置している。
【００８６】
なお、本実施形態１では、フォトダイオード１２は、転送ゲート電極１６の形成後に不純物注入を行って形成することができる旨の説明をしたが、これに限らず、他の事例として、図３に示すように、フォトダイオード１２を形成するための不純物注入工程を転送ゲート電極１６の形成工程前に行い、転送ゲート電極１６とフォトダイオード１２に重なり部分Ｊを設け、即ち、転送ゲート電極１６の側端面１６ａよりも電圧変換部１４側（転送ゲート電極１６下の内側）に、フォトダイオード１２の端面１２ａが位置するように、フォトダイオード１２で蓄積された電荷をより転送しやすくすることも可能である。この重なり部分Ｊは容易に調整できる。この構造においても、転送ゲート電極１６下で素子分離絶縁膜１７の端面１７ａとフォトダイオード１２の端面１２ａとの間に所定距離Ｇ１があるため、フォトダイオード１２の形成時のアライメントずれによる特性劣化に対するマージンを広げることができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、異なる読み出し期間（異なる読み出しタイミング）Ａ、Ｂで信号が読み出される隣接画素部により一つの電圧変換部が共有されている場合に本発明を適用した事例ついて説明する。
【００８７】
図４（ａ）、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’線部分の縦断面図である。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）では、図１（ａ）〜図１（ｃ）と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付している。また、Ｘ＝Ｙでもよいし、Ｘ、Ｙの値は異なっていてもよい。
【００８８】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態２の固体撮像素子における画素部２Ａまたは２Ｂは、受光素子としてのフォトダイオード１２と電荷転送素子としての電荷転送トランジスタから画素部が構成され、平面視で正方形または矩形の一つの角部分を残すように、正方形または矩形の隣接辺部に対して電荷転送そらんじスタの制御電極としての転送ゲート電極１６が斜め方向に掛け渡たされており、この角部分および転送ゲート電極１６の領域を除く部分にフォトダイオード１２が配置され、この角部分を含む領域に電圧変換部１４が配置されている。さらに、この角部分が互いに隣接するように画素部２Ａおよび２Ｂが上下に二つ配置され、この二つの画素部２Ａおよび２Ｂの各角部分が一体的に連結され、各角部分を連結した領域を一つの電圧変換部１４とし、この二つの画素部２Ａおよび２Ｂが一つの電圧変換部１４を共有している。
【００８９】
また、この２画素部２（２Ａ，２Ｂ）は、電圧変換部１４を共有した二つの画素部（フォトダイオード１２、１２）が上下方向（または左右方向）に隣接配置された画素部構造であって、各転送ゲート電極１６が互いに向かい合うため、読み出し期間が異なる画素部（読み出しタイミングが異なる画素部）であっても、図１や、後述する図５に示す画素部構造例に比べて、図４（ｂ）に示すように、互いに隣接する各転送ゲート電極１６間のｐ型半導体層１８および１９の不純物濃度をより濃くしておく必要がある。
【００９０】
なお、図４では、上下方向に配置された隣接画素部（フォトダイオード１２、１２）により電圧変換部１４が共有された事例について説明したが、これに限らず、図５に示すように、斜め方向、例えば右上から左下（または左上から右下）に配置された二つの隣接画素部（フォトダイオード１２、１２）により電圧変換部１４が共有されていてもよい。この場合にも、本発明の適用として、互いの転送ゲート電極１６下の内側に素子分離絶縁膜１７の終端部が存在するように配置されていればよい。このように、電圧変換部１４を共有した二つの画素部（フォトダイオード１２、１２）が斜め方向に配置された画素部構造例においては、図１に示す画素部構造例の場合と同様に、各転送ゲート電極１６が接近して向かい合わないため、転送ゲート電極１６と隣接フォトダイオード１２との間で表面拡散層１８および拡散層１９による分離幅を十分に確保しておく必要がある。
【００９１】
また、図４（ａ）および図５の二つの画素部は、固体撮像素子の撮像領域において上下左右にアレイ状に複数配列されている。また、隣接する電荷転送トランジスタの転送ゲート電極１６間で表面拡散層および周囲拡散層による分離幅が、０．１μｍ以上０．３μｍ以下とすることが好ましい。
（実施形態３）
本実施形態３では、異なる読み出し期間（異なる読み出しタイミング）Ａ、Ｂで信号が読み出される二組の隣接画素部によりそれぞれが一つの電圧変換部１４が共有され、さらに、二つの同一読み出し期間（同一読み出しタイミング）ＡまたはＢで信号が読み出される二組の隣接画素部において転送ゲート電極１６が連続接続された事例について説明する。これは、前述した図４（ａ）の一組の隣接画素部（フォトダイオード１２、１２）が、二組、各転送ゲート電極１６を隣接させるように配置し、上同士の各転送ゲート電極１６を連結すると共に、下同士の各転送ゲート電極１６を連結する場合である。
【００９２】
図６（ａ）は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子における画素構造例を示す上面図であり、図６（ｂ）はそのＣ−Ｃ’部分の断面図である。
【００９３】
図６（ａ）および図６（ａ）に示すように、本実施形態３の固体撮像素子における画素部３Ａ，３Ｂ，３Ａ’または３Ｂ’は、受光素子としてのフォトダイオード１２と電荷転送素子としての電荷転送トランジスタから画素部が構成され、平面視で正方形または矩形の一つの角部分を残すように、正方形または矩形の隣接辺部に対して電荷転送そらんじスタの制御電極としての転送ゲート電極１６が斜め方向に掛け渡たされており、この角部分および転送ゲート電極１６の領域を除く部分にフォトダイオード１２が配置され、この角部分を含む領域に電圧変換部１４が配置されている。さらに、角部分が互いに隣接するように画素部３Ａ，３Ｂ，３Ａ’および３Ｂ’が四つ配置され、四つの画素部３Ａ，３Ｂ，３Ａ’および３Ｂ’のうちの一方の二つの画素部３Ａ，３Ｂの各角部分同士と他方の二つの画素部３Ａ’または３Ｂ’の各角部分同士とがそれぞれ一体的に連結され、各角部分を連結した領域の一方および他方を一方および他方の電圧変換部１４，１４とし、一方の二つの画素部３Ａまたは３Ｂが左側の一方の電圧変換部を共有し、他方の二つの画素部３Ａ’または３Ｂ’が右側の他方の電圧変換部を共有し、一方および他方の電圧変換部１４，１４間に素子分離絶縁膜１７が配置されている。
【００９４】
また、画素部３（３Ａ，３Ｂ，３Ａ’，３Ｂ’）は、同一読み出し期間（同一読み出しタイミング）Ａで二つのフォトダイオード１２、１２からそれぞれ、連結した一つの転送ゲート電極１６下の異なる通路をそれぞれ通して二つの電圧変換部１４にそれぞれ電荷転送する。一つの転送ゲート電極１６が二つの左右の画素部３Ａ，３Ａ’または３Ｂ，３Ｂ’に渡って接続されて連続しているため、素子分離絶縁膜１７を転送ゲート電極１６の内側に配置すると、注入拡散層（表面拡散層１８）により素子分離を行うことができない。連続した転送ゲート電極１６を分離すると、上述した手法で素子分離を行うことが可能であるが、転送ゲート電極１６上にコンタクト部を設けるための面積を十分確保できない場合など、互いの転送ゲート電極１６を素子分離することができない場合もある。その場合には、転送ゲート電極１６の形成前に予め不純物濃度が濃い拡散層を形成しておいてもよい。ただし、この場合には、ゲート酸化膜形成時に不純物の拡散が生じて転送ゲート電極１６下の半導体層１１の不純物濃度が濃くなって転送劣化を招くという虞がある。このような転送劣化が生じる場合には、転送ゲート電極１６の形成後に転送ゲート電極１６越しに突き抜けるように不純物注入を行って注入拡散層（表面拡散層１８）を形成して素子分離を行うことができる。
【００９５】
なお、図６に示す画素部構造例においては、フォトダイオード１２から電圧変換部１４への電荷転送時に、転送ゲート電極１６に転送電圧が印加された場合に、表面拡散層１８のポテンシャルも低くなって隣接画素部の電圧変換部１４へ電荷が流れ込む虞もある。このため、フォトダイオード１２から電圧変換部１４への電荷転送時には、転送ゲート電極１６下において、フォトダイオード１２と電圧変換部１４との間に存在するｐ型半導体層１１のポテンシャルが表面拡散層１８のポテンシャルよりも低くなるように設定する必要がある。
【００９６】
以上のように、上記実施形態１〜３によれば、２次元アレイ状に複数配置されたフォトダイオード１２、電圧変換部１４および複数のトランジスタを有する画素部において、素子分離絶縁膜１７と、フォトダイオード１２と逆極性の半導体層からなる表面拡散層１８と、素子分離絶縁膜１７の側端面を含めて底面よりも深く形成され、表面拡散層１８と同一極性の半導体層からなる拡散層１９により素子分離が行われ、素子分離絶縁膜１７は、転送ゲート電極１６下に存在する部分の終端位置Ｇが、フォトダイオード１２の端面１２ａに対して、フォトダイオード１２の側端面１２ａよりも転送ゲート電極１６下の内側に配置されている。これによって、転送ゲート電極１６によるフォトダイオード１２から電圧変換部１４への電荷転送劣化を起こさずに、素子分離絶縁膜１７からフォトダイオード１２への暗電流の流れ込みを防ぎ、よりノイズを抑制することができる。
（実施形態４）
上記実施形態１〜３では、フォトダイオード１２間および各トランジスタ間を分離する素子分離絶縁膜１７は、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極１６下にあってフォトダイオード１２側とは反対側に形成され、素子分離絶縁膜１７の終端位置Ｇが、フォトダイオード１２に対して、転送ゲート電極１６下のフォトダイオード側端面よりも内側に配置されており、転送ゲート電極１６下の素子分離絶縁膜１７の終端位置Ｇからフォトダイオード１２の周辺側には表面拡散層１８と拡散層１９が形成されている。さらに、素子分離絶縁膜１７は、電荷転送トランジスタの転送ゲート電極１６下において、フォトダイオード１２側と電圧変換部１４との間に生じる電界Ｈが、フォトダイオード１２側から電圧変換部１４側の方向に向けて生じている領域Ｇ２内に終端部されていればよい。
【００９７】
これに対して、本実施形態４では、素子分離絶縁膜１７からの発生電荷がフォトダイオード１２側に流れ込んで蓄積されることを抑制して、ノイズをより低減させることができる本発明の目的を、上記実施形態１〜３の場合まではいかなくても、従来技術の引用文献２の場合に比べて大幅に達成できるためには、隣接する各フォトダイオード１２間や、隣接するトランジスタ間、さらには、フォトダイオード１２とトランジスタ間を素子分離するための素子分離部として、フォトダイオード１２の矩形またが正方形の周囲４辺を囲むように、素子分離絶縁膜１７と、この素子分離絶縁膜１７の端部と端部同士が互いに重なった状態で、フォトダイオード１２および電圧変換部１４とは反対導電型の注入分利用の半導体層１８とを有し、この素子分離絶縁膜１７が、図１では三角形状の電圧変換部１４の３辺のうち、外周の隣り合う２辺（周辺）、さらに、電荷転送手段としての電荷転送トランジスタの制御電極である転送ゲート電極１６下からフォトダイオード１２の周辺部分の２辺側にそれぞれ突出している。より具体的には、素子分離絶縁膜１７が転送ゲート電極１６のフォトダイオード端面下から突出して、その突出部は、素子分離絶縁膜１７がフォトダイオード１２の一辺全体に比べてはるかに短かい。さらには、素子分離絶縁膜１７が転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面の位置かまたはこのフォトダイオード側端面よりも転送ゲート電極１６下の内側に形成するように作製した場合に、アライメントマージンや形成マージンを含むプロセスマージン的に、素子分離絶縁膜１７が転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面から突出していてもよく、突出寸法がプロセスマージンによる寸法（例えば転送ゲート電極１６の幅）よりも短ければよい。
【００９８】
なお、本実施形態４では、その具体例として、フォトダイオード１２の端面に対向した素子分離絶縁膜１７の端部位置が、転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面１６ａと平面視で一致するかまたは、転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面１６ａよりも転送ゲート電極１６下の内部に位置するように製造された場合に、突出部がプロセスマージンに伴う突出距離を有するかまたは該突出距離よりも短く突出している場合について説明したが、これに限らず、突出部の突出距離がフォトダイオード１２の一辺の方向に対応する転送ゲート電極１６の切断距離またはこの切断距離よりも短い距離であってもよい。また、突出部の突出寸法が転送ゲート電極１６の幅寸法またはこの幅寸法よりも短い寸法であってもよい。さらに、突出部の突出寸法は素子分離絶縁膜１７の幅寸法またはこの幅寸法よりも短い寸法であってもよい。さらに、本実施形態４の場合に、転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面１６ａと、素子分離絶縁膜１７および素子分離半導体層の重なり部分とが斜めに交わっており、素子分離絶縁膜１７の両端面がそれぞれ、転送ゲート電極１６のフォトダイオード側端面１６ａの両先端位置よりも転送ゲート電極１６側にそれぞれ位置していてもよい。
（実施形態５）
本実施形態５では、上記実施形態１〜３の少なくともいずれかの画素部が複数、２次アレイ状に撮像領域に配置された固体撮像素子を有する固体撮像装置を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラ、携帯電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。
【００９９】
本実施形態５の電子情報機器は、上記固体撮像装置（または固体撮像素子）を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１００】
ここで、上記実施形態２では、二つの画素部２Ａ,２Ｂが、同じ電圧変換部１４を共有している場合であるが、ここでは、例えば上記実施形態１の画素部１が４つ、同じ電圧変換部１４を共有している場合に、他の複数のトランジスタとの接続関係について図７および図８を参照して説明する。
【０１０１】
図７は、本発明の実施形態５に係る固体撮像素子における画素構造例を示す上面図である。
図７において、本実施形態５の４画素部のうちの１画素部は、受光素子としてのフォトダイオード１２（ＰＤ）と電荷転送素子としての電荷転送トランジスタＴ１から構成され、平面視で正方形または矩形の一つの角部分を残すように、正方形または矩形の隣接辺部に対して電荷転送トランジスタＴ１の制御電極としての転送ゲート電極１６が斜め方向に掛け渡たされており、この角部分および転送ゲート電極１６の領域を除く部分にフォトダイオード１２（ＰＤ）が配置されている。この角部分が互いに隣接するように画素部が四つ配置され、この四つの画素部の各角部分が一体的に連結され、各角部分を連結した領域を一つの電圧変換部１４とし、この四つの画素部が一つの電圧変換部１４を共有している。
【０１０２】
図８は、本発明の実施形態５に係る電子情報機器に用いられる本発明の固体撮像素子において、４画素部が電圧変換部を共有した場合の要部構成例を示す回路図である。
【０１０３】
図８においては、本実施形態５の電子情報機器に用いられる固体撮像素子における４画素部は、４つの画素部が１単位とされ、それぞれに対応する垂直方向に隣接する４つのフォトダイオード１２としての各フォトダイオードＰＤ−１〜ＰＤ−４と、各フォトダイオードＰＤ−１〜ＰＤ−４からの信号電荷をそれぞれ電荷検出部としての電圧変換部１４へ順次転送可能とする転送ゲート電極１６を持つ転送手段としての転送トランジスタＴ１−１〜Ｔ１−４とからなる４つの画素部（複数の画素部、ここでは４つ）が設けられており、各転送トランジスタＴ１−１〜Ｔ１−４の両端のうち、フォトダイオード１２（ＰＤ）側とは反対側が一つの電圧変換部１４に共通接続されている。また、この４画素部は、さらに、電圧変換部１４の電位をドレイン電圧Ｖｄｄにリセットするリセット手段としてのリセットトランジスタＴ３と、電圧変換部１４からの信号を増幅する増幅手段としての増幅トランジスタＴ２と、その増幅トランジスタＴ２の出力を読出信号線ＳＩＧに選択的に読み出す選択手段としての選択トランジスタＴ４とが設けられている。本実施形態４の４トランジスタ型のイメージセンサでは、この４画素部がマトリクス状に複数アレイ状に配置されて撮像領域を形成している。
【０１０４】
転送トランジスタＴ１−１〜Ｔ１−４の転送ゲート電極１６は、転送トランジスタ駆動線ＴＸ１〜ＴＸ４にそれぞれ接続されている。増幅トランジスタＴ２は、ドレイン電圧ＶＤＤと選択トランジスタＴ４との間に接続され、そのゲート電極は電荷検出部ＦＤに接続されている。リセットトランジスタＴ３は、ドレイン電圧ＶＤＤと電圧変換部１４との間に接続され、そのゲート電極はリセットトランジスタ駆動線ＲＳＴに接続されている。選択トランジスタＴ４は、増幅トランジスタＴ２と読出信号線ＳＩＧとの間に接続され、そのゲート電極は選択トランジスタ駆動線ＳＥＬに接続されている。
【０１０５】
読出信号線ＳＩＧは、負荷トランジスタＴ５を介して接地電圧端と接続されている。このような４画素部が複数マトリックス状に配列されており、読出信号線ＳＩＧは一方向（水平方向）に複数本設けられている。
【０１０６】
上記構成において、まず、リセットトランジスタＴ３がオン状態とされることにより、電圧変換部１４の電位がドレインＶｄｄにリセットされる。
【０１０７】
その後、一番上の転送トランジスタＴ１−１がオン状態とされることにより、光電変換素子ＰＤ−１からの信号電荷が電荷検出部ＦＤに転送される。
【０１０８】
この電荷転送動作の前後における電圧変換部１４Ｄの電位は、増幅トランジスタＴ２により増幅された後、選択トランジスタＴ４を介して読出信号線ＳＩＧに読み出される。
【０１０９】
以下、同様にして、上から二番目のフォトダイオードＰＤ−２、上から三番目のフォトダイオードＰＤ−３および上から四番目のフォトダイオードＰＤ−４に対して、信号電荷の電圧変換部１４への転送、その電荷転送動作の前後における電圧変換部１４の電位の増幅、および増幅された信号の読出信号線ＳＩＧへの読み出しが順次行われる。
【０１１０】
この読み出された信号は、読出信号線ＳＩＧの末端に接続された負荷トランジスタＴ５により受けられて、信号Ｖｏｕｔとして出力される。
【０１１１】
なお、上記実施形態１〜５では、特に説明しなかったが、電圧変換部１４は素子分離絶縁膜１７と接しているが、素子分離絶縁膜１７から電圧変換部１４に不要電荷が流入したとしても、電圧変換部１４は電荷を蓄積する部分ではなく、フォトダイオード１２から電圧変換部１４への電荷転送前にリセットトランジスタにより所定電位にリセットされるので、素子分離絶縁膜１７による悪影響はない。
【０１１２】
また、上記実施形態１〜５では、特に説明しなかったが、入射光を信号電荷に変換する複数の受光素子が二次元状に配置され、該受光素子で光電変換された信号電荷を電荷転送素子により電圧変換部に転送し、電圧変換部で変換された信号電圧に応じて増幅した信号を読み出す固体撮像素子において、隣接する素子間を素子分離する素子分離部として、電圧変換部の周辺部分の両側から電荷転送素子のチャネル部分および受光素子を囲むように素子分離絶縁膜と素子分離半導体層とが互いの端部が重なるように設けられ、受光素子の端面に対向した素子分離絶縁膜の端部が、該制御電極の受光素子側端面よりも制御電極下の内側に配置されているかまたは、該制御電極の受光素子側端面下から該受光素子の周辺部分に突出した突出部として配置されていればよい。または、素子分離絶縁膜の幅方向全部または一部が、電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ電荷転送素子の制御電極の両側下にそれぞれ配置されているかまたは、電圧変換部の周辺部分の両側から制御電極の両側下を経て受光素子の周辺部分にそれぞれ突出した突出部として配置されていればよい。これによって、従来技術のように工程を複雑化せず転送ゲート電極の形成を困難化せずに、素子分離絶縁膜からの発生電荷がフォトダイオードに流れ込んで蓄積されることを抑制して、ノイズをより低減させることができる本発明の目的を達成することができる。
【０１１３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜５を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜５に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜５の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、被写体光を受光する受光部としてのフォトダイオードで光電変換された信号電荷を電圧変換部に転送し、電圧変換部で変換された電圧に応じた信号を順次読み出すＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子および、この固体撮像素子を撮像部に用いたデジタルカメラなどの電子情報機器の分野において、素子分離絶縁膜の幅方向全部または一部が、電圧変換部の周辺部分の両側からそれぞれ電荷転送素子の制御電極の両側下にそれぞれ配置されているかまたは、電圧変換部の周辺部分の両側から制御電極の両側下を経て受光素子の周辺部分にそれぞれ突出した突出部として配置されているため、従来のように工程を複雑化せず転送ゲート電極の形成を困難化せずに、素子分離絶縁膜が受光素子の周囲に配置されている従来構造に比べて、素子分離絶縁膜とＳｉ基板界面で生じる不要電荷が受光素子側に流れ込むことを大幅に防ぐことができる。
さらに、電荷転送素子の制御電極下の素子分離絶縁膜において不要電荷が発生しても、電界の方向が電圧変換部側を向いていれば、その不要電荷は受光素子に蓄積されにくいため、ノイズを低減することができる。さらに、受光素子側の制御電極の端面から素子分離絶縁膜までの距離が所定距離だけ確保されていれば、受光素子と制御電極とに平面視で重なりを持たせた構造とすることが可能となり、暗電流を防ぎつつ、電荷転送効率を高めることができる。また、受光素子面積を広くして飽和電荷量の増加も見込むことができる。さらに、電圧変換部を共有する画素部構造においても、極力、制御電極下の素子分離絶縁層の表面積を減らして、受光素子と素子分離絶縁膜との対向面を減らすことができるため、ノイズをより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ’線部分の縦断面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ’線部分におけるポテンシャルを示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態１に係る他の固体撮像素子における画素部構造例を示す図１（ｂ）と同様のＡ−Ａ’線部分の縦断面図である。
【図４】（ａ）、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線部分の縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る他の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子における画素構造例を示す上面図であり、（ｂ）はそのＣ−Ｃ’部分の断面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る固体撮像素子における画素構造例を示す上面図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る電子情報機器に用いられる本発明の固体撮像素子において、４画素部が電圧変換部を共有した場合の要部構成例を示す回路図である。
【図９】（ａ）は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ’線部分の縦断面図である。
【図１０】（ａ）は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ’線部分の縦断面図である。
【図１１】（ａ）は、特許文献３に開示されている従来の固体撮像素子における画素部構造例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ’線部分の縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１〜３、２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、３Ａ’，３Ｂ’  画素部
１１  転送ゲート電極下の半導体層
１２、ＰＤ−１〜ＰＤ−４  フォトダイオード
１２ａ  端面
１３  フォトダイオード表面拡散層 
１４  電圧変換部
１６  転送ゲート電極
１６ａ  端面
１７  素子分離絶縁膜
１７ａ  端面
１７ｂ  フォトダイオードの端面に対向している端部
１８  表面拡散層
１９  周囲拡散層
Ｇ  素子分離絶縁膜の終端位置
Ｇ１  転送ゲート電極下におけるフォトダイオードへのポテンシャル傾斜領域
Ｇ２  転送ゲート電極下における電圧変換部へのポテンシャル傾斜領域
Ｔ１−１〜Ｔ１−４  転送トランジスタ
Ｔ２  増幅トランジスタ
Ｔ３  リセットトランジスタ
Ｔ４  選択トランジスタ
Ｔ５  負荷トランジスタ
【図２】
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【図８】
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【図１】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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