(57)【要約】【課題】光電変換領域と電荷転送領域間の読み出し領域の不純物濃度を調整することで、ブルーミング耐性を確保し読み出し電圧の低減を可能とする。【解決手段】半導体基板１１に形成された第１導電型の第１領域１２内に、光電変換領域２１とこれと間隔を置いた電荷転送領域２３とを備えた光電変換装置１であって、光電変換領域２１と電荷転送領域２３間の第１領域１２内で、かつ光を入射しない状態での光電変換領域２１のポテンシャルの最高となる位置の界面からの深さと、電荷転送領域２３におけるポテンシャルが最高となる位置の界面からの深さとの間の深さを含み、半導体基板１１界面を含まない領域に第１領域１２と同一導電型の第２領域２７が形成され、第２領域２７上部の第１領域１２の比抵抗値が第２領域２７よりも低いか、または第２領域２７上部の第１領域１２中の不純物濃度が第２領域２７よりも高いものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する光電変換領域と、
前記光電変換領域から読み出された信号電荷の転送を行うもので前記光電変換領域と間隔を置いた位置に形成された電荷転送領域とを基板に形成された第１導電型の第１領域内に備えた光電変換装置であって、
前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での前記光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、前記電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ前記基板界面を含まない領域に前記第１領域と同一導電型の第２領域が形成され、
前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の比抵抗値が前記第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の第１導電型の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度よりも高いこと
を特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記光電変換領域から前記電荷転送領域へ電荷を読み出す領域は、ホウ素が含まれる領域にヒ素もしくはリンが含まれる第１導電型の前記第２領域を有する
を特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第２領域の上部の一部または全部に位置する前記第１領域に、かつ前記基板界面を含むように第１導電型の第３領域を備え、
前記第３領域は前記第１領域および前記第２領域の比抵抗値よりも低いこと
を特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記光電変換領域内に蓄積された電荷の前記電荷転送領域への読み出しがパンチスルー読み出しであること
を特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記光電変換領域から前記電荷転送領域へ電荷を読み出す領域の幅が０.２μｍ以下であること
を特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項６】
入射光を光電変換する光電変換領域と、
前記光電変換領域から読み出された信号電荷の転送を行うもので前記光電変換領域と間隔を置いた位置に形成された電荷転送領域とを基板に形成された第１導電型の第１領域内に備えるとともに、
前記電荷転送領域上のみに絶縁膜を介して電極を備えた固体撮像装置であって、
前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での前記光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、前記電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ前記基板界面を含まない領域に前記第１領域と同一導電型の第２領域が形成され、
前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の比抵抗値が前記第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の第１導電型の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度よりも高いこと
を特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換領域から前記電荷転送領域へ電荷を読み出す領域は、ホウ素が含まれる領域にヒ素もしくはリンが含まれる第１導電型の前記第２領域を有する
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２領域の上部の一部または全部に位置する前記第１領域に、かつ前記基板界面を含むように第１導電型の第３領域を備え、
前記第３領域は前記第１領域および前記第２領域の比抵抗値よりも低いこと
を特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記電極上部を、絶縁膜を介して被覆する遮光膜を備えたこと
を特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像装置はインターライン型もしくはフレームインターライン型の固体撮像装置であること
を特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記光電変換領域内に蓄積された電荷の前記電荷転送領域への読み出しがパンチスルー読み出しであること
を特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記光電変換領域から前記電荷転送領域へ電荷を読み出す領域の幅が０.２μｍ以下であること
を特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記電極に印可する電圧は、読み出し時のパルス電圧を除いて正の電圧を印可すること
を特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記電極に印可する正の電圧は、０Ｖより大きく２Ｖ以下であること
を特徴とする請求項１３記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記電極に読み出し時のパルス電圧を除いて正の電圧を印可する期間内に、前記遮光膜に負の電圧を印可すること
を特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
入射光を光電変換する光電変換領域と、
前記光電変換領域から読み出された信号電荷の転送を行うもので前記光電変換領域と間隔を置いた位置に形成された電荷転送領域とを基板に形成された第１導電型の第１領域内に形成するとともに、
前記電荷転送領域上のみに絶縁膜を介して電極を形成する工程を備えた固体撮像装置の製造方法において、
前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での前記光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、前記電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ前記基板界面を含まない領域に前記第１領域と同一導電型の第２領域を形成する工程を備え、
前記第２領域は、前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の比抵抗値が前記第２領域の比抵抗値よりも低くなるか、もしくは前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の第１導電型の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度よりも高くなるように形成されること
を特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第２領域を形成する工程は、
前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内に前記第１導電型とは逆導電型となる第２導電型の種を導入することにより行うこと
を特徴とする請求項１６記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２領域を形成する工程は、
前記第２導電型の種を導入する際に用いるマスクの一部に前記電極を用いて、前記第２領域が形成されること
を特徴とする請求項１６記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第２領域の上部の一部または全部に位置する前記第１領域に、かつ前記基板界面を含むように第１導電型の第３領域を形成する工程を備え、
前記第３領域は前記第１領域および前記第２領域の比抵抗値よりも低く形成すること
を特徴とする請求項１６記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第３領域を形成する工程は、
前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内に前記第１導電型の種を導入することにより行うこと
を特徴とする請求項１９記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第３領域を形成する工程は、
前記第１導電型の種を導入する際に用いるマスクの一部に前記電極を用いて、前記第３領域が形成されること
を特徴とする請求項１９記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第２導電型の種を導入した後、急速加熱処理もしくは９００度以下の熱処理を行うこと
を特徴とする請求項１６記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブルーミングが起こりにくくかつ読み出し電圧の低電圧化を図ることが容易な光電変換装置および光電変換装置の製造方法および固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置の構造を、図５を用いて説明する。図５に示すように、現在主流のインターライン型電荷結合デバイス（ＩＴ型ＣＣＤ）ないし放送局用として使われているフレームインターライン型電荷結合デバイス（ＦＩＴ型ＣＣＤ）の単位画素構造は、基本的には、基板５１１に、画素領域５１２間を分離するチャネルストップ領域５１３が設けられている。上記画素領域５１２には、入射光の光電変換と光電変換された電荷の蓄積を行う光電変換領域５１４と、垂直方向に電荷を転送する垂直転送領域（垂直ＣＣＤ）５１５が間隔を置いて形成され、光電変換領域５１４と垂直ＣＣＤ５１５との間に光電変換領域５１４に蓄積された電荷を垂直ＣＣＤ５１５に転送を行う読み出しゲート領域５１６が形成されている。さらに、垂直ＣＣＤ５１５のチャネル部５１７上および読み出しゲート領域５１６上には絶縁膜５２１を介して電極５２２が構成されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
例えば２．５μｍ角の画素領域を有するＣＣＤを構成する場合、チャネルストップ幅として０．３５μｍ、読み出しゲート幅として０．３５μｍ、センサー（光電変換領域）幅として１．０μｍとすると、垂直ＣＣＤ幅は０．８μｍとなる。
【０００４】
従来の構造のままでは、ＣＣＤ単位セルの縮小化にともない、感度や受光部の取り扱い電荷量、スミア、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量などの特性を確保するのが困難になってきている。画素領域の面積を増やすことなく垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を増大させるためには、ゲート絶縁膜をより薄く形成し、チャネルのドーパントを濃く形成して、電気的容量を増加させる方法がある。しかしながら、この方法では電荷転送がしにくくなるという不利な点もある。垂直ＣＣＤの駆動振幅を大きくすることは取り扱い電荷量の増加となるが、従来構造ではＶhighをプラス側に駆動させると暗電流が増大するため、Ｖhigh電圧は０Ｖに留まっているのが現状である。
【０００５】
これに対して、スミアの改善および垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を拡大させるために、図６に示すような構造が提案されている。
【０００６】
図６に示すように、基板６１１に、画素領域６１２間を分離するチャネルストップ領域６１３が設けられている。上記画素領域６１２には、入射光の光電変換と光電変換された電荷の蓄積を行う光電変換領域６１４と、垂直方向に電荷を転送する垂直転送領域（垂直ＣＣＤ）６１５が間隔を置いて形成され、光電変換領域６１４と垂直ＣＣＤ６１５との間に光電変換領域６１４に蓄積された電荷を垂直ＣＣＤ６１５のチャネル領域６１７に転送を行う読み出し領域６１６が形成されている。さらに、垂直ＣＣＤ６１５のチャネル部６１５上および読み出し領域６１６上には絶縁膜６２１を介して転送電極６２２が構成されている。この転送電極６２２は、垂直ＣＣＤ６１５のチャネル領域６１７と同一な幅となっていて、チャネルストップ領域６１４や読み出し領域６１６上に形成されていない構造となっている（例えば、特許文献３参照。）。さらに転送電極６２２上および読み出し領域６１６上は、絶縁膜６２３を介して、負電圧とした遮光電極６２４によって被覆されている構造になっている。また読み出し領域６１６は、後述するように転送電極６２２に印加した電圧で垂直ＣＣＤ６１５のチャネル領域６１７のポテンシャルが十分に深くなり、かつ垂直ＣＣＤ６１５のチャネル領域６１７の空乏層が光電変換領域６１４方向に伸びることによって読み出す、いわゆる、パンチスルー読み出し方式となっている。
【０００７】
上記図６によって説明した構造とすることにより、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量は駆動振幅にほぼ比例する関係にあるので（Ｑ＝ＣＶより、Ｃがほぼ一定であればＱはＶに比例する）、垂直ＣＣＤの駆動電圧のうちＶhigh側を（従来セルのように０Ｖ駆動せず）正（＋）電圧で駆動し駆動振幅を上げることが好ましくなる。しかしながら、垂直ＣＣＤのＶhighの正（＋）電圧駆動化は、チャネルストップ領域６１４の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜とシリコン界面を空乏化させる方向であるため、Ｖhigh＝０ＶやＶhigh＝負電圧駆動に比べ暗電流が増加する。さらに図６によって説明した構造においては、垂直ＣＣＤの駆動電圧のＶhigh値を正（＋）側にしても、チャネルストップ領域６１４を空乏化することがないが、遮光電極が負電圧でチャネルストップ領域６１４にかかる構造であることからチャネルストップ領域６１４を正孔でピニングすることができ、暗電流の発生は従来構造にくらべ逆に低くすることができる。また転送電極６２２が垂直ＣＣＤのチャネル領域６１５上にあって、読み出し方向に突き出た構造になっていないため、Ｖhighを数ボルト程度の正（＋）電圧にしても光電変換領域６１４からのブルーミング耐性を保つことができる。Ｖhighの値は正（＋）電圧でかつ３Ｖ以下程度である。
【０００８】
一方、スミア特性は遮光電極の張り出し部分の長さに大きく依存する。すなわち張り出し量が大きければ垂直ＣＣＤのチャネル領域とセンサー開口部との距離が遠ざかり斜め入射光によるスミア耐性が強化される。図６によって説明した構造では垂直ＣＣＤ転送電極幅が従来構造に比べて狭く形成されているため、遮光電極の張り出し長をチャネルストップ領域６１４側および読み出し領域６１６側ともに長くとることができ、低スミアを実現できる構造といえる。
【０００９】
図６の構造では、垂直ＣＣＤ上方のみに電極を形成した構造では、電極が読み出し領域６１６上にはみ出していないため、ポテンシャル変調による読み出しを行わなければならないことから、図５の構造と比較して、読み出し電圧が高くなる傾向にある。そこで図６における読み出し領域６１６における不純物濃度を薄くし、変調が起こりやすくなる構造も考えられるが、この場合はブルーミングが逆に起こりやすくなり、読み出し電圧を正で駆動することが困難となる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−７０２６３号公報
【特許文献２】特許第３０８７７１８号公報
【特許文献３】特願２００３−１５６１２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、いわゆるパンチスルー読み出しを行う光電変換装置、固体撮像装置において、ブルーミングを起こさないようにすることと読み出し電圧を低減することを同時に満足させることができない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光電変換装置は、入射光を光電変換する光電変換領域と、前記光電変換領域から読み出された信号電荷の転送を行うもので前記光電変換領域と間隔を置いた位置に形成された電荷転送領域とを基板に形成された第１導電型の第１領域内に備えた光電変換装置であって、前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での前記光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、前記電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ前記基板界面を含まない領域に前記第１領域と同一導電型の第２領域が形成され、前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の比抵抗値が前記第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の第１導電型の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度よりも高いことを最も主要な特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像装置は、入射光を光電変換する光電変換領域と、前記光電変換領域から読み出された信号電荷の転送を行うもので前記光電変換領域と間隔を置いた位置に形成された電荷転送領域とを基板に形成された第１導電型の第１領域内に備えるとともに、前記電荷転送領域上のみに絶縁膜を介して電極を備えた固体撮像装置であって、前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での前記光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、前記電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ前記基板界面を含まない領域に前記第１領域と同一導電型の第２領域が形成され、前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の比抵抗値が前記第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の第１導電型の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度よりも高いことを最も主要な特徴とする。
【００１４】
本発明の光電変換装置の製造方法は、入射光を光電変換する光電変換領域と、前記光電変換領域から読み出された信号電荷の転送を行うもので前記光電変換領域と間隔を置いた位置に形成された電荷転送領域とを基板に形成された第１導電型の第１領域内に形成するとともに、前記電荷転送領域上のみに絶縁膜を介して電極を形成する工程を備えた固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での前記光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、前記電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ前記基板界面を含まない領域に前記第１領域と同一導電型の第２領域を形成する工程を備え、前記第２領域は、前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の比抵抗値が前記第２領域の比抵抗値よりも低くなるか、もしくは前記第２領域界面上部に位置する前記第１領域の第１導電型の不純物濃度が前記第２領域の不純物濃度よりも高くなるように形成されることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光電変換装置は、光電変換領域と電荷転送領域との間の第１領域内で、かつ光を入射しない状態での光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ基板界面を含まない領域に第１領域と同一導電型の第２領域を形成し、第２領域界面上部に位置する第１領域の比抵抗値が第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは第２領域界面上部に位置する第１領域の第１導電型の不純物濃度が第２領域の不純物濃度よりも高くしたため、ブルーミングの発生を抑制しつつ読み出し電圧を低減することができるので、光電変換装置の縮小化を図ることができるという利点がある。
【００１６】
本発明の固体撮像装置は、光電変換領域と電荷転送領域との間の第１領域内で、かつ光を入射しない状態での光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ基板界面を含まない領域に第１領域と同一導電型の第２領域を形成し、第２領域界面上部に位置する第１領域の比抵抗値が第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは第２領域界面上部に位置する第１領域の第１導電型の不純物濃度が第２領域の不純物濃度よりも高くしたため、ブルーミングの発生を抑制しつつ読み出し電圧を低減することができるので、電荷読み出し領域を縮小化することができるので固体撮像装置のセル面積の縮小化を図ることができるという利点がある。
【００１７】
本発明の光電変換装置の製造方法は、光電変換領域と電荷転送領域との間の前記第１領域内で、かつ光を入射しない状態での光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ基板界面を含まない領域に第１領域と同一導電型の第２領域を形成する工程を備え、第２領域は、第２領域界面上部に位置する第１領域の比抵抗値が第２領域の比抵抗値よりも低くなるか、もしくは第２領域界面上部に位置する第１領域の第１導電型の不純物濃度が第２領域の不純物濃度よりも高くなるように形成されるため、ブルーミングの発生を抑制しつつ読み出し電圧を低減することができる光電変換装置を形成することができるので、電荷読み出し領域を縮小化することで光電変換装置のセル面積の縮小化を図ること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】
【００１８】
ブルーミングの発生を抑制しつつ光電変換領域から電荷転送領域への電荷読み出し電圧を低減するという目的を、光電変換領域と電荷転送領域との間の第１領域内で、かつ光を入射しない状態での光電変換領域のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、電荷転送領域におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ基板界面を含まない領域に第１領域と同一導電型の第２領域を形成し、第２領域界面上部に位置する第１領域の比抵抗値が第２領域の比抵抗値よりも低いか、もしくは第２領域界面上部に位置する第１領域の第１導電型の不純物濃度が第２領域の不純物濃度よりも高くしたことで、製造プロセス的な負荷を大きくかけることなく容易に実現した。
【実施例１】
【００１９】
本発明の光電変換装置に係る一実施例を、図１の概略構成断面図および図２のポテンシャル図によって説明する。以下の説明では、第１導電型をＰ型、第１導電型とは逆導電型の第２導電型をＮ型として説明する。
【００２０】
図１に示すように、第２導電型（Ｎ型）半導体基板１１の上層に第１導電型とは逆導電型である第１導電型（Ｐ型）の第１領域１２が形成されている。この第１領域１２には、画素領域１３間に第２導電型のチャネルストップ領域１４が設けられている。上記画素領域１３には、入射光を光電変換する光電変換領域２１が形成され、この光電変換領域２１と間隔を置いて垂直方向に電荷を転送する電荷転送領域（垂直ＣＣＤ）２３が形成されている。上記光電変換領域２１は、入射光を光電変換するとともに光電変換された電荷の蓄積を行うものであり、この光電変換領域２１は、上層にＰ+層からなるホールアキュムレーション層２１２が形成され、その下層にＮ型層２１１が形成されてなる。上記電荷転送領域２３の拡散層領域は、第２導電型のウエル領域２３１の上層に第１導電型のチャネル領域２３２が形成されているものである。また、光電変換領域２１と垂直ＣＣＤ２３との間は、光電変換領域２１に蓄積された電荷を電荷転送領域２３に転送する読み出し領域２５となっている。
【００２１】
上記光電変換領域２１と上記電荷転送領域２３との間の上記読み出し領域２５内には、上記第１領域１２と同一導電型（第２導電型）の第２領域２７が形成されている。この第２領域２７は、図２のポテンシャル曲線に示すように、光を入射しない状態での上記光電変換領域２１のポテンシャルが最も高くなる位置における界面（半導体基板１１表面）からの深さｈｓと、上記電荷転送領域２３におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面（半導体基板１１表面）からの深さｈｔとの間の深さを含み、かつ上記半導体基板１１界面を含まない領域に形成されている。そして上記第２領域２７界面上部に位置する上記第１領域１２の比抵抗値は上記第２領域２７の比抵抗値よりも低くなっているか、もしくは上記第２領域２７界面上部に位置する上記第１領域１２の第２導電型の不純物濃度が上記第２領域２７の不純物濃度よりも高くなっている。また、上記第２領域２７は、例えばイオン注入により形成されることが好ましい。その際、イオン注入の投影飛程Ｒｐは電荷転送路における電界が最も小さくなる深さｈｍに設定することが好ましく、その好ましい許容範囲は、例えば標準偏差σとする。
【００２２】
さらに、上記第２領域２７の上部の一部または全部に位置する上記第１領域１２には、上記半導体基板１１界面を含むように第２導電型の第３領域２９を備えている。この第３領域２９は上記第１領域１２および上記第２領域２７の比抵抗値よりも低くなっている。
【００２３】
上記読み出し領域２５の幅は、少なくとも読み出し領域２５が確保され、かつ０.２μｍ以下の幅に形成されていることが好ましい。上記読み出し領域２５の幅が確保されていない場合、すなわち読み出し領域２５が形成されていない場合は、光電変換領域２１により光電変換された電荷は電荷転送領域２３に容易にリークしてしまう。また読み出し領域２５の幅が０．２μｍを超える場合は、読み出し電圧が高電圧化し、通常の最大の読み出し電圧とされる１５Ｖを超える電圧が必要になるという問題を生じる。よって、上記読み出し領域２５の幅は、読み出し領域が確保され、かつ０．２μｍ以下の幅とした。
【００２４】
なお、上記第２領域２７および第３領域２９の垂直転送方向の形成位置は、光電変換領域２１にそって、垂直転送方向にいわゆるストライプ状に形成されていればよく、少なくとも、光電変換領域２１の垂直転送方向の長さに形成されていればよい。
【００２５】
さらに、上記電荷転送領域２３のチャネル部２３２上の全部もしくは一部には絶縁膜３１を介して転送電極３２が形成されている。この転送電極３２は、例えばチャネル領域２３２と同一な幅となっていて、チャネルストップ領域１４上や読み出し領域２５上に形成されていない構造となっている。なお転送電極３２に印可する電圧は、従来技術で説明した前記図５の構造の光電変換装置で印可するパルスと同一パルスタイミングとすることができる。また、転送電極３２、読み出し領域２５およびチャネルストップ領域１４上に、絶縁膜３３を介して、負電圧とした遮光膜（遮光電極）３４が形成されている。
【００２６】
上記光電変換装置１は、読み出し領域２５において、上記転送電極３２に印加した電圧で電荷転送領域２３のチャネル領域２３２のポテンシャルが十分に深くなり、かつ電荷転送領域のチャネル領域２３２の空乏層が光電変換領域２１方向に伸びることによって読み出す、いわゆる、パンチスルー読み出し方式となっている。そして、光電変換領域２１から電荷転送領域（垂直ＣＣＤ）２３への信号電荷の読み出しを、転送電極３２に読み出し電圧として正の電圧（１０Ｖ〜１５Ｖ程度）を印加し、電荷転送領域２３の空乏層を横方向にも広げ、かつ光電変換領域２１と電荷転送領域２３との間の読み出し領域２５のシリコン中の電位を、電荷転送領域２３のポテンシャル値と光電変換領域２１のポテンシャル値のおおよそ中間となるようにしている。これにより信号電荷の完全転送を行い得る。
【００２７】
上記光電変換装置１では、光電変換領域２１と電荷転送領域（垂直ＣＣＤ）２３との間の第１領域１２に、光を入射しない状態での光電変換領域２１のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、電荷転送領域２３におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ半導体基板１１界面を含まない領域に第１領域１２と同一導電型の第２領域２７を形成し、第２領域２７界面上部に位置する第１領域１２の比抵抗値が第２領域２７の比抵抗値よりも低いか、もしくは第２領域２７界面上部に位置する第１領域１２の第１導電型の不純物濃度が第２領域２７の不純物濃度よりも高くしたため、読み出し領域２５において、読み出し時にポテンシャル変調が起こりやすくなる。このことにより、読み出し電圧の低電圧化が従来構造よりも改善されることに加えて、隣画素への信号電荷の混入、混色が起こりにくくなる。
【００２８】
また、第３領域２９を形成したことにより、第２領域２７上の第１領域１２の比抵抗値を低減することができ、ブルーミング耐性を低下させることなく読み出し電圧を低減することができるようになる。さらに、遮光膜３４は、転送電極３２をチャネル領域２３２上のみに形成されていることから、チャネルストップ領域１４上および読み出し領域２５上に形成されることになり、転送電極３２と光電変換領域２１上との間を十分に被覆することができるので、スミアの発生を防止することができる。
【００２９】
したがって、本発明の光電変換装置１では、電荷転送領域２３の電荷量を保ちつつ、ブルーミングの発生およびスミアの発生を抑制し、かつ読み出し電圧を低減することができるという利点があるとともに、光電変換装置１の縮小化を図ることができるという利点がある。
【実施例２】
【００３０】
次に、本発明の固体撮像装置を以下に説明する。
【００３１】
本発明の固体撮像装置は、前記図１および図２によって説明した光電変換装置１を基本構成とするものであり、この光電変換装置１をインターライン型の固体撮像装置もしくはフレームインターライン型の固体撮像装置に適用したものである。
【００３２】
上記固体撮像装置において、転送電極３２に印可する電圧は、例えば、読み出し時のパルス電圧を除いて正の電圧を印可し、また、上記転送電圧３２に印可する正の電圧は、０Ｖより大きく２Ｖ以下である。上記転送電極３２に読み出し時のパルス電圧を除いて正の電圧を印可する期間内に、上記遮光膜３４に負の電圧を印可する。
【００３３】
上記固体撮像装置では、前記光電変換装置１と同様なる作用効果を得ることができる。よって、従来の性能を維持して小型化することが可能となる。
【実施例３】
【００３４】
本発明の光電変換装置の製造方法に係る第１実施例を、図３および図４の製造工程断面図によって説明する。以下の説明では、第１導電型をＰ型、第１導電型とは逆導電型の第２導電型をＮ型として説明する。
【００３５】
図３（１）に示すように、通常の光電変換装置の製造方法により、第２導電型（Ｎ型）半導体基板１１の上層に第１導電型とは逆導電型である第１導電型（Ｐ型）の第１領域１２を形成する。この第１領域１２には、画素領域１３間に第２導電型のチャネルストップ領域１４を設ける。上記画素領域１３には、入射光を光電変換する光電変換領域２１を形成するとともに、この光電変換領域２１と間隔を置いて垂直方向に電荷を転送する電荷転送領域（垂直ＣＣＤ）２３を形成する。上記光電変換領域２１は、入射光を光電変換するとともに光電変換された電荷の蓄積を行うものであり、上層にＰ+層からなるホールアキュムレーション層２１２を形成し、その下層にＮ型層２１１を形成することで成る。上記電荷転送領域２３の拡散層領域は、第２導電型のウエル領域２３１を形成し、このウエル領域２３１の上層に第１導電型のチャネル領域２３２を形成することで成る。また、光電変換領域２１と垂直ＣＣＤ２３との間は、光電変換領域２１に蓄積された電荷を電荷転送領域２３に転送する読み出し領域２５となる。上記各領域の形成は、一例として、半導体基板１１上にレジストマスク（図示せず）を形成した後、通常の不純物導入技術、例えばイオン注入技術により形成することができる。
【００３６】
さらに、上記半導体基板１１上に絶縁膜３１を形成する。次いで、上記電荷転送領域２３のチャネル部２３２上に、上記絶縁膜３１を介して転送電極３２を形成する。この転送電極３２は、以下のように形成される。一例として、絶縁膜３１上に電極形成膜（図示せず）を成膜する。この電極形成膜は例えばポリシリコンで形成する。その後、電極形成膜上にレジスト膜（図示せず）の形成し、そのレジスト膜に転送電極マスクパターンの露光および現像のリソグラフィー工程を行って、レジスト膜からなるエッチングマスクを形成する。以下、レジスト膜からなるエッチングマスクを形成する技術をレジストマスクプロセスという。次いで、このエッチングマスクを用いたエッチング技術（例えば反応性イオンエッチング）により電極形成膜を加工して形成される。その転送電極３２は、例えばチャネル領域２３２と同一な幅に形成され、チャネルストップ領域１４上や読み出し領域２５上に形成されないようにする。
【００３７】
次いで、図３（２）に示すように、通常のレジストマスクプロセスにより、第２領域を形成するためのマスク７１を形成する。このマスク７１は、読み出し領域２５上および転送電極３２の読み出し領域２５側を露出するように開口部７２が形成されたものである。また、レジスト加工後における開口部７２の光電変換領域２１側のエッジは光電変換領域２１における読み出し領域２５側のＮ型層２１１の接合と合うことが望ましい。このように、第２導電型の種を導入する際に用いるマスク７１の一部に転送電極３２を用いることにより、第２領域２７が転送電極３２の下方のチャネル領域２３２に接合するように、電荷転送領域２３側の位置決めが自己整合的に決定されることになる。
【００３８】
上記マスク７１を用いてイオン注入法により、上記光電変換領域２１と上記電荷転送領域２３との間の上記読み出し領域２５に、第１導電型の第２領域２７を形成する。
【００３９】
上記第２領域２７を形成する工程は、光電変換領域２１と電荷転送領域２３との間の第１領域１２内に第１導電型（Ｐ型）とは逆導電型となる第２導電型（Ｎ型）の不純物種として、例えばヒ素（Ａｓ）もしくはリン（Ｐ）を導入することにより行う。このイオン注入では、第２領域２７を第１導電型（Ｐ型）とするため、第２導電型の不純物を過剰に導入しないように注意する必要がある。
【００４０】
この第２領域２７は、前記図２に示したのと同様に、光を入射しない状態での上記光電変換領域２１のポテンシャルが最も高くなる位置における界面（半導体基板１１表面）からの深さｈｓと、上記電荷転送領域２３におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面（半導体基板１１表面）からの深さｈｔとの間の深さを含み、かつ上記半導体基板１１界面を含まない領域に形成される。そして上記第２領域２７界面上部に位置する上記第１領域１２の比抵抗値は上記第２領域２７の比抵抗値よりも低くなるか、もしくは上記第２領域２７界面上部に位置する上記第１領域１２の第２導電型の不純物濃度が上記第２領域２７の不純物濃度よりも高くなるようにする。また、上記第２領域２７を形成するイオン注入の投影飛程Ｒｐは電荷転送路における電界が最も小さくなる深さｈｍに設定することが好ましく、その好ましい許容範囲は、例えば標準偏差σとする。
【００４１】
上記イオン注入条件としては、Ｎ型不純物としてヒ素（Ａｓ）もしくはリン（Ｐ）を用い、ドーズ量は、例えば１×１０12／ｃｍ2〜１×１０14／ｃｍ2とすることが望ましく、かつ光電変換領域２１を形成する際のＮ型不純物のドーズ量以下とする。さらに注入エネルギーは、形成される第２領域２７が、光を入射しない状態での上記光電変換領域２１のポテンシャルが最も高くなる位置における界面（半導体基板１１表面）からの深さｈｓと、上記電荷転送領域２３におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面（半導体基板１１表面）からの深さｈｔとの間の深さを含み、かつ上記半導体基板１１界面を含まない領域となり、さらに投影飛程Ｒｐは電荷転送路における電界が最も小さくなる深さｈｍになるように、設定することが好ましく、その好ましい許容範囲は、例えば標準偏差σとなるようにする。例えば、ヒ素（Ａｓ）をイオン注入する場合には、１００ｋｅＶから３００ｋｅＶ程度が望ましい。
【００４２】
上記イオン注入の結果、第２領域２７が形成され、この第２領域２７界面上部に位置する上記第１領域１２の比抵抗値は上記第２領域２７の比抵抗値よりも低くなるか、もしくは上記第２領域２７界面上部に位置する上記第１領域１２の第２導電型の不純物濃度が上記第２領域２７の不純物濃度よりも高くなるようになる。
【００４３】
次いで、図４（３）に示すように、上記マスク７１および転送電極３２をイオン注入マスクに用いて、イオン注入法により、上記第２領域２７の上部の一部または全部に位置する上記第１領域１２に、第１領域１２に導入されている不純物の導電型と同一導電型の第１導電型（Ｐ型）の不純物としてホウ素（Ｂ）をイオン注入し、上記半導体基板１１界面を含むように第２導電型の第３領域２９を形成する。このイオン注入では、半導体基板１１の表層のみに注入されるように、第１導電型（Ｐ型）不純物をイオン注入することが望ましい。例えば、イオン注入エネルギーとしては３０ｋｅＶ以下が望ましい。この結果、第３領域２９は上記第１領域１２および上記第２領域２７の比抵抗値よりも低くなるように形成される。
【００４４】
その後、上記マスク７１を除去する。次いで、不純物の活性化のための熱処理を行う。この熱処理は、イオン注入した不純物の拡散を極力防ぐために、急速加熱処理（ＲＴＡ）もしくは９００℃以下の熱処理（ファーネスアニール等）により行うことが望ましい。例えば、ＲＴＡとしては、レーザ加熱処理、ランプ加熱処理等がある。このような熱処理を行うことによって、第２領域２７、第３領域２９を構成する不純物が不要に拡散するのを防ぐ。すなわち、光電変換領域２１側や電荷転送領域２３側に不要に拡散するのを防ぐとともに。第２領域２７、第３領域２９の深さ方向の範囲が上記説明した範囲から逸脱しないようにする。
【００４５】
その後、図４（４）に示すように、通常の既知のプロセスによって、転送電極３２を被覆する絶縁膜３３を形成した後、転送電極３２、読み出し領域２５、チャネルストップ領域１４等を被覆し、光電変換領域２１上を開口した遮光膜（遮光電極）３４を形成する。この遮光膜３４には負電圧が印加されるようにする。上記遮光膜３４は、例えばアルミニウム膜もしくはタングステン膜等の導電性と遮光性を兼ね備えた膜で形成される。このようにして、光電変換装置１を形成する。
【００４６】
上記製造方法により製造された光電変換装置１は、読み出し領域２５において、上記転送電極３２に印加した電圧で電荷転送領域２３のチャネル領域２３２のポテンシャルが十分に深くなり、かつ電荷転送領域のチャネル領域２３２の空乏層が光電変換領域２１方向に伸びることによって読み出す、いわゆる、パンチスルー読み出し方式となる。そして、光電変換領域２１から電荷転送領域（垂直ＣＣＤ）２３への信号電荷の読み出しを、転送電極３２に読み出し電圧として正の電圧（１０Ｖ〜１５Ｖ程度）を印加し、電荷転送領域２３の空乏層を横方向にも広げ、かつ光電変換領域２１と電荷転送領域２３との間の読み出し領域２５のシリコン中の電位を、電荷転送領域２３のポテンシャル値と光電変換領域２１のポテンシャル値のおおよそ中間となる。これにより信号電荷の完全転送を行い得る。
【００４７】
上記光電変換装置１の製造方法では、光電変換領域２１と電荷転送領域（垂直ＣＣＤ）２３との間の第１領域１２に、光を入射しない状態での光電変換領域２１のポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さと、電荷転送領域２３におけるポテンシャルが最も高くなる位置における界面からの深さとの間の深さを含み、かつ半導体基板１１界面を含まない領域に第１領域１２と同一導電型の第２領域２７を形成し、しかも、第２領域２７界面上部に位置する第１領域１２の比抵抗値が第２領域２７の比抵抗値よりも低いか、もしくは第２領域２７界面上部に位置する第１領域１２の第１導電型の不純物濃度が第２領域２７の不純物濃度よりも高くしたため、読み出し領域２５は、読み出し時にポテンシャル変調が起こりやすくなるように形成される。このことにより、読み出し電圧の低電圧化が従来構造よりも改善されることに加えて、隣画素への信号電荷の混入、混色が起こりにくくなる光電変換装置を製造することができる。
【００４８】
また、第３領域２９を形成したことにより、第２領域２７上の第１領域１２の比抵抗値を低減することができ、ブルーミング耐性を低下させることなく読み出し電圧を低減することができる光電変換装置を製造することができる。さらに、転送電極３２をチャネル領域２３２上のみに形成することから、遮光膜３４はチャネルストップ領域１４上および読み出し領域２５上に形成することができ、転送電極３２と光電変換領域２１上との間を十分に被覆することができるので、スミアの発生を防止することができるようになる。
【００４９】
したがって、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置１では、電荷転送領域２３の電荷量を保ちつつ、ブルーミングの発生およびスミアの発生を抑制し、かつ読み出し電圧を低減することができるという利点があるとともに、光電変換装置１の縮小化を図ることができるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の光電変換装置および光電変換装置の製造方法および固体撮像装置は、パンチスルー読み出しを行う光電変換装置、固体撮像装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の光電変換装置に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置に係る一実施例を示したポテンシャル図である。
【図３】本発明の光電変換装置の製造方法に係る一実施例を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の光電変換装置の製造方法に係る一実施例を示した製造工程断面図である。
【図５】従来の技術に係る固体撮像装置を示した概略構成断面図である。
【図６】従来の技術に係る固体撮像装置を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…光電変換装置、１１…半導体基板、１２…第１領域、２１…光電変換領域、２３…電荷転送領域、２７…第２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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