(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された光電変換素子と、該光電変換素子の一側部に読み出しゲートを介して形成された第１電荷転送路埋め込みチャネルと、該光電変換素子の他側部にチャネルストップを介して形成された第２電荷転送路埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面を覆い前記光電変換素子の直上に開口が形成された遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の前記開口の位置を、前記第２電荷転送路埋め込みチャネルより前記第１電荷転送路埋め込みチャネル側に偏奇させて形成し、
前記開口の前記第２電荷転送路側端部と前記第２電荷転送路埋め込みチャネルの近端部との間の距離Ｗ１と、前記開口の前記第１電荷転送路側端部と前記第１電荷転送路埋め込みチャネルの近端部との間の距離Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、１＜Ｗ１／Ｗ２≦６／５であることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項２】
前記光電変換素子の表面部に該光電変換素子の導電型と逆導電型の２層構造の不純物拡散層を備え、該不純物拡散層の表面側の第１層を該第１層の不純物濃度より低濃度の第２層が囲む構造とし、前記第１層の端部と前記チャネルストップとの間の距離より該第１層の端部と前記読み出しゲートとの間の距離が長いことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）型固体撮像素子に係り、特に、スミア特性を改善したＣＣＤ型固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の略２画素分の断面模式図である。従来のＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板１の表面部にｎ領域２が形成されることでｐウェル層３との間でｐｎ接合（フォトダイオード）が形成され、ｎ領域２の一側に高濃度ｐ型不純物領域４が形成されることでチャネルストップ（素子分離領域）が形成され、ｎ領域２の他側にｐ領域の読み出しゲート部５を介して垂直転送路（ＶＣＣＤ）を構成する埋め込みチャネル（ｎ領域）６が形成される。
【０００３】
半導体基板１の表面には絶縁層７を介して遮光膜８が積層され、ｎ領域２の直上に遮光膜８の開口８ａが設けられる。遮光膜８の下の埋め込みチャネル６の直上には垂直転送路を構成する転送電極膜９が積層される。
【０００４】
従来のＣＣＤ型固体撮像素子は、１画素を構成するフォトダイオードの遮光膜開口端のうち隣接画素側開口端から当該隣接画素側チャネルストップ４の遠方端部までの距離Ｗ１と、遮光膜開口端のうち反対側隣接画素側開口端から読み出しゲート部５の遠方端部（自身の画素の信号電荷を読み出す埋め込みチャネル６の近方端部）までの距離Ｗ２とが等距離（Ｗ１＝Ｗ２）となるように遮光膜９の開口８ａが設けられる様になっている。
【０００５】
尚、従来技術に関連するものとして、例えば下記の特許文献１，２がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平９―６９６２１号公報
【特許文献２】特開２００４―６９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板表面部の各所にｎ型やｐ型の不純物が注入されることで製造され、その撮像特性を良好にするために不純物濃度プロファイルが細かく制御される。この結果、遮光膜開口部近傍の不純物濃度プロファイルは非対称になっている。
【０００８】
従来は、不純物濃度プロファイルの非対称性はあまり問題でなかったが、近年のＣＣＤ型固体撮像素子は数百万画素以上を搭載するために微細化が進み、この結果、上記の非対称性に起因するスミアの発生が無視できなくなってきている。
【０００９】
本発明の目的は、不純物濃度プロファイルの非対称に起因するスミアを低減できるＣＣＤ型固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された光電変換素子と、該光電変換素子の一側部に読み出しゲートを介して形成された第１電荷転送路埋め込みチャネルと、該光電変換素子の他側部にチャネルストップを介して形成された第２電荷転送路埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面を覆い前記光電変換素子の直上に開口が形成された遮光膜とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、前記遮光膜の前記開口の位置を、前記第２電荷転送路埋め込みチャネルより前記第１電荷転送路埋め込みチャネル側に偏奇させて形成し、前記開口の前記第２電荷転送路側端部と前記第２電荷転送路埋め込みチャネルの近端部との間の距離Ｗ１と、前記開口の前記第１電荷転送路側端部と前記第１電荷転送路埋め込みチャネルの近端部との間の距離Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が、１＜Ｗ１／Ｗ２≦６／５であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、前記光電変換素子の表面部に該光電変換素子の導電型と逆導電型の２層構造の不純物拡散層を備え、該不純物拡散層の表面側の第１層を該第１層の不純物濃度より低濃度の第２層が囲む構造とし、前記第１層の端部と前記チャネルストップとの間の距離より該第１層の端部と前記読み出しゲートとの間の距離が長いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、遮光膜開口近傍における不純物濃度プロファイルの非対称性に基づくスミアを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の略２画素分の断面模式図である。この固体撮像素子２０は、ｎ型半導体基板２１の受光面（半導体基板のほぼ中央部）に多数の画素（フォトダイオード）がアレイ状に配列形成される。
【００１６】
ｎ型半導体基板２１の表面部には、ｐウェル層２２が形成されている。ｐウェル層２２の画素領域にｎ領域２３が形成されることでｐウェル層２２との間でフォトダイオード（光電変換素子）が形成され、電荷転送領域にｎ領域２４が形成されることで電荷転送路の埋め込みチャネルが形成される。
【００１７】
ｎ領域２３と、ｎ領域２３の蓄積電荷を転送する埋め込みチャネル２４との間には蓄積電荷を読み出す読出ゲート（ｐ領域）２５が形成され、埋め込みチャネル２４の読出ゲート２５を設けない反対側のｎ領域２４との間には、素子分離部（ｐ＋領域（“＋”は、周りより相対的に濃度が高いこと意味する。）：チャネルストップ）２６が形成される。ｎ領域２３の表面部には、暗電流抑制用の表面ｐ層（不純物拡散層）２７が設けられている。
【００１８】
この様な構成の半導体基板２１の上層部に、光学層が積層される。先ず、半導体基板２１の表面全面に、透明な絶縁層３１が積層される。この絶縁層３１は、ＯＮＯ（酸化膜―窒化膜―酸化膜）構造で形成される。そして、電荷転送領域の上に、電荷転送路の転送電極を構成する第１層ポリシリコン層３２と第２層ポリシリコン層３３とが、酸化シリコン等の電極間絶縁膜３４によって相互に分離されて形成される。
【００１９】
更に、その上の全面に、透明な絶縁層３５が積層される。この絶縁層３５は、例えば窒化シリコン膜でなる。更にその上に、タングステン等の金属膜が遮光膜３６として積層される。この遮光膜３６は、光電変換領域の直上に開口３６ａを有し、開口３６ａ内に入射した光は、窒化シリコン膜３５，絶縁層３１を通してｎ領域２３に入る。この窒化シリコン膜３５は、反射防止の機能を有する。
【００２０】
遮光膜３６の上には、平坦化層を兼用する層間絶縁層３７が積層される。層間絶縁層３７は、例えば、ＢＰＳＧ膜（borophospho  silicate  glass）あるいはＰＳＧ膜（phospho  silicate  glass）で形成される。
【００２１】
平坦化層３７の上面は、ＣＰＭやエッチバックにより平坦に削成され、その上に、カラーフィルタ層３９，平坦化層４０，マイクロレンズ（トップレンズ）４１が順に積層される。
【００２２】
図示するＣＣＤ型固体撮像素子２０の遮光膜開口３６ａ近傍の不純物濃度は、開口３６ａ直下の表面不純物拡散層２７が「ｐ」、チャネルストップ２６が「ｐ＋」、読み出しゲート部２５が「ｐ」となっている。
【００２３】
遮光膜開口３６ａを中心にして見ると、チャネルストップ２６のｐ濃度が高く、読み出しゲート２５側のｐ濃度が低くなっており、非対称になっている。そして、高濃度のｐ＋領域でなるチャネルストップ２６は、隣接画素用の埋め込みチャネル２４ａ（図１では左側チャネル２４）に接する位置まで形成されている。
【００２４】
ここで、入射光のうち斜めに入射する光が遮光膜３６と半導体基板２１との間の透明絶縁層３１，３５に入るとスミアが発生する。スミアによる拡散電流はｐ層を伝うため、ｐ＋領域の方が、即ち、チャネルストップ２６側の方が、読み出しゲート部２５側よりスミアが発生し易い。即ち、チャネルストップ２６側の方にスミア電流が流れやすく、隣接画素の埋め込みチャネル２４ａ内に入り込む確率が高くなる。
【００２５】
そこで、本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子２０では、斜め入射光が入り込む入口すなわち、開口３６ａのチャネルストップ側開口端３６ｂの位置をチャネルストップ２６から離す。そして、読み出しゲート側開口端３６ｃを読み出しゲート２５側にずらし、開口３６ａの大きさ自体は変更しない構成とする。
【００２６】
即ち、開口３６ａのチャネルストップ側開口端３６ｂとチャネルストップ２６の遠方端部までの距離Ｗ１を、開口３６ａの読み出しゲート側開口端３６ｃと読み出しゲート部２５の遠方端部までの距離Ｗ２より長く（Ｗ１＞Ｗ２）する。
【００２７】
図２は本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子（（ａ）図）と従来のＣＣＤ型固体撮像素子（（ｂ）図）の比較図であり、本実施形態では、遮光膜開口３６ａの位置が、従来より、隣接電荷転送路（ＶＣＣＤ）２４ａ即ちチャネルストップ２６から離れ自身の電荷転送路２４ｂの方に近づく様に偏奇して形成される。
【００２８】
本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子２０の様に、距離Ｗ１を長くすることで、スミアの拡散電流が隣接画素の埋め込みチャネル２４ａ内に流れ込む確率が小さくなり、スミアによる影響を抑制することが可能となる。また、距離Ｗ２を短くすることで、開口３６ａの大きさを小さくせずに済み、この結果、受光感度の低下が抑制される。
【００２９】
図３は、スミア（規格値）と遮光膜開口３６ａ位置（Ｗ１／Ｗ２）との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。遮光膜開口位置に対するスミア特性Ｉは、Ｗ１／Ｗ２＝１の位置に対して非対称となっている。これは、不純物濃度プロファイルの非対称性に起因する。
【００３０】
遮光膜開口位置がＷ１／Ｗ２＜１の方向にずれるに従って急激にスミア特性が劣化するのは、高濃度不純物領域で形成されるチャネルストップ２６に近づくからである。本実施形態では、遮光膜開口の大きさを維持するために遮光膜開口端３６ｃを電荷読出側の電荷転送路２４ｂに近づけているが、あまり近づけすぎると、逆に、スミア特性も劣化する。これは、開口端３６ｃ側から入射した光によるスミア拡散電流が電荷転送路２４ｂに流れ込む確率が高くなるからである。
【００３１】
図３から分かる様に、スミア特性Ｉは、１＜Ｗ１／Ｗ２≦６／５の範囲で極小値をとる。このため、この極小値をとる範囲に遮光膜開口位置をずらすことで、スミア特性の改善を図ることができる。
【００３２】
遮光膜開口は微細な大きさであり、製造バラツキが存在する。このため、Ｗ１／Ｗ２＝１の位置に遮光膜開口を製造しても、その位置はＷ１／Ｗ２＝１を中心に前後にばらつくことになる。Ｗ１／Ｗ２＜１の方向にばらついたＣＣＤ型固体撮像素子は、スミア特性が悪いために不良品になってしまい、製造歩留まりを低下させる要因になる。
【００３３】
これに対し、本実施形態の様に、遮光膜開口位置をスミア特性が極小値をとる位置に製造した場合、製造バラツキでチャネルストップ側に開口位置がずれても、スミア特性は劣化しないため不良品にならず、製造歩留まりが向上することになる。つまり、製造コストの低減とスミア特性の改善の両方を図ることが可能となる。
【００３４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の略２画素分の断面模式図である。本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子５０と第１実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子２０との違いは、ｎ領域２３の表面に設ける不純物拡散層２７の構造にあり、その他の構造は第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３５】
図１に示される第１実施形態の不純物拡散層２７（図１では、ｎ領域２３と同程度の厚さに図示しているが、実際には薄く製造される。図４においても同様。）は、均一濃度のｐ層で構成される。
【００３６】
これに対し、本実施形態の不純物拡散層２７は、ｐ−層（“−”は、周りより相対的に不純物濃度が薄いことを意味する。）２７ａと、ｐ−層２７ａの表面部に設けられるｐ層２７ｂの２層構造でなる。
【００３７】
しかも、ｐ層２７ｂの側端部がチャネルストップ２６及び読み出しゲート部２５に接しないようにｐ層２７ｂはｐ−層２７ａの内側に形成される。そして、チャネルストップ２６端部とｐ層２７ｂ端部との間のｐ−層２７ａの幅ｄに対して、読み出しゲート部２５端部とｐ層２７ｂ端部との間のｐ−層２７ａの幅ｔが広くなるように形成される。
【００３８】
ｐ層２７ｂをｐ−層２７ａで囲むように設けるのは、以下の理由による。ｐ層２７ｂをｎ領域２３の表面部に設けるのは、暗電流抑制のためであり、ｐ層２７ｂを設けることにより、暗電流成分として発生した自由電子がｐ層２７ｂ内のホールにトラップされ、撮像画像上の白キズの発生が抑制される。
【００３９】
しかし、ｐ層２７ｂを設けると、ｐ層２７ｂと読み出しゲート部２５との間や、ｐ層２７ｂとｎ領域２３との間の電界が強くなり、この電界によって流れるリーク電流が大きくなる。そこで、ｐ層２７ｂをｐ−層２７ａで囲み、上記の電界を弱めている。
【００４０】
本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子５０でも、図４に示す様に、第１実施形態と同様に、距離Ｗ２を短くしている。そこで、本実施形態では、ｐ層２７ｂ端部と読み出しゲート部２５との距離ｔを、ｐ層２７ｂ端部とチャネルストップ２６との距離ｄより長くして読み出しゲート部２５側の電界を弱め、読み出し側へのリーク電流を更に小さくする様にしている。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子は、スミア特性が改善されるため、デジタルカメラ等に搭載するイメージセンサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子と従来のＣＣＤ型固体撮像素子との比較図である。
【図３】スミア特性と遮光膜開口位置との相関関係をシミュレートしたグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。
【図５】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の要部断面模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
２０，５０  ＣＣＤ型固体撮像素子
２１  半導体基板
２２  ｐウェル層
２３  ｎ領域（電荷蓄積領域）
２４  埋め込みチャネル（ＶＣＣＤ）
２５  読み出しゲート部（ｐ領域）
２６  チャネルストップ（ｐ＋領域）
２７  表面不純物拡散層（ｐ層）
２７ａ  ｐ−層
２７ｂ  ｐ層
３６  遮光膜
３６ａ  遮光膜開口
３６ｂ  遮光膜開口のチャネルストップ側端部
３６ｃ  遮光膜開口の読み出しゲート側端部
【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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