(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方導電型の基板と、
前記基板の上方に形成された他方導電型の第１不純物拡散領域と、
前記第１不純物拡散領域内に形成される一方導電型の電荷収集拡散領域と、
前記電荷収集拡散領域および前記基板と所定の距離だけ離間し、前記第１
不純物拡散領域内に形成される変調トランジスタの一方導電型の変調拡散領域と、
前記電荷収集拡散領域と前記変調拡散領域との間に形成される転送路と、
前記変調拡散領域の下方に離間して形成され、一部が前記基板に接し、前記第1不
純物拡散領域内に形成される同一の高さに突出した２つの一方導電型の第２不純物拡散領域と、を有し、
一方の前記第２不純物拡散領域は、隣接画素との境界に臨む前記変調拡散領域側に形成され、他方の前記第２不純物拡散領域は、前記転送路上に形成される転送ゲート側の前記変調拡散領域側に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光発生電荷の収集効率を低下させることなく、斜め入射光によるクロストーク等を軽減するようにした固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などに搭載される固体撮像装置として、ＣＣＤ（電荷結合素子）型のイメージセンサと、ＣＭＯＳ型のイメージセンサと、がある。ＣＣＤ型のイメージセンサは画質に優れ、ＣＭＯＳ型のイメージセンサは消費電力が少なく、プロセスコストが低い。近年、高画質と低消費電力とを共に兼ね備えた閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
一般的に、イメージセンサは、センサセルをマトリクス状に配列し、初期化、蓄積、読み出しの３つの状態を繰り返すことで、画像出力を得ている。特許文献１によって開示されたイメージセンサは、各単位セルが、リング状のゲート電極を有する画素ＭＯＳトランジスタを有して構成される。ゲート電極の中心孔にはソース領域が形成され、外周にはドレイン領域が形成される。ゲート電極及びゲート絶縁膜は光を透過し、ゲート電極下に形成された半導体ウェル領域に信号電荷が蓄積される。
【０００４】
信号の読み出し時には、垂直選択線を通してリング状のゲート電極に高い電圧を印加して画素ＭＯＳトランジスタをオンにする。そうすると、ドレイン電流が基板表面のチャネルに流れる。このドレイン電流は信号電荷により変化を受けるので、ドレイン電流を信号線を通して出力することで、その変化量、即ち入射光量に応じた信号出力を得ることができる。
【０００５】
なお、特許文献１の装置では、ゲート電極を取り囲むようにドレイン領域の全域の直下のｐ型半導体ウエル領域内に、チャネルストップ領域を形成する。これにより、ゲート電極下のｐ型半導体ウエル領域に蓄積された信号電荷が、隣接する画素ＭＯＳトランジスタに漏れ出ることを阻止して、ブルーミングの発生を抑制するようになっている。
【特許文献１】特開平９−１６２３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、イメージセンサには、種々の方向からの光が入射する。各画素の開口領域から入射した入射光のうち斜めに入射した光は、基板内において、隣接画素の半導体ウェル領域近傍に達して、この部分で信号電荷に変換されて、隣接画素の半導体ウェル領域に蓄積されてしまうことがある。
【０００７】
特に、近年画素ピッチが小さくなっており、このような隣接画素からのクロストークが生じやすくなってしまう。特に、隣接画素に比較的明るい光が入射した場合には、この明るい光のクロストークによって、画質が著しく劣化してしまう。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、斜め入射光に基づくクロストーク等を防止することができる固体撮像装置及びその製造方法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】
【０００９】
本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板と、前記基板上に形成される他方導電型の不純物拡散領域と、前記不純物拡散領域に一方導電型の不純物を拡散して形成される電荷収集拡散領域を含み、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子とを具備し、前記基板は、前記光電変換素子と隣接画素の光電変換素子との間において、前記不純物拡散領域内に突出した突出部を含むことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、不純物拡散領域に形成される電荷収集拡散領域は、光電変換素子に発生した光発生電荷を収集する。隣接する画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光によっても光発生電荷が発生する。斜め光による光発生電荷の多くは、隣接画素の光電変換素子相互間において発生する。この位置近傍においては、突出部が形成されており、斜め光等による光発生電荷の多くが、突出部に収集されて、基板から排出される。これにより、斜め光等によるクロストーク成分の大部分が基板に排出されることになり、クロストークが著しく軽減される。
【００１１】
また、本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板と、前記基板上に形成される他方導電型の不純物拡散領域と、前記不純物拡散領域に一方導電型の不純物を拡散して形成される電荷収集拡散領域を含み、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、電荷収集拡散領域と所定の距離だけ離間した前記不純物拡散領域に一方導電型の不純物を拡散して形成される前記光電変換素子からの光発生電荷が転送されて変調拡散領域と、前記電荷収集拡散領域と前記変調拡散領域との間に形成される転送路と、前記変調拡散領域に保持された前記光発生電荷によって閾値電圧が変化し、前記光発生電荷に基づく出力を出力する変調トランジスタとを具備し、前記基板は、少なくとも前記変調拡散領域側の前記転送路の一部の下方において、前記不純物拡散領域内に突出した突出部を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、不純物拡散領域に形成される電荷収集拡散領域は、光電変換素子に発生した光発生電荷を収集する。この光電変換素子は、転送路を経由して変調拡散領域に転送されて蓄積される。同一画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光等によって、変調拡散領域の比較的近接した位置において光発生電荷が発生することもある。しかし、少なくとも変調拡散領域側の転送路の一部の下方近傍において、突出部が設けられており、同一画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光等による光発生電荷の多くが、突出部に収集されて、基板から排出される。これにより、例えば、蓄積期間に電荷収集拡散領域に蓄積された光発生電荷を次フレームの読み出し期間において変調拡散領域に転送して変調出力を得る場合でも、次フレームの雑音成分は基板に排出されることになり、画質の劣化を防止することができる。
【００１３】
また、前記突出部は、隣接する画素の光電変換素子と前記変調拡散領域との隣接画素境界領域近傍においても前記不純物拡散領域内に突出する部分を有することを特徴とする。
このような構成によれば、同一画素に入射した斜め光等による雑音成分だけでなく、隣接画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光等によるクロストーク成分についても、基板から排出することができ、画質を一層向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板と、前記基板上に形成される他方導電型の不純物拡散領域と、前記不純物拡散領域に一方導電型の不純物を拡散して形成される電荷収集拡散領域を含み、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子と隣接画素の光電変換素子との間において、前記基板に接し前記不純物拡散領域内に突出して形成される一方導電型の不純物拡散による突出部とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、隣接する画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光による光発生電荷の多くは、隣接画素の光電変換素子相互間において発生する。この位置近傍においては、突出部が形成されており、斜め光等による光発生電荷の多くが、突出部に収集されて、基板を介して排出される。これにより、斜め光等によるクロストーク成分の大部分が基板に排出されることになり、クロストークが著しく軽減される。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板と、前記基板上に形成される他方導電型の不純物拡散領域と、前記不純物拡散領域に一方導電型の不純物を拡散して形成される電荷収集拡散領域を含み、入射した光に応じた光発生電荷を発生させる光電変換素子と、電荷収集拡散領域と所定の距離だけ離間した前記不純物拡散領域に一方導電型の不純物を拡散して形成される前記光電変換素子からの光発生電荷が転送されて変調拡散領域と、前記電荷収集拡散領域と前記変調拡散領域との間に形成される転送路と、前記変調拡散領域に保持された前記光発生電荷によって閾値電圧が変化し、前記光発生電荷に基づく出力を出力する変調トランジスタと、少なくとも前記変調拡散領域側の前記転送路の一部の下方において、前記基板に接し前記不純物拡散領域内に突出して形成される一方導電型の不純物拡散による突出部とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、同一画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光によって、変調拡散領域の比較的近接した位置において光発生電荷が発生することもある。しかし、少なくとも変調拡散領域側の転送路の一部の下方近傍において、突出部が設けられており、同一画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光による光発生電荷の多くが、突出部に収集されて、基板を介して排出される。これにより、例えば、蓄積期間に電荷収集拡散領域に蓄積された光発生電荷を次フレームの読み出し期間において変調拡散領域に転送して変調出力を得る場合でも、次フレームの雑音成分は基板に排出されることになり、画質の劣化を防止することができる。
【００１８】
また、前記光電変換素子の形成領域に形成され、前記電荷収集拡散領域に保持された前記光発生電荷によって閾値電圧が変化し、前記光発生電荷に基づく出力を出力する変調トランジスタを更に具備したことを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、光電変換素子の形成領域に変調トランジスタが形成された装置についても、隣接画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光等によるクロストーク成分を基板に排出することができ、画質を向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、一方導電型の基板から他方導電型の不純物拡散領域内に部分的に突出した突出部に相当する部分を除く前記基板上に、光電変換素子を構成する前記不純物拡散領域を形成する工程と、前記不純物拡散領域上に、一方導電型の不純物を拡散して電荷収集拡散領域を形成する工程と、前記突出部に相当する部分の前記基板表面側に他方導電型の不純物を拡散して、前記基板から前記不純物拡散領域内に突出した前記突出部を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、一方導電型の基板上に光電変換素子を構成する他方導電型の不純物拡散領域を形成する。この不純物拡散領域は、光発生電荷を前記基板に排出するための突出部に相当する部分を除いた領域に形成される。不純物拡散領域上には、一方導電型の不純物を拡散して電荷収集拡散領域が形成される。更に、突出部に相当する部分の基板上には他方導電型の不純物を拡散して、基板から突出した突出部が形成される。電荷収集拡散領域には、同一画素から入射した光による光発生電荷が収集される。また、隣接画素の光電変換素子の開口領域から入射した斜め光も、不純物拡散領域において光電変換されて、光発生電荷が生じる。この光発生電荷は、電荷収集拡散領域の外に形成された突出部近傍において発生することになり、この突出部を介して基板から排出される。これにより、隣接画素から入射した斜め光等によるクロストークを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を模式的に示す断面図である。
【００２３】
図１は隣接する２画素の受光領域の断面構造を示している。本実施の形態における固体撮像装置は、一方導電型の基板１１１上に他方導電型のウェル１１２を有する。ウェル１１２には、フォトダイオードを構成する一方導電型の不純物拡散領域（以下、電荷収集拡散領域という）１１３が形成されている。電荷収集拡散領域１１３は、フォトダイオードの光電変換作用によって発生した光発生電荷を、収集及び蓄積するためのものである。
【００２４】
基板１１１表面のフォトダイオード形成領域には、電荷収集拡散領域１１３上に、他方導電型の不純物拡散領域１１５が形成されている。不純物拡散領域１１５は、電子ピニング層として機能する。基板１１１表面上には、層間絶縁膜１１６を介して遮光膜１１７が形成されている。網線にて示す遮光膜１１７によって、光の入射範囲である開口領域が決定される。遮光膜１１７上には開口領域上にマイクロレンズ１１８が形成される。
【００２５】
入射光はマイクロレンズ１１８によって集光された後、遮光膜１１７間の開口を通過して、各フォトダイオード形成領域に入射する。各フォトダイオード形成領域において発生した光発生電荷は、電荷収集拡散領域１１３に収集，蓄積されるようになっている。
【００２６】
本実施の形態においては、各フォトダイオード形成領域相互間において、基板１１１は突出部１１９が形成されている。即ち、各フォトダイオード形成領域相互間では、突出部１１９によって他方導電型のウェル１１２が浅くなっている。
【００２７】
このように構成された実施の形態においては、マイクロレンズ１１８によって集光され、遮光膜１１７の開口を介して入射した光は、各フォトダイオード形成領域内のウェル１１２に入射する。ウェル１１２において、入射光に基づく光発生電荷が発生し、発生した光発生電荷は各フォトダイオード形成領域内の電荷収集拡散領域１１３に収集されて蓄積される。
【００２８】
遮光膜１１７の開口を介して入射した光のうち、受光面に略直交して入射した光は、同一画素内のウェル１１２に到達して光発生電荷を生じさせる。光発生電荷の発生位置は、同一画素内の電荷収集拡散領域１１３に近接しており、発生した光発生電荷は同一画素内の電荷収集拡散領域１１３において収集・蓄積される。
【００２９】
一方、遮光膜１１７の開口を介して入射した光のうち、受光面に斜めに入射した光（以下、斜め入射光という）は、隣接画素のウェル１１２側に到達して光発生電荷を生じさせる。例えば、斜め入射光は、ウェル１１２の各フォトダイオード形成領域相互間まで到達して、この部分で光発生電荷を生じさせる。
【００３０】
本実施の形態においては、隣接する画素同士のフォトダイオード形成領域相互間において、基板１１１は突出部１１９が形成されている。即ち、斜め入射光による光発生電荷のうちの多くの光発生電荷の発生位置近傍に、突出部１１９が存在する。突出部１１９近傍で発生した光発生電荷は、突出部１１９に収集されて基板１１１側に排出される。
【００３１】
即ち、斜め入射光に基づく光発生電荷のうちのクロストーク成分の大部分は、隣接画素の電荷収集拡散領域１１３には収集されずに、基板１１１に排出されることになる。これにより、斜め入射光による隣接画素へのクロストークが著しく低減される。
【００３２】
なお、突出部１１９（基板１１１）近傍において生じた光発生電荷は、基板１１１側に収集されて排出されることから、突出部１１９をフォトダイオード形成領域において形成すると、光発生電荷の収集効率が低下することが考えられる。このため、突出部１１９はフォトダイオード形成領域から適当な距離だけ離間させて設けた方がよい。
【００３３】
このように本実施の形態においては、フォトダイオード形成領域相互間において基板を突出させた突出部を設けていることから、斜め入射光によって生じる光発生電荷のうちクロストーク成分を突出部に収集して基板に排出することができ、クロストークを著しく低減させることができる。
【００３４】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す模式的断面図である。
【００３５】
本実施の形態は光発生電荷の読み出しに閾値変調型のトランジスタ（変調トランジスタ）を用いた例である。図２では隣接する２画素の境界近傍を示しており、各画素は矢印にて示す範囲に形成されている。
【００３６】
一方導電型の基板１２１上に他方導電型のウェル１２２が形成されている。ウェル１２２には、フォトダイオードを構成する一方導電型の不純物拡散領域（電荷収集拡散領域）１２３が形成されている。電荷収集拡散領域１２３は、フォトダイオードの光電変換作用によって発生した光発生電荷を、収集及び蓄積すると共に、転送するためのものである。
【００３７】
基板１２１表面のフォトダイオード形成領域には、電荷収集拡散領域１２３上に、他方導電型の不純物拡散領域１２５が形成されている。不純物拡散領域１２５は、電子ピニング層として機能する。
【００３８】
本実施の形態においては、各画素はフォトダイオード形成領域に隣接して変調トランジスタ形成領域を有する。変調トランジスタ形成領域においては、基板１２１表面に形成された絶縁膜１２７を介してリングゲート１２９が形成されている。リングゲート１２９下方の基板１２１には、電荷収集拡散領域１２３から光発生電荷が転送される一方導電型の不純物拡散領域（以下、変調拡散領域という）１２４が形成されている。
【００３９】
変調拡散領域１２４に転送された電荷によって、変調トランジスタの閾値電圧が変化する。これにより、変調トランジスタは、変調拡散領域１２４に転送されてた光発生電荷に応じた出力を出力することができるようになっている。
【００４０】
また、電荷収集拡散領域１２３と変調拡散領域１２４との間の基板表面上には、絶縁膜１２７を介して転送ゲート１２８が形成されている。転送ゲート１２８に印加する電圧に応じて、転送ゲート１２８直下の基板１２１表面近傍にはチャネルが形成される。このチャネルは、電荷収集拡散領域１２３に収集された光発生電荷を変調拡散領域１２４に転送するための転送経路１２６を構成する。
【００４１】
転送ゲート１２８によって電荷収集拡散領域１２３から変調拡散領域１２４への光発生電荷の転送を制御することにより、光発生電荷の蓄積期間と、発生した光発生電荷の変調出力期間とを、例えば共通の時間に設定することができる。
【００４２】
基板１２１表面上には、層間絶縁膜１３０を介して遮光膜１３１が形成されている。網線にて示す遮光膜１３１によって、光の入射範囲である開口領域が決定される。遮光膜１３１上には開口領域上にマイクロレンズ１３２が形成される。
【００４３】
入射光はマイクロレンズ１３２によって集光された後、遮光膜１３１間の開口を通過して、各フォトダイオード形成領域に入射する。各フォトダイオード形成領域において発生した光発生電荷は、電荷収集拡散領域１２３において収集された後、転送ゲート１２８への電圧印加によって発生した転送経路１２６を経由して、変調拡散領域１２４に転送される。これにより、変調拡散領域１２４には、入射光に応じて発生した光発生電荷が蓄積され、変調トランジスタは入射光に応じた出力を出力するようになっている。
【００４４】
本実施の形態においては、フォトダイオード形成領域相互間で、隣接画素同士の境界近傍領域であって、転送ゲート１２８の一部、変調拡散領域１２４の下方及び隣接画素同士の境界近傍の基板１２１には、突出部１３３が形成されている。この突出部１３３によって他方導電型のウェル１２２の厚さは薄くなっている。
【００４５】
このように構成された実施の形態においては、マイクロレンズ１３２によって集光され、遮光膜１３１の開口を介して入射した光は、各フォトダイオード形成領域内のウェル１２２に入射する。ウェル１２２において、入射光に基づく光発生電荷が発生し、発生した光発生電荷は各フォトダイオード形成領域内の電荷収集拡散領域１２３に収集される。所定フレームにおいて電荷収集拡散領域１２３に収集された光発生電荷は、次のフレームにおいて、転送経路１２６を経由して変調拡散領域１２４に転送されて蓄積される。これにより、変調トランジスタは、発生した光発生電荷に応じた変調出力を出力する。転送ゲート１２８によって光発生電荷の転送を制御していることから、光発生電荷の蓄積と変調出力とを同時に行うことが可能である。
【００４６】
遮光膜１３１の開口を介して入射した光のうち、受光面に略直交して入射した光は、同一画素内のウェル１２２に到達して光発生電荷を生じさせる。光発生電荷の発生位置は、同一画素内の電荷収集拡散領域１２３に近接しており、発生した光発生電荷は同一画素内の電荷収集拡散領域１２３において収集され、同一画素内の変調拡散領域１２４に転送・蓄積される。
【００４７】
一方、遮光膜１３１の開口を介して入射した光のうち、受光面に斜めに入射した斜め入射光は、同一画素の変調拡散領域１２４側のウェル１２２に到達して光発生電荷を生じさせることがある。また、斜め入射光は、隣接画素の変調拡散領域１２４側のウェル１２２に到達して光発生電荷を生じさせることもある。仮に、斜め入射光による光発生電荷が同一画素の変調拡散領域１２４に収集された場合には、本来次フレームで転送されるべき光発生電荷が前フレームで収集されてしまうことになり、画質劣化が生じる。また、斜め入射光による光発生電荷が隣接画素の変調拡散領域１２４に収集された場合には、クロストークによって画質劣化が生じる。
【００４８】
しかし、本実施の形態においては、転送ゲート１２８の変調拡散領域１２４側の一部及び変調拡散領域１２４下方、隣接画素との境界近傍において、基板１２１には突出部１３３が形成されている。即ち、斜め入射光による光発生電荷のうちの多くの光発生電荷の発生位置近傍に、突出部１３３が存在する。突出部１３３近傍で発生した光発生電荷は、突出部１３３に収集されて基板１２１側に排出される。
【００４９】
即ち、斜め入射光に基づく光発生電荷のうちの隣接画素で発生するクロストーク成分の大部分は、隣接画素の変調拡散領域１２４には収集されずに、突出部１３３を介して基板１２１に排出されることになる。これにより、斜め入射光による隣接画素へのクロストークが著しく低減される。また、斜め入射光に基づく光発生電荷のうち同一画素の次フレームの雑音成分となる光発生電荷の大部分についても、同一画素の変調拡散領域１２４には収集されずに、突出部１３３を介して基板１２１に排出されることになる。これにより、斜め入射光による同一画素の次フレームに対する雑音が著しく低減される。
【００５０】
なお、本実施の形態においても、突出部１３３はフォトダイオード形成領域から適当な距離だけ離間させて設けた方がよい。
【００５１】
このように本実施の形態においては、フォトダイオード形成領域相互間であって、隣接画素の境界領域近傍において、基板を突出させた突出部を設けていることから、斜め入射光によって生じる光発生電荷のうちクロストーク成分が突出部に収集されて基板に排出されることから、クロストークを著しく低減させることができる。
【００５２】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す模式的断面図である。図３において図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態は図２の突出部１３３に代えて、突出部１３４ａ，１３４ｂを設けた点が第２の実施の形態と異なる。
【００５４】
突出部１３４ａ，１３４ｂは、図２の突出部１３３を中央部で基板１２１と同一高さにして、突出部を２カ所にしたものと同様の形状に形成されている。突出部１３４ａは、転送ゲート１２８側の変調拡散領域１２４側に形成され、斜め入射光による同一画素内の次フレームへの雑音成分を除去する機能を有する。また、突出部１３４ｂは、隣接画素との境界に臨む変調拡散領域１２４側に形成され、斜め入射光による隣接画素からのクロストーク成分を除去する機能を有する。
【００５５】
他の構成及び作用は第２の実施の形態と同様である。
【００５６】
図４は本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を示す断面図、図５は本実施の形態に係る固体撮像装置の隣接する２つのセンサセルの平面形状を示す平面図、図６及び図７は素子の製造方法を説明するための工程図である。本実施の形態は本発明を具体的な固体撮像装置に適用した例を示している。
【００５７】
＜センサセルの構造＞
本実施の形態における固体撮像装置は、後述するように、単位画素であるセンサセルがマトリクス状に配列されて構成されたセンサセルアレイを有している。各センサセルは、入射光に応じて発生させた光発生電荷を蓄積し、蓄積した光発生電荷に基づくレベルの画素信号を出力する。センサセルをマトリクス状に配列することで１画面の画像信号が得られる。
【００５８】
先ず、図５を参照して各センサセルの構造について説明する。図５は２つのセンサセル及びこれらの各センサセルに隣接するセンサセルの一部を示している。なお、１つのセンサセルは図５の破線にて示す範囲である。また、本実施の形態は光発生電荷として正孔を用いる例を示している。光発生電荷として電子を用いる場合でも同様に構成可能である。
【００５９】
図５の平面図に示すように、単位画素であるセンサセル３内に、フォトダイオードＰＤと変調トランジスタＴＭとが隣接して設けられている。変調トランジスタＴＭとしては、例えば、ＮチャネルディプレッションＭＯＳトランジスタが用いられる。単位画素はほぼ長方形状を有し、その各辺は、センサセルアレイの列又は行方向に対して斜めに傾斜している。
【００６０】
光電変換素子形成領域であるフォトダイオードＰＤ形成領域においては、基板１の表面に開口領域２が形成され、基板１表面の比較的浅い位置には開口領域２よりも広い領域のＰ型のウェルであり、光電変換素子によって発生した光発生電荷を蓄積するウェル（以下、蓄積ウェルという）４が形成されている。蓄積ウェル４は、図２の電荷収集拡散領域１１３に相当する。蓄積ウェル４は基板深さ方向には比較的浅い領域で水平方向にはフォトダイオードＰＤ形成領域の開口領域２に対応した比較的広い水平領域に形成されている。
【００６１】
この蓄積ウェル４に所定の距離だけ離間して、変調トランジスタＴＭ形成領域にＰ型のウェルであり、蓄積ウェル４に蓄積された光発生電荷が転送されて変調トランジスタを制御するためのウェル（以下、変調用ウェルという）５が形成されている。変調用ウェル５は、図２の変調拡散領域１２４に相当する。
【００６２】
変調用ウェル５上には、基板１表面に、一端側がリング状で他端側が線状のゲート（リング転送ゲート）６のリング状部分（以下、リングゲート部という）６ａが形成されている。リングゲート部６ａの中央の開口部分の基板１表面近傍領域には、高濃度Ｎ型領域であるソース領域７が形成されている。リングゲート部６ａの周囲にはＮ型のドレイン領域８が形成されている。ドレイン領域８の所定位置には、基板１表面近傍にＮ+層のドレインコンタクト領域９が形成される。
【００６３】
変調用ウェル５は変調トランジスタＴＭのチャネルの閾値電圧を制御するものである。
変調用ウェル５内には、リングゲート部６ａの下方にＰ型の高濃度領域であるキャリアポケット１０（破線）が形成されている。変調トランジスタＴＭは、変調用ウェル５、リングゲート部６ａ、ソース領域７及びドレイン領域８によって構成されて、変調用ウェル５（キャリアポケット１０）に蓄積された電荷に応じてチャネルの閾値電圧が変化するようになっている。
【００６４】
フォトダイオードＰＤの開口領域２下方の基板１上に形成された後述するＮ型ウェル２１とＰ型の蓄積ウェル４との境界領域には空乏領域（図示せず）が形成され、この空乏領域において、開口領域２を介して入射した光による光発生電荷が生じる。発生した光発生電荷は蓄積ウェル４に収集されて蓄積されるようになっている。
【００６５】
蓄積ウェル４に蓄積された電荷は、変調用ウェル５に転送されてキャリアポケット１０に保持される。これにより、変調トランジスタＴＭのソース電位は、変調用ウェル５に転送された電荷の量、即ち、フォトダイオードＰＤへの入射光に応じたものとなる。
【００６６】
蓄積ウェル４近傍の基板１表面には、蓄積ウェル４に蓄積されている光発生電荷のうちオーバーフローする電荷を含み画像信号に寄与しない不要な電荷（以下、不要電荷という）を排出するためのコンタクト領域（以下、ＯＤコンタクト領域という）１１が高濃度Ｐ型拡散層によって形成されている。このＯＤコンタクト領域１１と蓄積ウェル４領域との間の基板１表面上には、ＯＤコンタクト領域１１と蓄積ウェル４領域との間にオーバーフローした電荷を含む不要電荷の経路（以下、不要電荷排出経路という）ＲＬを形成するためのラテラルオーバーフロードレイン（以下、ＬＯＤという）トランジスタＴＬのＬＯＤゲート１２が形成されている。なお、ＬＯＤゲート１２は平面的には一端が蓄積ウェル４の領域上に掛かっている。
【００６７】
不要電荷排出制御素子としてのＬＯＤトランジスタＴＬを設けることにより、ＯＤコンタクト領域１１と蓄積ウェル４との間の電位障壁を制御して、不要電荷をＬＯＤトランジスタＴＬを介してＯＤコンタクト領域１１から基板上の配線を介して排出することができる。
【００６８】
また、蓄積ウェル４と変調用ウェル５との間には、転送制御素子としての転送トランジスタＴＴが形成されている。転送トランジスタＴＴのゲートは、リング転送ゲート６の直線状部分（以下、転送ゲート部という）６ｂによって構成される。転送ゲート部６ｂは、蓄積ウェル４と変調用ウェル５との間の経路（以下、単に転送経路という）ＲＴの基板１表面上に形成される。転送トランジスタＴＴによって、転送経路ＲＴの電位障壁を制御して、蓄積ウェル４から変調用ウェル５への電荷の転送を制御することができるようになっている。
【００６９】
また、変調用ウェル５近傍の基板表面には、変調用ウェルに残留した電荷（以下、残留電荷という）を排出するための残留電荷排出用のコンタクト領域（以下、排出コンタクト領域という）１５が高濃度Ｐ型拡散層によって形成されている。この排出コンタクト領域１５と変調用ウェル５領域との間の基板１表面上には、排出コンタクト領域１５と変調用ウェル５領域との間の経路（以下、残留電荷排出経路という）ＲＣの電位障壁を制御するための残留電荷排出制御素子としてのクリアトランジスタＴＣのクリアゲート１４が形成されている。なお、クリアゲート１４は平面的には一端が変調用ウェル５の領域上に掛かっている。
【００７０】
なお、ＬＯＤトランジスタＴＬ、転送トランジスタＴＴ及びクリアトランジスタＴＣはいずれも光発生電荷を基板水平方向（ラテラル方向）に移動させるものである。
【００７１】
＜センサセルの断面＞
更に、図４を参照して、センサセル３の断面構造を詳細に説明する。なお、図４中、Ｎ，Ｐの添え字の−，＋は不純物濃度のより薄い部分（添え字−）からより濃い部分（添え字＋）の状態を示している。
【００７２】
図４は１単位画素（セル）とこの単位画素に隣接する２つの単位画素の一部の断面を示している。なお、図５では隣接する２画素のフォトダイオード形成領域同士の間隔が比較的広いが、セルレイアウトによっては、図４のように、隣接する２画素のフォトダイオード形成領域同士の間隔が狭いこともある。
【００７３】
図４において、１セルは、フォトダイオードＰＤ形成領域（図４のＰＤ領域）と変調トランジスタＴＭ形成領域（図４のＴＭ領域）とを有する。基板１の比較的深い位置には、Ｐ型基板１の全域にＮ型ウェル２１が形成されている。このＮ型ウェル２１上にＮ層による素子分離用のアイソレーション領域２２が形成されている。Ｎ型ウェル２１上には、アイソレーション領域２２を除く素子全体にＰ層が形成されている。
【００７４】
フォトダイオードＰＤ形成領域に形成されたＰ層が蓄積ウェル４である。また、変調トランジスタＴＭ形成領域におけるＰ層は変調用ウェル５である。この変調用ウェル５内には、Ｐ+拡散によるキャリアポケット１０が形成されている。
【００７５】
セル内のフォトダイオードＰＤ形成領域と変調トランジスタＴＭ形成領域との間のアイソレーション領域２２には、基板表面側において、転送トランジスタＴＴが形成される。
転送トランジスタＴＴは、基板表面にチャネルを構成するＰ-拡散層２４が形成され、基板表面にゲート絶縁膜２５を介して転送ゲート部６ｂが形成されて構成される。このＰ-拡散層２４は蓄積ウェル４と変調用ウェル５とに接続されて転送経路ＲＴを構成し、転送ゲート部６ｂの印加電圧に応じてこの転送経路ＲＴの電位障壁が制御される。
【００７６】
変調トランジスタＴＭ形成領域においては、基板表面にゲート絶縁膜２５を介してリングゲート部６ａが形成され、リングゲート部６ａ下の基板表面にはチャネルを構成するＮ型拡散層（図示略）が形成される。リングゲート部６ａの中央の基板表面にはＮ+拡散層が形成されてソース領域７を構成する。また、リングゲート部６ａの周囲の基板表面にはＮ+拡散層が形成されてドレイン領域８を構成する。チャネルを構成するＮ型拡散層はソース領域７とドレイン領域８とに接続される。
【００７７】
なお、フォトダイオードＰＤ形成領域の基板表面側には電子ピニング層としてのＮ+拡散層３２が形成されている。基板１表面上には、層間絶縁膜１４１を介して遮光膜１４２が形成されている。網線にて示す遮光膜１４２によって、光の入射範囲である開口領域２が決定される。遮光膜１４２上には開口領域２上にマイクロレンズ１４３が形成される。
【００７８】
本実施の形態においては、隣接する画素の各フォトダイオード形成領域相互間において、基板１には突出部１１９’が形成されている。即ち、隣接する画素の各フォトダイオード形成領域相互間では、突出部１１９’によってＮ型ウェル２１が浅くなっている。
【００７９】
また、本実施の形態においては、フォトダイオード形成領域相互間で、隣接画素同士の境界近傍領域であって、転送ゲート部６ｂの一部及び変調用ウェル５の下方の基板１には、突出部１３３’が形成されている。この突出部１３３’によってＮ型ウェル２１の表面からの厚さは薄くなっている。
【００８０】
＜作用＞
このように構成された実施の形態においては、マイクロレンズ１４３によって集光され、遮光膜１４２の開口を介して入射した光は、各フォトダイオード形成領域内のＮ型ウェル２１や蓄積ウェル４に入射する。Ｎ型ウェル２１において、入射光に基づく光発生電荷が発生し、発生した光発生電荷は各フォトダイオード形成領域内の蓄積ウェル４に収集される。所定フレームにおいて蓄積ウェル４に収集された光発生電荷は、次のフレームにおいて、転送経路ＲＴを経由して変調用ウェル５に転送されて蓄積される。これにより、変調トランジスタＴＭは、発生した光発生電荷に応じた変調出力を出力する。
【００８１】
遮光膜１４２の開口を介して入射した光のうち、受光面に略直交して入射した光は、同一画素内のＮ型ウェル２１に到達して光発生電荷を生じさせる。光発生電荷の発生位置は、同一画素内の蓄積ウェル４に近接しており、発生した光発生電荷は同一画素内の蓄積ウェル４において収集され、同一画素内の変調用ウェル５に転送・蓄積される。
【００８２】
一方、遮光膜１４２の開口を介して入射した光のうち、受光面に斜めに入射した斜め入射光は、同一画素の変調用ウェル５側のＮ型ウェル２１に到達して光発生電荷を生じさせることがある。また、斜め入射光は、隣接画素の変調用ウェル５側のＮ型ウェル２１及び隣接画素の蓄積ウェル４側のＮ型ウェル２１に到達して光発生電荷を生じさせることもある。
【００８３】
しかし、本実施の形態においては、転送ゲート部６ｂの変調用ウェル５側の一部及び変調用ウェル５下方、隣接画素同士の境界近傍において基板１には突出部１３３’が形成されており、また、隣接画素の各フォトダイオード形成領域相互間において、基板１は突出部１１９’が形成されている。これらの突出部１３３’，１１９’近傍で発生した光発生電荷は、これらの突出部１３３’，１１９’に収集されて基板１側に排出される。
【００８４】
即ち、斜め入射光に基づく光発生電荷のうちの隣接画素で発生するクロストーク成分の大部分は、隣接画素の蓄積ウェル４又は変調用ウェル５には収集されずに、突出部１１９’，１３３’を介して基板１に排出されることになる。これにより、斜め入射光による隣接画素へのクロストークが著しく低減される。また、斜め入射光に基づく光発生電荷のうち同一画素の次フレームの雑音成分となる光発生電荷の大部分についても、同一画素の変調用ウェル５には収集されずに、突出部１３３’を介して基板１に排出されることになる。これにより、斜め入射光による同一画素の次フレームに対する雑音が著しく低減される。
【００８５】
なお、本実施の形態においても、突出部１１９’及び突出部１３３’はフォトダイオード形成領域から適当な距離だけ離間させて設けた方がよい。
【００８６】
＜プロセス＞
次に、素子の製造方法について図６及び図７の工程図を参照して説明する。図６及び図７は図５のＡ−Ａ’切断線の位置に相当する断面を示している。図６及び図７において、基板上の枠はマスクを示している。
【００８７】
先ず、用意したＰ基板１の表面に犠牲酸化膜（図示省略）を形成する。次に、図６（Ａ）に示すように、マスク２１を用いて、燐（Ｐ３１＋）イオンをピーク位置約１．５μm、ピーク不純物濃度８×１０１６ｃｍ−３となるように注入する。本実施の形態においては、図６（Ａ）に示すように、図４の突出部１１９’，１３３’に相当する部分についてはマスクを施すことで、Ｎ型ウェル２１を形成しないようになっている。
【００８８】
次に、図６（Ｂ）に示すように、基板１全域の比較的浅い領域に、Ｐ層２３を形成する。Ｐ層２３を形成するために、ボロン（B１１＋）イオンを、まずピーク位置約０．６μｍ、ピーク不純物濃度３×１０１６ｃｍ−３、次いでピーク位置約０．４μｍ、ピーク不順物濃度３×１０１６ｃｍ−３、次いでピーク位置約０．１μｍ、ピーク不純物濃度３×１０１６ｃｍ−３となるように、イオン打ち込みを行う。なお、フォトダイオード形成領域におけるＰ層２３が蓄積ウェル４を構成し、変調トランジスタ形成領域におけるＰ層２３が変調用ウェル５を構成する。
【００８９】
次に、図６（Ｃ）に示すように、変調トランジスタ形成領域において、Ｐ型基板１とＰ層２３との間にＮ型ウェル２１を形成する。即ち、マスク２１ｂを用いて、燐（Ｐ３１＋）イオンをピーク位置約０.７μm、ピーク不純物濃度３×１０１６ｃｍ−３となるように注入する（Ｐ，９００ＫｅＶ，１ｅ１２／Ｐ，６００ＫｅＶ，７ｅ１１）のイオン打ち込みを行う。これにより、変調トランジスタ形成領域においては、図６（Ｃ）に示すように、基板１上には突出部１３３’形成され、この突出部１３３’とＰ層２３（変調用ウェル５）との間にＮ型ウェル２１が形成される。
【００９０】
次に、図６（Ｄ）に示すように、素子分離用のアイソレーション領域２２（Ｎ-層）を形成する。即ち、アイソレーション領域２２は、自セル内及び隣接するセル同士の蓄積ウェル４と変調用ウェル５との間の全ての領域に形成される。このアイソレーション領域２２は、レジスト２２ａを介して、例えば、燐（P３１＋）イオンを、まずピーク位置約０．４５μｍ、ピーク不純物濃度２×１０１７ｃｍ−３、次いでピーク位置約０．２μｍ、ピーク不純物濃度１．５×１０１６ｃｍ−３となるように注入を行うことで形成する。
【００９１】
このイオン打ち込みによって、図６（Ｄ）に示すように、フォトダイオード形成領域において、基板１上には突出部１１９’が形成され、この突出部１１９’上にアイソレーション領域２２が形成される。また、図６（Ｄ）に示すように、Ｐ層２３はフォトダイオード形成領域及び変調トランジスタ形成領域において、夫々蓄積ウェル４又は変調用ウェル５に分離される。
【００９２】
また、アイソレーション領域２２を形成する際、蓄積ウェル４と変調用ウェル５の間には転送チャネルを、例えば、ボロン（Ｂ１１＋）イオンをピーク位置約０．０３μｍ、ピーク不純物濃度４.５×１０１７ｃｍ−３となるよう注入することで形成する。図６には図示されていないが、ＬＯＤゲート及びクリアゲートのチャネルも転送ゲートのチャネルと同時に形成する。
【００９３】
次に、図７（Ａ）に示すように、リングゲート部６ａ下方のＰ層２３（変調用ウェル５）内に相当する位置に、濃いＰ+拡散層によるキャリアポケット１０を形成する。このキャリアポケット１０は、レジスト１０ａを用いて、例えば、ボロン（B１１＋）イオンをピーク位置約０．１μｍ、ピーク不順物濃度１．５×１０１７ｃｍ−３となるようなイオン打ち込みによって形成される。更に、キャリアポケット１０上の基板表面近傍に、変調トランジスタＴＭのチャネルを得るためのＮ型拡散層２７を形成する。このＮ型拡散層２７は、例えば、ヒ素（As７５＋）イオンをピーク位置約０．０５μｍ、ピーク不順物濃度２×１０１７ｃｍ−３となるようなイオン打ち込みによって形成される。
【００９４】
次に、基板表面の犠牲酸化膜を除去した後、図７（Ｂ）に示すように、基板表面に厚さが約３０ｎｍのゲート絶縁膜２５を熱酸化によって形成する。次に、２５０ｎｍの膜厚で各トランジスタのゲート電極となるポリシリコン層を基板１の全面に堆積させる。次に、ゲート絶縁膜２５上のポリシリコン層を、変調トランジスタＴＭ形成領域、転送トランジスタＴＴ形成領域、ＬＯＤトランジスタＴＬ形成領域及びクリアトランジスタＴＣ形成領域に応じてパターニングし、リングゲート部６ａ及び転送ゲート部６ｂ並びに図７では図示されないＬＯＤゲート１２及びクリアゲート１４を形成する。
【００９５】
次に、図７（Ｃ）に示すように、基板表面にドレイン領域８を形成すると共に、レジスト３２ａを用いると共にゲートを利用して自己整合的に、基板１表面に電子ピニング層としてのＮ+拡散層３２を形成する。
【００９６】
次に、図７（Ｄ）に示すように、レジスト７ａを介してソース領域７に相当する位置にＮ+の不純物注入を行って、ソース領域７を形成する。こうして、図４に示す固体撮像装置が得られる。
【００９７】
このように本実施の形態においては、隣接画素のフォトダイオード形成領域相互間において突出部を設けると共に、フォトダイオード形成領域相互間であって、隣接画素の境界領域近傍において、突出部を設けていることから、斜め入射光による隣接画素へのクロストークを著しく低減することができると共に、斜め入射光による同一画素の次フレームに対する雑音を著しく低減することができる。
【００９８】
なお、本実施の形態においては、Ｐ型基板１の一部において、Ｎ型ウェル２１を形成しない部分を設けることで突出部を形成したが、Ｐ型の不純物を注入することで、基板１に接した突出部を形成するようにしてもよいことは明らかである。
【００９９】
図８は本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を示す断面図である。
なお、図８中、Ｎ，Ｐの添え字の−，＋は不純物濃度のより薄い部分（添え字−）からより濃い部分（添え字＋）の状態を示している。
【０１００】
本実施の形態は特許文献１によって開示された固体撮像装置と同様に、各単位画素がフォトダイオード形成領域において、読み出しのための変調トランジスタを形成したものに適用した例を示している。
【０１０１】
図８は隣接する２つの単位画素の断面を示している。図８において、フォトダイオード形成領域と変調トランジスタ形成領域とは共通の領域である。基板４１の比較的深い位置には、Ｐ型基板４１の全域にＮ型ウェル４２が形成されている。このＮ型ウェル４２上に各単位画素を分離する素子分離用のアイソレーション領域４８が形成されている。
【０１０２】
各単位画素には、Ｎ型ウェル４２上にＰ型の電荷収集拡散領域４３が形成される。基板１の表面上には高濃度のドレイン領域５０が形成され、ドレイン領域５０には、絶縁膜４５を介してリングゲート４６が形成される。
【０１０３】
電荷収集拡散領域４３内のリングゲート４６下方には、高濃度Ｐ+層によるキャリアポケット４７が形成される。また、リングゲート４６下の基板表面にはチャネルを構成するＮ型拡散層（図示せず）が形成される。リングゲート４６の中央の基板表面にはＮ+拡散層が形成されてソース領域４９を構成する。また、リングゲート４６の周囲の基板表面はドレイン領域５０を構成する。チャネルを構成するＮ型拡散層はソース領域４９とドレイン領域５０とに接続される。
【０１０４】
本実施の形態においては、隣接する画素の境界、即ち、各フォトダイオード形成領域相互間において、基板４１には突出部１１９”が形成されている。即ち、隣接する画素の各フォトダイオード形成領域相互間では、突出部１１９”によってＮ型ウェル４２が浅くなっている。
【０１０５】
このように構成された実施の形態においては、受光面に略直交して入射した光は、同一画素内のＮ型ウェル４２に到達して光発生電荷を生じさせる。光発生電荷の発生位置は、同一画素内の電荷収集拡散領域４３に近接しており、発生した光発生電荷は同一画素内の電荷収集拡散領域４３において収集されて蓄積される。
【０１０６】
一方、受光面に斜めに入射した斜め入射光は、隣接画素のＮ型ウェル４２に到達して光発生電荷を生じさせることもある。しかし、本実施の形態においては、隣接する画素同士の境界領域、即ち、各フォトダイオード形成領域相互間において、基板１は突出部１１９”が形成されている。この突出部１１９”近傍で発生した光発生電荷は、突出部１１９”に収集されて基板４１側に排出される。
【０１０７】
即ち、斜め入射光に基づく光発生電荷のうちの隣接画素で発生するクロストーク成分の大部分は、隣接画素の電荷収集拡散領域４３には収集されずに、突出部１１９”を介して基板４１に排出される。これにより、斜め入射光による隣接画素へのクロストークが著しく低減される。
【０１０８】
このように本実施の形態においても、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す模式的断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す模式的断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を示す断面図。
【図５】本実施の形態に係る固体撮像装置の隣接する２つのセンサセルの平面形状を示す平面図。
【図６】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図７】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像装置の断面形状を示す断面図。
【符号の説明】
【０１１０】
１１１…基板、１１２…ウェル、１１３…電荷収集拡散領域、１１７…遮光膜、１１８…マイクロレンズ、１１９…突出部。  
【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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