(57)【要約】【課題】混色を防止し、かつ高感度を得て、画素サイズを微細化することを可能とする。【解決手段】第１導電型の半導体基板１１に複数の受光画素を配設したイメージエリアを有する固体撮像装置１において、半導体基板１１に前記受光画素を構成する受光領域２３と光電変換領域２２を設けて形成される複数のフォトセンサ部２１と、前記フォトセンサ部２１の前記光電変換領域２２を挟んで前記受光領域２３と反対側に形成され、オーバーフローバリアを形成する前記第１導電型とは逆の第２導電型の第１ウェル領域１３と、前記第１ウェル領域１３を挟んで前記光電変換領域２２と反対側に前記フォトセンサ部２１に対応する箇所を除く領域に形成された第２導電型の第２ウェル領域１４と、前記第１ウェル領域１３を挟んで前記光電変換領域２２と反対側に前記フォトセンサ部２１に対応する領域に形成された第１導電型領域１５とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板に複数の受光画素を配設したイメージエリアを有する固体撮像装置において、
半導体基板に前記受光画素を構成する受光領域と光電変換領域を設けて形成される複数のフォトセンサ部と、
前記フォトセンサ部の前記光電変換領域を挟んで前記受光領域と反対側に形成され、オーバーフローバリアを形成する前記第１導電型とは逆の第２導電型の第１ウェル領域と、
前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域に形成された第２導電型の第２ウェル領域と、
前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する領域に形成された第１導電型領域と
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記イメージエリアの外側部に設けられた接地部と、
前記第２ウェル領域と前記接地部の間に設けた第２導電型領域とを有し、
前記第２ウェル領域を通じてオーバーフロー電荷の一部を前記接地部に流す
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】
前記フォトセンサ部で光電変換された信号電荷を転送する電荷転送部と、
画素分離を行うチャネルストップ部を有し、
前記フォトセンサ部と前記第１ウェル領域との間の領域のポテンシャルは、前記電荷転送部または前記チャネルストップ部と前記第１ウェル領域との間の領域のポテンシャルと等しいか、それよりも高く、
前記第２ウェル領域のポテンシャルは、前記第１ウェル領域のポテンシャルよりも低い
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２ウェル領域は、前記フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域に網目状に形成されている
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】
前記第１導電型領域の前記受光領域表面からの深さは、前記第２ウェル領域の前記受光領域表面からの深さと同じである
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】
前記イメージエリア外側部において、前記第２ウェル領域と前記接地部との間に第２導電型の第３ウェル領域を有する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
第１導電型の半導体基板上に複数の受光画素を配設したイメージエリアを有する固体撮像装置において、
前記イメージエリアの外側部に設けられた接地部と、
前記半導体基板に前記受光画素を構成する受光領域と光電変換領域を設けて形成される複数のフォトセンサ部と、
前記フォトセンサ部の前記光電変換領域を挟んで前記受光領域と反対側に形成され、オーバーフローバリアを形成する前記第１導電型とは逆の第２導電型の第１ウェル領域とを有し、
前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側の領域であって、前記フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域を通るようにオーバーフロー電荷の一部を流し、さらに当該オーバーフロー電荷の一部を前記接地部まで流す経路
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
固体撮像装置を撮像素子に用いた撮影装置において、
前記固体撮像装置は、
第１導電型の半導体基板に複数の受光画素を配設したイメージエリアを有し、
半導体基板に前記受光画素を構成する受光領域と光電変換領域を設けて形成される複数のフォトセンサ部と、
前記フォトセンサ部の前記光電変換領域を挟んで前記受光領域と反対側に形成され、オーバーフローバリアを形成する前記第１導電型とは逆の第２導電型の第１ウェル領域と、
前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域に形成された第２導電型の第２ウェル領域と、
前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する領域に形成された第１導電型領域と
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受光部での余剰な電子を基板側に排出し、余剰なホールを基板の深い箇所に設けたＰ型領域を介して、基板表面の各フォトセンサ周辺に設けられたチャンネルストップ部から接地部（ＧＮＤ）に排出するようにした、いわゆる縦型オーバーフロードレイン方式の固体撮像素子が提案されている。
【０００３】
さらに、余剰なホールの一部を基板表面の各フォトセンサ周辺のチャンネルストップ部からＧＮＤに排出（以下、ルートＡという）し、残りの余剰ホールをオーバーフローバリア領域に移動させ、その余剰ホールを上記オーバーフローバリア領域を通して固体撮像素子の外側部に送り、この外側部に接続されたＧＮＤに排出（以下、ルートＢという）する構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この構造の場合、接地部から離れた場所では、電圧降下があるため、フォトセンサでのホールの抜けが遅くなり、ルートＢにおけるオーバーフローバリアポテンシャルが有効撮像領域周辺部と中央部で変動し、飽和信号電子数にシェーディングを生じるので、撮像した画像の画質劣化を招くという問題がある。つまり、この問題を解決するためには、余剰ホールの通り道であるルートＢのオーバーフローバリア領域の抵抗を下げることにより、ホールがルートＢを通ることによる電圧降下を抑制し、オーバーフローバリアポテンシャルがイメージエリアの中心部と周辺部において変動することを抑える必要がある。
【０００４】
このオーバーフローバリア領域の抵抗低減のためには、オーバーフローバリア領域の不純物濃度を高くすることが考えられる。しかしながら、この場合はオーバーフローバリア領域が中性（ニュートラル）化してしまうため、オーバーフローバリア領域を空乏化させることができず、大光量入射時にブルーミングの問題が発生する。
【０００５】
一方、前記オーバーフローバリア領域の不純物濃度を下げた場合、オーバーフローバリア領域のポテンシャルが高くなるため、オーバーフローバリア領域を空乏化することができるので、大光量入射時のブルーミングの問題は改善される。しかしながら、オーバーフローバリア領域が高抵抗化し、大光量入射時にシェーディングが発生するという問題がある。
【０００６】
すなわち、特許文献１に記載の発明では、オーバーフローバリア領域を空乏化させることと低抵抗化させることを両立できないため、飽和信号電子数のシェーディングおよびブルーミングの両方を抑制することができないという問題があった。
【０００７】
一方、固体撮像装置においては、多画素化や微細化の進展による画素サイズの縮小に伴って、垂直方向および水平方向の画素間が狭まる傾向が顕著である。このため、半導体基板の表面だけに形成されたチャネルストップ領域の構造ではフォトセンサ部で光電変換された電荷が隣接画素へ混ざる現象（以下、混色と呼ぶ）を有効に防止できない。このため、かかる混色を防止するために、画素間のチャネルストップ領域や垂直電荷転送部の下部（垂直電荷転送部に於いて、Ｎ型領域で形成された垂直電荷転送チャネルよりも半導体基板表面から深い領域）に形成されたＰ型領域を半導体基板の深さ方向に深い領域まで形成する必要がある。
【０００８】
そこで、チャネルストップ領域を形成するＰ型不純物を、注入エネルギーを変えた複数回のイオン注入によって形成する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この方法を用いた場合、深さ方向に不純物濃度が不均一となり、均一な不純物濃度のチャネルストップ領域を深い領域まで形成することが困難であった。また、画素サイズが微細化すると、各フォトセンサ周辺のチャネルストップ領域を構成するＰ+拡散層によって電荷の通り道が狭くなりる、いわゆる狭チャンネル効果（narrow channel effect）が発生する。
【０００９】
特許文献２に記載の方法を用いた場合、上述したようにチャネルストップ領域が深さ方向に不純物濃度が不均一なものとなってしまい、これに加えて、上記狭チャネル効果が発生することにより、その部分のポテンシャルが低くなり、さらにオーバーフローバリア領域のポテンシャルの極小点が基板表面から浅い位置にシフトしてしまう。
【００１０】
したがって、画素サイズが小さい場合には、オーバーフローバリア領域を基板表面から深い位置に形成することが困難となる。また、感度を向上させるためにフォトセンサに入射した光によって光電変換する領域を広くするため、前記オーバーフローバリア領域は基板表面からある程度深い位置に形成することが望ましい。しかしながら、上述したように、画素サイズが小さい場合には、オーバーフローバリア領域を深い位置に形成することが困難なため、固体撮像素子の高感度化は困難となる問題があった。
【００１１】
さらに、チャンネルストップ領域が深さ方向に不均一となると、ポテンシャルが深さ方向に波打った形状となり、このチャンネルストップ領域から基板表面側に余剰ホールを抜くためには好ましくない。
【００１２】
上述した高感度化が困難となる問題と、チャネルストップ領域が不均一となる問題は、画素サイズが２μｍ以下となると特に問題となる。
【００１３】
さらに、特許文献２に記載の方法では工程数が増加するという問題点があった。また、チャンネルストップ部を高エネルギーのイオンインプラで形成する必要があるため、レジストからなるイオン注入マスクを厚く形成する必要があり、厚膜のレジスト膜を微細加工することが困難であるため、画素の微細化が困難になるという問題点もあった。
【００１４】
また、特許文献１には、チャネルストップ部をシリコン基板表面からフォトセンサより深い位置にかけて形成されている構造とすることにより、前記ルートＢに沿って移動させるホールの一部を、深く形成されたチャネルストップ部から基板表面側のＧＮＤに排出（ルートＣ）させる発明が開示されている。
【００１５】
上述したように、画素サイズが微細化した場合には、特許文献２に記載の方法を用いても感度が低下してしまうので、この方法を特許文献１に記載の発明に適用しても、感度が低下してしまう。したがって、この場合には、混色を防止し、かつ高感度を得ることは困難である。よって、特許文献２に記載の方法を特許文献１に記載の発明に適用した場合、画素サイズの微細化は困難であるという問題があった。
【００１６】
他方、画素サイズが微細化した場合に感度が低下してしまうのを抑制する手段として、受光部以外の領域、すなわち、垂直転送部下で光電変換されることにより得られる電荷についても信号電荷として用いるようにすることが考えられる。垂直転送部下で光電変換されることによって得られた電荷も信号電荷として用いることができるようにするために、例えば特許文献３には、第１のＰウェル領域の下方にＮ-型不純物領域を介して第２のＰウェル領域を形成したツインＰウェル構造にするとともに、画素分離のためのチャネルストップ部を第２のＰ型ウェル領域の位置まで深く形成し、当該Ｐ型ウェル領域と電気的に結合させる構造が開示されている。この場合にも、チャネルストップ部を深く形成する必要がある。そのため、特許文献３に記載された方法を適用しても、上述したような特許文献１に記載の発明に特許文献２に記載の方法を適用した場合と同様な問題があった。
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−１５７２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５４６２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
解決しようとする問題点は、画素サイズが微細化した場合、混色を防止し、かつ高感度を得ることが困難な点である。
【００１９】
本発明は、混色を防止し、かつ高感度を得て、画素サイズを微細化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１に係る本発明は、第１導電型の半導体基板に複数の受光画素を配設したイメージエリアを有する固体撮像装置において、半導体基板に前記受光画素を構成する受光領域と光電変換領域を設けて形成される複数のフォトセンサ部と、前記フォトセンサ部の前記光電変換領域を挟んで前記受光領域と反対側に形成され、オーバーフローバリアを形成する前記第１導電型とは逆の第２導電型の第１ウェル領域と、前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域に形成された第２導電型の第２ウェル領域と、前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する領域に形成された第１導電型領域とを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１に係る本発明では、第２ウェル領域が、フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域に形成されるため、画素サイズの微細化しても混色を防止することができる。また、感度および分光感度の印加電圧Ｖsub依存性を改善することができる。すなわち、第１ウェル領域よりも深い位置に第２ウェル領域が在るため、Ｖsubを高くしても、ポテンシャルの極小値の位置が第１ウェル領域にあり、フォトセンサ部近傍の位置にシフトすることがないので、高感度化と共に感度および分光感度の印加電圧Ｖsub依存性の改善が実現される。よって、画素サイズを微細化しても、混色の防止とともに高感度化と共に感度および分光感度の印加電圧Ｖsub依存性の改善が実現される。
【００２２】
請求項８に係る本発明の撮像装置は、固体撮像装置を撮像素子に用いた撮影装置において、前記固体撮像装置が第１導電型の半導体基板に複数の受光画素を配設したイメージエリアを有し、半導体基板に前記受光画素を構成する受光領域と光電変換領域を設けて形成される複数のフォトセンサ部と、前記フォトセンサ部の前記光電変換領域を挟んで前記受光領域と反対側に形成され、オーバーフローバリアを形成する前記第１導電型とは逆の第２導電型の第１ウェル領域と、前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する箇所を除く領域に形成された第２導電型の第２ウェル領域と、前記第１ウェル領域を挟んで前記光電変換領域と反対側に前記フォトセンサ部に対応する領域に形成された第１導電型領域とを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る本発明の撮像装置では、本発明の固体撮像装置を撮像素子に用いたことから、画素サイズが微細化されても、混色が防止され、かつ高感度化と共に感度および分光感度の印加電圧Ｖsub依存性の改善が図れる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る本発明の固体撮像装置によれば、画素サイズを微細化しても混色が防止されて高感度化と共に感度および分光感度の印加電圧Ｖsub依存性の改善が図れるので、撮像した画像の高精細化、高画質化が可能になるという利点がある。
【００２５】
請求項８に係る本発明の撮像装置によれば、撮像素子に用いた固体撮像装置の画素サイズを微細化しても混色が防止されて高感度化と共に感度および分光感度の印加電圧Ｖsub依存性の改善が図れるので、撮像した画像の高精細化、高画質化ができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
請求項１に係る本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を、図１、図２、図３の概略構成断面図、図４、図５の平面レイアウト図を用いて説明する。なお、図１は、図４中のＸ−Ｘ’線断面の概略を示す図面であり、図２は図４中のＹ−Ｙ’線断面の概略を示す図面である。
【００２７】
また、図１、図２，図４は、本発明の固体撮像装置のイメージエリア内に設けられた複数の受光画素のうち一つの受光画素付近の概略を示す図面であり、図３は、本発明に係る固体撮像装置のイメージエリア外側部に設けられた接地部近傍を示した概略構成断面図であり、図５は、固体撮像装置のイメージエリア及びその外側部に有る接地部付近の概略を示すレイアウト図である。
【００２８】
図１、図２および図４に示すように、第１導電型（Ｎ型、以下第１導電型をＮ型として説明する。）の半導体基板１１上に、第２導電型（Ｐ-型、以下第２導電型をＰ型として説明する。）の領域としてエピタキシャル領域１２が形成されている。該エピタキシャル領域１２はＣＶＤ等を用いてエピタキシャル成長させることにより形成される。上記エピタキシャル領域１２内には、上記エピタキシャル領域１２よりも不純物濃度が高いオーバーフローバリアとなる第２導電型の第１ウェル領域１３が形成されている。上記第１ウェル領域１３はイオン注入によって形成される。
【００２９】
また、上記エピタキシャル領域１２のうち上記半導体基板１１と反対側の表面には、固体撮像装置１に入射した光を光電変換するフォトセンサ部２１が形成されている。このフォトセンサ部２１は、Ｎ型領域からなる光電変換領域２２と、該光電変換領域２２の表層に形成されたＰ+型領域からなるホール蓄積層である受光領域２３とから構成されている。
【００３０】
上記フォトセンサ部２１の一方側（図１において）には読み出し部３１を介して垂直電荷転送部４１が形成されている。この垂直電荷転送部４１は、Ｎ型領域４２からなり、その下部にはＰ型領域４３が形成されている。さらに、上記垂直電荷転送部４１の読み出し部３１とは反対側にはＰ型領域からなるチャネルストップ領域５１が形成されている。また、上記フォトセンサ部２１の他方側（図１において）にもチャネルストップ領域（図示せず）が形成されている。
【００３１】
上記半導体基板１１上には、上記第１ウェル領域１３と離間して、上記第１ウェル領域１３よりさらに不純物濃度が高い第２導電型（Ｐ型）の第２ウェル領域１４が形成されている。すなわち、上記第１ウェル領域１３を挟んで光電変換領域２２と反対側に上記第２ウェル領域１４が形成されている。したがって、上記第１ウェル領域１３と上記第２ウェル領域１４との間に第２導電型の領域として上記エピタキシャル領域１２の一部が存在している。上記第２ウェル領域１４は、イオン注入により形成される。
【００３２】
加えて図３および図５に示すように、上記固体撮像装置１では、上記フォトセンサ部２１がマトリクス状に配設されたイメージエリア５を有しており、このイメージエリア５の外側部に接地部７１を備えている。
【００３３】
そして前記図１、図２および図４に示すように、上記第２ウェル領域１４は、上記フォトセンサ部２１に対応する箇所を除くように形成されている。すなわち、第２ウェル領域１４はフォトセンサ部２１として機能する領域〔例えば、受光領域２３の光入射領域〕を下方に投影した領域を除くように形成されている。
【００３４】
したがって、上記第２ウェル領域１４は、複数の上記フォトセンサ部２１がマトリクス状に配設されたイメージエリア５に対応する領域において、網目状に形成されている。上記第２ウェル領域１４は、上記フォトセンサ部２１に対応する箇所を除くように形成されていればよく、網目状に形成された第２ウェル領域１４の未形成領域には、第１導電型領域１５が形成されている。この第１導電型領域１５が形成されている未形成領域の形状は、矩形、円形、長円形、楕円形等、さまざまな形状を採ることができる。
【００３５】
また、上記第１導電型領域１５のサイズは、フォトセンサ部２１より小さいものに限られない。上記フォトセンサ部２１より大きい領域（例えば、フォトセンサ部２１とともに、読み出し部３１およびチャネルストップ領域５１の一部を含む領域）を下方に投影した領域の大きさであってもよい。
【００３６】
また、上記第２ウェル領域１４は網目状ではなく、列方向または行方向に隣接したフォトセンサ部２１の列または行に対応するようにライン状に上記未形成領域が設けられていてもよい。そして、図１に示すように、隣接したフォトセンサ部２１に対応する箇所が上記未形成領域となるように、網目状に第２ウェル領域１４を形成する場合には、隣接するフォトセンサ部２１同士の混色をより抑制することができるため、より好ましい。
【００３７】
また、上記フォトセンサ部２１下で発生したホール、上記フォトセンサ部２１の下方以外、例えば、上記垂直電荷転送部４１下で発生したホールは、第２ウェル領域１４を流れる。すなわち、ホールは、フォトセンサ部２１に対応する箇所に配置された第１導電型領域１５の周囲（画素間）に配置された第２導電型（Ｐ型）の第２ウェル領域１４を流れて、イメージエリア５の外側部に配置された接地部７１に流入する。
【００３８】
さらに、上記第２ウェル領域１４は、上記第１ウェル領域１３を越えてオーバーフローしたホールが、上記イメージエリア５の外側部に設けられた接地部７１まで流れる経路を形成するように配設されている。このように、第１ウェル領域１３を挟んで光電変換領域２２と反対側の領域であって、フォトセンサ部２１に対応する箇所を除く領域を通るようにオーバーフロー電荷の一部を流し、さらに当該オーバーフロー電荷の一部を接地部７１まで流す経路が形成されている。
【００３９】
前記図１、図２に示すように、本実施例においては、上記第１導電型領域１５は、上記網目状に形成された第２ウェル領域１４の未形成領域を埋めるよう形成されているが、この構成に限定されることはなく、上記フォトセンサ部２１に対応する箇所を含むように形成されていればよい。
【００４０】
上記第２ウェル領域１４と上記第１導電型領域１５は、基板表面からの深さが異なっていてもかまわないが、前記図１に示すように、同じ深さであることが好ましい。なお、基板表面とは、以下、実質エピタキシャル領域１２表面をいう。基板表面からの深さが同じ深さの場合、余剰ホールを、第２ウェル領域１４に流し、イメージエリア５の外側部に設けた接地部７１から外部へ排出する。かつ、余剰電子を、第１導電型領域１５を通して半導体基板１１側に排出することを、より効果的に行うことができる。一方、上記第２ウェル領域１４よりも上記第１導電型領域１５が浅いか、もしくは深い場合には、上記第２ウェル領域１４の不純物（Ｐ型）が第２ウェル領域１４の未形成領域に拡散し、網目部分と未形成領域部分のポテンシャル差が小さくなるからである。
【００４１】
さらに、上記読み出し部３１および上記垂直電荷転送部４１における上記エピタキシャル領域１２上には、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）６１が形成されている。さらに絶縁膜（図示せず）を介して遮光膜６２が形成され、上記フォトセンサ部２１上には遮光膜６２上の開口部６３が形成されている。
【００４２】
次に、上記固体撮像装置１の作製方法について、以下に説明する。
【００４３】
まず、第１導電型の半導体基板１１の表面にＣＶＤ等によりエピタキシャル成長させることによって第２導電型のエピタキシャル領域１２を形成する。次に、上記エピタキシャル領域１２の所望の深さの位置にイオン注入等により第１ウェル領域１３、第２ウェル領域１４および第１導電型の領域１５を形成する。次いで、上記エピタキシャル領域１２表面付近にイオン注入等により読み出し部３１、光電変換領域２２、受光領域２３、Ｐ型領域４３、Ｎ型領域４２、チャネルストップ領域５１を形成する。続いて、絶縁膜、電極６１、遮光膜６２を形成する。
【００４４】
上記第２ウェル領域１４は、不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3以上となるように形成される。このような高い不純物濃度に形成することにより、上記第２ウェル領域１４をポテンシャルが低い領域とすることができ、上記第１ウェル領域１３を越えて上記第２ウェル領域１４に流れ込んだホールが上記第２ウェル領域１４を流れるようにすることができる。したがって、上記第２ウェル領域１４に流れ込んだホールを上記接地部７１まで流し、該接地部７１を介してホールを上記固体撮像装置１の外に排出することができるようになる。さらに、上記第２ウェル領域１４は不純物濃度が高く、低抵抗であるため、かかる領域を余剰ホールが流れたことによる電圧降下を抑制することができる。したがって、オーバーフローバリアポテンシャルがイメージエリア５の中心部と周辺部において変動することを抑制することができるため、飽和信号電子数のシェーディングを抑制することができる。
【００４５】
また、上記第２ウェル領域１４は、上記第１ウェル領域１３よりも不純物濃度が１桁以上高いことが望ましい。これにより、上記第１ウェル領域１３と上記第２ウェル領域１４とのポテンシャル差を適度に形成できるため、余剰ホールが上記第１ウェル領域１３を越えて上記第２ウェル領域１４を流れてイメージエリア外側部の上記接地部７１から外部に排出されるのをより効果的にすることができる。
【００４６】
上記第１ウェル領域１３の不純物濃度は１×１０15ｃｍ-3程度とするのが好ましい。このような不純物濃度に形成した場合、上記第１ウェル領域１３のホールは空乏化するので、オーバーフローバリアとして効果的に作用し、フォトセンサ部２１で発生した余剰電子をこのフォトセンサ部２１に対応する箇所、すなわち、第１導電型領域１５を介して効果的に半導体基板側に排出することができる。これにより、ブルーミングを抑制できる。
【００４７】
上記第１導電型領域１５の不純物濃度は、上記第２ウェル領域１４と同程度であるのが好ましい。
【００４８】
上述したように、不純物濃度の高いＰ型領域（第２ウェル領域１４）と不純物濃度の高いＮ型領域（第１導電型領域１５）を両方とも備えているので、オーバーフローバリア領域である第１ウェル領域１３を空乏化することができ、ブルーミングを抑制することができ、かつ、余剰ホールが流れる第２ウェル領域１４を低抵抗化でき、飽和信号電子数のシェーディングを抑制することができる。
【００４９】
したがって、後述するように、光電変換された電子のうち余剰なものは、第１導電型領域１５を介して半導体基板１１に流れるが、半導体基板１１の不純物濃度が十分高い場合には、イオン注入等により第１導電型領域１５を形成しなくても余剰電子を網目状に形成された第２ウェル領域１４の未形成領域を介して半導体基板１１に流すことができる。したがって、半導体基板１１の不純物濃度が十分高い場合には、上記未形成領域が半導体基板１１と同じ導電型・不純物濃度であってもかまわない。
【００５０】
さらに、第２ウェル領域１４に加えて第１ウェル領域１３が形成されていることによって、感度および分光感度の基板印加電圧Ｖsub依存性を改善することができる。すなわち、第１ウェル領域１３が存在しない構造の場合、Ｖsubを高くすると、ポテンシャルの極小値の位置がより浅い深さの位置にシフトする。このため、撮像した画像の色が変化し、特に赤色の感度が下がる。しかしながら、本実施例のように、第２ウェル領域１４に加えて第１ウェル領域１３を形成することによって、特に赤色感度のＶsub依存性を改善することができる。
【００５１】
また、上記第１ウェル領域１３は、例えば上記エピタキシャル領域１２の表面からの深さが３μｍ以上、好ましくは４μｍ以上に形成されている。このように、深い位置にオーバーフローバリアとなる第１ウェル領域１３を形成することにより、固体撮像装置１を高感度なものとすることができる。
【００５２】
また、上述した第２ウェル領域１４、第１導電型領域１５は、例えば上記エピタキシャル領域１２の表面からの深さが４μｍ以上、好ましくは５μｍ以上に形成されている。
【００５３】
また、上記第２ウェル領域１４は、上記第１ウェル領域１３より１μｍ程度基板表面から深い位置に形成されるのが好ましい。この場合には、余剰ホールを第２ウェル領域１４に流しイメージエリア５の外側部の接地部７１から外部に排出するのを、より効果的に行うことができる。
【００５４】
このような構造をとることによって、画素サイズが微細化した場合でも、狭チャネル効果の影響を抑制することができ、オーバーフローバリアポテンシャルの極小値を光電変換領域２２から深い位置に保つことができる。したがって、微細な画素サイズの場合であっても、高感度な固体撮像素子を実現することができる。
【００５５】
ここで、前記図１中のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線および前記図２中のＣ−Ｃ’線におけるポテンシャルを、図６のポテンシャルグラフによって説明する。図６は、縦軸にポテンシャルを示し、横軸にエピタキシャル領域１２表面（受光領域２３表面）からの深さを示す。
【００５６】
図６に示すように、上記構成の固体撮像装置１では、フォトセンサ部２１の下部で光電変換されることにより生じたホールのうち余剰なものは、上記第２ウェル領域１４に流れ込む。また、上記垂直電荷転送部４１の下部または垂直方向のフォトセンサ部２１間部の上記チャネルストップ領域５１の下部で光電変換されたホールのうち余剰のものは、上記チャネルストップ領域５１に流れ込んで基板表面（エピタキシャル領域１２表面）側から外部に排出されるか、もしくは上記第２ウェル領域１４に流れ込む。ここで、上記第２ウェル領域１４に流れ込んだホールは、前記図３に示すイメージエリア５の外側部に流れていく。イメージエリア５の外側部において、第２ウェル領域１４と接地部７１の間はＰ型領域であるエピタキシャル領域１２で形成されているので、上記ホールは第２ウェル領域１４からエピタキシャル領域１２を介して接地部７１に流れ、この接地部７１から外部に排出される。
【００５７】
また、図７に示すように、第２ウェル領域１４と接地部７１の間のエピタキシャル領域１２に、第３ウェル領域１７を形成することが好ましい。この第３ウェル領域１７は、例えば、イオン注入等によって、エピタキシャル領域１２より不純物濃度を高くして抵抗を下げることによって、第２ウェル領域１４から接地部７１へ効率よくホールを流すようにするものである。
【００５８】
また、前記図１及び前記図２に示すように、光電変換領域２２と第１ウェル領域１３との間の領域、垂直電荷転送部４１と第１ウェル領域１３との間の領域、垂直方向のフォトセンサ部２１間部のチャネルストップ領域５１と第１ウェル領域１３との間の領域がＰ型のエピタキシャル領域１２であるため、前記図６に示すように、Ｂ−Ｂ’間およびＣ−Ｃ’間のポテンシャルグラフでエピタキシャル領域１２に対応する箇所が下に凹（ポテンシャルが高くなる方向）となっている。しかしながら、第２ウェル領域１４が存在することによって、上記ポテンシャルグラフが下に凹の箇所の内、ポテンシャルが極大となる位置よりも基板表面からの深さが深い箇所に溜まった余剰ホールを第２ウェル領域１４に流して外部に排出することができる。
【００５９】
一方、垂直電荷転送部４１の下部および垂直方向のフォトセンサ部２１間部のチャネルストップ領域５１の下部で光電変換された電子は半導体基板１１側には抜けず、各垂直電荷転送部４１及び、各垂直方向のフォトセンサ部２１間部のチャネルストップ領域５１に対応する１つのフォトセンサ部２１に流れ込むことになるので、その分、固体撮像装置１の感度が向上することになる。また、余剰な電子は、第１導電型領域１５を通って半導体基板１１に流れる。したがって、余剰な電荷が垂直電荷転送部４１に漏れるブルーミング現象を抑制することができる。ここで、エピタキシャル領域１２よりも不純物濃度の高い第１ウェル領域１３がオーバーフローバリアとなる。
【００６０】
上記本発明の固体撮像装置１によれば、第１ウェル領域１３を空乏化でき、余剰電子を第１導電型領域１５を介して半導体基板１１側から排出することができるので、ブルーミングを抑制することができる。さらに、余剰ホールを基板表面側に形成されたチャネルストップ領域５１を介してイメージエリア５の外側の基板表面側から、または、第２ウェル領域１４を介してイメージエリア５の外側の基板表面側から排出することができる。それに加えて、第１ウェル領域１３より深い位置に第２ウェル領域１４が形成され、この第２ウェル領域１４の不純物濃度をエピタキシャル領域１２、第１ウェル領域１３よりも高くすることによって、電圧降下を抑制しつつ余剰ホールの一部を第２ウェル領域１４を介してイメージエリア５の外側部に流すことができる。したがって、イメージエリア５内の中心部と周辺部とでポテンシャルが変動することに起因する画質むら（飽和信号電子数のシェーディング）を抑制することができる。
【００６１】
さらに、本発明の固体撮像装置１によれば、感度を向上させることができるため、画素サイズのさらなる微細化を実現することができる。また、基板深部で発生した余剰ホールを第２ウェル領域１４を介してイメージエリア５の外側の基板表面側から排出することができる為、基板深部で発生した余剰ホールを基板表面側に形成されたチャネルストップ領域５１を介してイメージエリア５の外側の基板表面側から排出する必要が無いため、垂直方向のフォトセンサ部２１間部のチャネルストップ領域５１および垂直電荷転送部４１の下部（垂直電荷転送部４１に於いて、Ｎ型領域４２で形成された垂直電荷転送チャネルよりも半導体基板表面から深い領域）に形成されたＰ型領域４３を基板表面から深くまで形成する必要がない。したがって、狭チャネル効果を軽減することができ、前記特許文献２に記載の方法を用いた場合のような問題が生じない。よって、画素サイズのさらなる微細化を実現することができる。
【００６２】
次に、本発明の固体撮像装置に係る第２実施例を、図８の概略構成断面図によって説明する。
【００６３】
図８に示すように、固体撮像装置２は、前記固体撮像装置１において、第２ウェル領域１４と半導体基板１１との間にシリコン基板のＳｔｒｉａｔｉｏｎをキャンセルするのに十分な濃度の第１導電型（Ｎ型）の領域１８を設けたものである。前記第１導電型の領域１８の濃度（Ｎ型不純物、例えばＡｓやＰｈｏｓ等の濃度）は、２．０×１０16ｃｍ-3〜５．０×１０17ｃｍ-3程度とすることが好ましい。前記第１導電型の領域１８は、例えば半導体基板１１中に、Ｎ型不純物をイオン注入する事によって形成されている。前記第１導電型の領域１８は、受光領域２３の表面から６μｍ以上の深い位置に形成する必要があるが、半導体基板表面から６μｍ以上の深い位置にＡｓやＰｈｏｓ等のイオン注入により形成することが困難である。そのため、半導体基板表面から浅い領域にイオン注入により第１導電型の領域１８を形成し、その後、その上部の半導体領域をエピタキシャル成長によって形成する必要がある。従って、前記第１導電型の領域１８上には、エピタキシャル領域１２が形成されている。
【００６４】
上記エピタキシャル領域１２中には、例えばイオン注入法によって、上記固体撮像装置１と同様に、エピタキシャル領域１２よりも不純物濃度が高く、オーバーフローバリアとなる第２導電型（Ｐ型）の第１ウェル領域１３が形成されている。また、上記エピタキシャル領域１２のうち上記半導体基板１１と反対側の表面には、固体撮像装置２に入射した光を光電変換するフォトセンサ部２１が形成されている。このフォトセンサ部２１は、Ｎ型領域からなる光電変換領域２２と、該光電変換領域２２の表層に形成されたＰ+型領域からなるホール蓄積層である受光領域２３とから構成されている。
【００６５】
上記フォトセンサ部２１の一方側には読み出し部３１を介して垂直電荷転送部４１が形成されている。この垂直電荷転送部４１は、Ｎ型領域４２からなり、その下部にはＰ型領域４３が形成されている。さらに、上記垂直電荷転送部４１の読み出し部３１とは反対側にはＰ型領域からなるチャネルストップ領域５１が形成されている。また、上記フォトセンサ部２１の他方側にもチャネルストップ部（図示せず）が形成されている。
【００６６】
さらに、上記第１ウェル領域１３と離間して、上記第１ウェル領域１３よりさらに不純物濃度が高い第２導電型（Ｐ型）の第２ウェル領域１４が形成されている。すなわち、上記第１ウェル領域１３を挟んで光電変換領域２２と反対側に上記第２ウェル領域１４が形成されている。したがって、上記第１ウェル領域１３と上記第２ウェル領域１４との間に第２導電型の領域として上記エピタキシャル領域１２の一部が存在している。
【００６７】
加えて、上記固体撮像装置２では、上記フォトセンサ部２１がマトリクス状に配設されたイメージエリアを有しており、このイメージエリアの外側部に接地部７１を備えている。
【００６８】
上記第２ウェル領域１４は、上記フォトセンサ部２１に対応する箇所を除くように形成されている。すなわち、第２ウェル領域１４はフォトセンサ部２１として機能する領域〔例えば、受光領域２３の光入射領域〕を下方に投影した領域を除くように形成されている。
【００６９】
したがって、上記第２ウェル領域１４は、複数の上記フォトセンサ部２１がマトリクス状に配設されたイメージエリア５に対応する領域において、網目状に形成されている。上記第２ウェル領域１４は、上記フォトセンサ部２１に対応する箇所を除くように形成されていればよく、網目状に形成された第２ウェル領域１４の未形成領域には、第１導電型領域１５が形成されている。
【００７０】
さらに、上記読み出し部３１および上記垂直電荷転送部４１における上記エピタキシャル領域１２上には、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）６１が形成されている。さらに絶縁膜（図示せず）を介して遮光膜６２が形成され、上記フォトセンサ部２１上には遮光膜６２上の開口部６３が形成されている。
【００７１】
次に、本発明の撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を、図９のブロック図によって説明する。
【００７２】
撮像装置１０１は、固体撮像装置１１１を備えている。この固体撮像装置１１１の集光側には像を結像させる結像光学系１２１が備えられ、また、固体撮像装置１１１には、それを駆動する駆動回路１３１が接続されている。さらに固体撮像装置１１１には、固体撮像装置１１１で光電変換された信号をから画像信号を生成する信号処理回路１４１が接続されている。上記信号処理回路１４１によって生成された画像信号は画像記憶部１５１によって記憶される。このような撮像装置１０１において、上記固体撮像装置１１１には、本発明の固体撮像装置１もしくは固体撮像装置２を用いることができる。
【００７３】
本発明の撮像装置１０１は、本発明の固体撮像装置１もしくは固体撮像装置２を撮像素子に用いているため、高感度な画像を得ることができる。さらに、本発明の固体撮像装置１もしくは固体撮像装置２は、感度や分光感度のＶsub依存性が優れているため、これを用いた撮像装置１０１は、安定な画像を得ることができる。また、本発明の固体撮像装置１によれば、画素のさらなる微細化が可能であるため、これを用いた撮像装置１０１は、従来の固体撮像装置と同じサイズのものを用いるよりも高精細な画像を得ることができる。同様に、本発明の固体撮像装置１もしくは固体撮像装置２は、同じ画素数の場合には、従来の固体撮像装置も小型化できるため、本発明の固体撮像素子１もしくは固体撮像装置２を用いた撮像装置１０１は、従来よりも小型化が可能である。
【００７４】
なお、本発明の撮像装置１０１は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像装置を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。
【００７５】
上記固体撮像装置１、２はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または／および光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、如何なる撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、高画質化の効果が得られる。ここで、撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】請求項１に係る本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第１実施例）を示した受光画素の概略構成断面図（図４中のＸ−Ｘ’線断面の概略を示した断面図）である。
【図２】請求項１に係る本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した受光画素の概略構成断面図（図４中のＹ−Ｙ’線断面の概略を示した断面図）である。
【図３】本発明に係る固体撮像装置の接地部近傍を示した概略構成断面図である。
【図４】請求項１に係る本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第１実施例）を示した受光画素のレイアウト図である。
【図５】請求項１に係る本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第１実施例）を示した固体撮像装置のイメージエリア及びその周辺部に有る接地部付近の概略を示レイアウト図である。
【図６】図１中のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線および図２中のＣ−Ｃ’線におけるポテンシャルグラフである。
【図７】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例の変形例の接地部近傍を示した概略構成断面図である。
【図８】本発明に係る固体撮像装置の一実施の形態（第２実施例）を示した受光画素の概略構成断面図である。
【図９】本発明の撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…固体撮像装置、１１…半導体基板、１３…第１ウェル領域、１４…第２ウェル領域、１５…第１導電型領域、２１…フォトセンサ部、２２…光電変換領域、２３…受光領域
【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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