【手続補正書】
【提出日】平成21年12月8日(2009.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光領域に対応して画素回路が共有され、
前記受光領域の光入射側が、半導体基体の前記画素回路が形成される第１の面とは反対側の第２の面側とされ、
前記受光領域が、前記第２の面側においては略等間隔に配置され、前記第１の面側においては非等間隔に配置され、前記半導体基体中で前記第２の面側における配置位置と前記第１の面側における配置位置とを接続する形状で前記第２の面側から前記第１の面側に延在されて成る
固体撮像素子。
【請求項２】
前記受光領域の、前記第２の面側において等間隔に配置される領域の深さが、前記半導体基体の前記第２の面から１μｍ以上５μｍ以下とされる請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記受光領域の、前記第２の面側において等間隔に配置される領域が、前記第１の面側からのイオン注入により形成されて成る請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記イオン注入が、エネルギーを変化させて複数回行われ、前記第１の面側の領域の濃度が前記第２の面側の領域の濃度に比して高くされて成る請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記イオン注入が、素子分離領域を形成する工程より前の工程で行われる請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項６】
撮像光学部と、固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号を処理する信号処理部と、を有する撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
複数の受光領域に対応して画素回路を共有し、
前記受光領域の光入射側が、半導体基体の前記画素回路が形成される第１の面とは反対側の第２の面側とされ、
前記受光領域が、前記第２の面側においては略等間隔に配置され、前記第１の面側においては非等間隔に配置され、前記半導体基体中で前記第２の面側における配置位置と前記第１の面側における配置位置とを接続する形状で前記第２の面側から前記第１の面側に延在されて成る
固体撮像装置。
【請求項７】
半導体基体の第１の面側から第１導電型の不純物を注入して、前記半導体基体の第２の面側の部分に受光領域の第２面側領域を形成する工程と、
前記半導体基体の第１の面側に素子分離領域を形成する工程と、
前記第１の面上にゲート電極を形成する工程と、
前記受光領域の第２面側領域上に、前記第１の面側から第２導電型不純物を注入して、前記受光領域の第１面側領域を前記半導体基体の前記第１の面側の部分に形成する工程と、
前記第１の面上に層間絶縁層及び配線層を形成する工程と、
前記半導体基体の前記第１の面とは反対側の第２の面側から前記半導体基体をエッチングして前記半導体基体の前記第２の面側の部分に略等間隔に形成された前記受光領域の前記第２面側領域を露出させる工程と、を有し、
前記素子分離領域を形成する工程の前に、前記第１の面側から不純物を注入して前記受光領域の第２面側領域を形成する工程を行う
固体撮像素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
次に、この一実施形態による固体撮像素子における画素内の画素回路の構成図を図２に示す。この例では、４組のフォトダイオード（ＰＤ）等より成る受光領域を構成する受光部６１（６１ａ〜６１ｄ）と転送トランジスタ６２（６２ａ〜６２ｄ）が、一組のリセットトランジスタ６７と増幅トランジスタ６４と選択トランジスタ６５を共有する例を示す。
光電変換素子であるＰＤ等の受光部６１ａ〜６１ｄは、転送トランジスタ６２ａ〜６２ｄを介してそれぞれフローティングディフュージョン（ＦＤ）６３と接続されている。ＦＤ６３は、転送トランジスタ６２ａ〜６２ｄのドレインに相当する２つの拡散層と、増幅トランジスタ６４のゲートと、それらを接続する配線から成るノードである。転送トランジスタ６２ａ〜６２ｄは、受光部６１ａ〜６１ｄの光電子をＦＤ６３に転送する。増幅トランジスタ６４は、ゲートの電圧がＦＤ電圧であるので、ＦＤ６３の電位に対応した信号を、選択トランジスタ６５がＯＮしていれば、垂直信号線６８に出力する。リセットトランジスタ６７は、ＦＤ６３の電子を電源（Ｖｄｄ）配線６６に捨てることによって、ＦＤ６３をリセットする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
この画素回路の断面構造を、図４Ａ及びＢを参照して説明する。図４Ａは、図３に示す概略平面構成図の一部を示し、図４Ａ中線ＡＡ’線上の断面構成図を図４Ｂに示す。図４において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。なお、図４Ａにおいては、便宜上図３に示す平面構成図を横に９０度回転して示す。図４Ｂにおいては、配線や支持基板、カラーフィルターやオンチップレンズなどを省略して、シリコン等より成る半導体基体１１と転送トランジスタ電極６２ａ〜６２ｄのみ示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明においては、受光部６１ａ〜６１ｄの深さ方向の形状を、隣接する画素間で異ならせていることに特徴がある。図示の例では、半導体基体１１の画素回路を形成する第１の面１１Ａ側において非等間隔に、素子分離領域１８に隔てられて例えばｐ型の第２導電型不純物領域２１ａ〜２１ｄ及び例えばｎ型の第１導電型不純物領域２０ａ〜２０ｄが形成される。一方、半導体基体１１の画素回路を形成する側とは反対側で、光入射側である第２の面１１Ｂにおいては、略等間隔に、第１導電型不純物領域２０ａ〜２０ｄと接続する例えば比較的低濃度のｎ−型の第１導電型不純物領域１７ａ〜１７ｄが形成されて、受光部６１ａ〜６１ｄが構成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
ところで、このように隣接する画素間で受光部の深さ方向の構造が異なる場合は、構造の違いによってシェーディングが新たに発生する可能性がある。すなわち、図４Ｂにおいて矢印Ｌａ〜Ｌｄで示すように、第２の面１１Ｂ側から斜めの角度で光が入射したときに、第１導電型不純物領域１７ａ〜１７ｄと破線Ｃａ〜Ｃｄで囲む接合部との相対的な位置の違いによって、この上の第１導電型不純物領域２０ａ〜２０ｄに光が到達する場合と到達しない場合が生じる恐れがある。図示の例では、領域１７ｃ及び１７ｄにおいて矢印Ｌｃ及びＬｄの先端部を破線で示すように、第１導電型不純物領域２０ｃ及び２０ｄに到達しない。
このようなばらつきを防ぐには、第２の面１１Ｂ側に略等間隔に配置する第１導電型不純物領域１７ａ〜１７ｄにおいて十分に光電変換がなされ、多くの光がこの領域１７ａ〜１７ｄを突き抜けないことが重要である。そのため、この第１導電型不純物領域１７ａ〜１７ｄが半導体基体１１の深さ方向に、第２の面１１Ｂから１μｍ以上延在することが望ましい。また、この領域１７ａ〜１７ｄを空乏化させ、光電変換された電子を電界によって第１の面１１Ａ側に送るためには、第２の面１１Ｂからの深さが５μｍ以下であることが望ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
また、本発明の固体撮像素子においては、受光部の第１の面側と第２の面側、すなわち表側と裏側とで配置が異なるわけであるが、その相対的な位置関係として最適な配置を選定することが望ましい。一例として、上述の実施形態例のように、４画素単位の繰り返しになっている場合は、以下の方法を用いて選定することができる。
表面側の受光部例えばＰＤの幾何重心が、座標軸上の点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４の位置に非等間隔に並んでおり、裏面側ではＰＤの幾何重心を等間隔に、座標軸上の点ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４に等間隔に並べるとする。このとき、表面側と裏面側との相対関係を決めるのには、ｐ１−ｑ１、ｐ２−ｑ２、ｐ３−ｑ３、ｐ４−ｑ４のうち最大値ｐｉ−ｑｉと最小値ｐｊ−ｑｊが、（ｉ，ｊはそれぞれ１〜４のどれか）、
ｐｉ−ｑｉ＝−（ｐｊ−ｑｊ）
となるようにするとよい。これは、ＰＤの表面側と裏面側の間での幾何重心のずれの最大値を最小にするということでもある。
図４Ｂの例では、受光部６１ｂと６１ｃが、幾何重心のずれの最大値と最小値を与え、受光部６１ａと６１ｄは、その間の値をとっている。受光部６１ｂと６１ｃは、左右を反転すれば同じ形状になるが、そのままでは入射光ＬｂとＬｃに対する形状が異なるので、ここでは異なる形状である。
なお、４画素単位の繰り返し以外の場合にも、この方法を適用できることは自明である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
撮像光学部１０１は、各種レンズ、シャッター、絞り機構等からなり、被写体画像を固体撮像素子１０２に導く。固体撮像素子１０２は、上述の実施の形態の固体撮像素子であり、撮像光学部１０１を通して結像された被写体光を光電変換することにより、信号として出力する。信号処理部１０３は、デジタル信号を処理するＤＳＰ（Digital Signal Processors）等で構成され、固体撮像素子１０２から出力された画像信号にフォーマット等の処理を施し、表示用や記録用のデータに変換する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
撮像装置１００を上述の実施の形態の固体撮像素子を用いて構成することにより、等間隔サンプリングによる信号処理を行うことができるので、信号処理の煩雑化を回避することができる。
なお、撮像装置１００は上述の構成に限られず、その他の様々な構成によって形成することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態例による固体撮像素子の概略平面構成図である。
【図２】本発明の実施形態例による固体撮像素子の要部の回路構成図である。
【図３】本発明の実施形態例による固体撮像素子の要部の概略平面構成図である。
【図４】Ａ及びＢは本発明の実施形態例による固体撮像素子の要部の概略平面構成図及び概略断面構成図である。
【図５】Ａ〜Ｃは本発明の実施形態例による固体撮像素子の製造方法の製造工程図（その１）である。
【図６】Ａ〜Ｃは本発明の実施形態例による固体撮像素子の製造方法の製造工程図（その２）である。
【図７】本発明の実施形態例による固体撮像素子の製造方法の製造工程図（その３）である。
【図８】本発明の実施形態例による固体撮像素子の製造方法の製造工程図（その４）である。
【図９】本発明の実施形態例による固体撮像素子の製造方法の製造工程図（その５）である。
【図１０】本発明の実施形態例による固体撮像素子の要部の概略平面構成図である。
【図１１】本発明の実施形態例による固体撮像素子の要部の概略平面構成図である。
【図１２】本発明の実施形態例による固体撮像素子の要部の概略平面構成図である。
【図１３】本発明の実施形態例による固体撮像素子の画素部の概略平面構成図である。
【図１４】本発明の実施形態例による固体撮像素子の画素部の概略平面構成図である。
【図１５】本発明の実施形態例による固体撮像装置の概略構成図である。
【図１６】従来の裏面入射型の固体撮像素子の概略断面構成図である。