(57)【要約】【課題】転送経路を理想的なポテンシャル勾配として、確実な信号電荷の転送を可能にする。【解決手段】  一方導電型の基板１１１上に形成される他方導電型の第１の不純物拡散領域１１２と、前記基板１１１の表面に形成される他方導電型の第２の不純物拡散領域１１５と、一方導電型の不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域１１２と前記第２の不純物拡散領域１１５との間に形成される転送元拡散領域４と、一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域４と所定の距離だけ離間して前記基板１１１表面に形成される転送先拡散領域１１４と、前記転送元拡散領域１１３と前記転送先拡散領域１１４との間の前記基板１ａ表面に絶縁膜を１１８介して形成されたゲート電極１１６であって、前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出した突出部を有するゲート電極１１６とを具備したことを特徴とする。【選択図】      図１
2005167185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方導電型の基板上に形成される他方導電型の第１の不純物拡散領域と、
前記基板の表面に形成される他方導電型の第２の不純物拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、
前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成されたゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出した突出部を有するゲート電極とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
一方導電型の基板上に形成される他方導電型の第１の不純物拡散領域と、
前記基板の表面に形成される他方導電型の第２の不純物拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、
一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、
前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成され側面にサイドウォールを有するゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の前記サイドウォールの端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出して構成されたゲート電極とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
基板上に形成され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、
前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、
前記転送元拡散領域は、前記基板上の光電変換素子形成領域に形成されて、前記光電変換素子によって発生する光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一方に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
基板上に形成され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、
前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、
前記転送元拡散領域は、前記基板上の変調トランジスタ形成領域に形成されて、前記光発生電荷を保持すると共に前記光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一方に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記転送元拡散領域は、前記第１の不純物拡散領域との界面と前記第２の不純物拡散領域との界面との間の距離が一定であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一方に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する第１の拡散工程と、
前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する工程であって、前記ゲート電極の前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させる第２の拡散工程とを具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する第１の拡散工程と、
前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する第２の拡散工程と、
前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程とを具備し、
前記第２の拡散工程は、前記サイドウォールの前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポテンシャル勾配を適正にして信号電荷を確実に転送させ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、蓄積を行うためのフォトダイオード、読出し電極及びフォトダイオードからの信号電荷を読出し電極に転送するためのポリシリコン電極１０５を備えている。
【０００４】
図６は特許文献１に開示されているイメージセンサのポリシリコン電極近傍を示す模式的断面図である。
【０００５】
図６のイメージセンサは、基板１００のＰ型ウェル１０１内に、フォトダイオードのＮ型領域１０２及び電荷を転送するためのＮ型領域１０３が形成されている。フォトダイオードのＮ型領域１０２上には基板表面に浅いＰ型層１０４が形成されている。基板１００表面には絶縁層を介してポリシリコン電極１０５が形成されている。
【０００６】
Ｎ型領域１０２，１０３相互間は、基板１００表面近傍において、ポリシリコン電極１０５に印加する電圧に応じて、チャネルが形成される。これにより、フォトダイオードのＮ型領域１０２からの信号電荷が、チャネルを介してＮ型領域１０３に転送されるようになっている。
【特許文献１】特許第２７２３５２０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の装置は、フォトダイオード表面の浅いＰ型層１０４によってＮ型領域１０２の幅が狭くなり、ポリシリコン電極１０５のバルク部で電位障壁が生じやすくなることを防止するものである。特許文献１の装置は、ポリシリコン電極１０５の突出部分の長さを制御することによって電位障壁の発生を抑制している。
【０００８】
即ち、特許文献１の装置は、Ｎ型領域１０２の幅ｘに対して、Ｎ型領域１０２上に突き出したポリシリコン電極１０５の突出部分の長さｙを長くするように構成している。この場合でも、フォトダイオードのＮ型領域１０２の幅ｘが比較的短ければ、突出部分による問題は生じない。
【０００９】
しかしながら、フォトダイオードのＮ型領域１０２の幅ｘが短い場合には信号電荷の収集効率が悪化してしまう。そこで、通常、フォトダイオードによって生じる信号電荷の収集効率を向上させるために、Ｎ型領域１０２の幅ｘとしてはある程度以上の長さにしている。ところが、そうすると、特許文献１の装置では、ポリシリコン電極１０５の突出部分の長さｙが必要以上に長くなり、図６の領域ａにポテンシャルポケットが生じてしまうという問題点があった。
【００１０】
また、突出部分ｙが必要以上に長いことから、ポリシリコン電極１０５の端部近傍においては、ソース，ドレインの印加電圧による影響が小さくなって、チャネル内のポテンシャル勾配の変化が極めて小さいか又は逆向きになる部分が生じることもあるという問題点もあった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、光発生電荷の転送経路において適正なポテンシャル勾配を得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】
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板上に形成される他方導電型の第１の不純物拡散領域と、前記基板の表面に形成される他方導電型の第２の不純物拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成されたゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出した突出部を有するゲート電極とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、第１及び第２の不純物拡散領域相互間に形成される転送元拡散領域は、端部がゲート電極の下方に延びて形成される。ゲート電極の端部から転送元拡散領域の端部までの距離（突出部の長さ）は、転送元拡散領域の厚みに一致する。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、ゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置は、一方導電型の基板上に形成される他方導電型の第１の不純物拡散領域と、前記基板の表面に形成される他方導電型の第２の不純物拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間に形成される転送元拡散領域と、一方導電型の不純物を拡散して前記転送元拡散領域と所定の距離だけ離間して前記基板表面に形成される転送先拡散領域と、前記転送元拡散領域と前記転送先拡散領域との間の前記基板表面に絶縁膜を介して形成され側面にサイドウォールを有するゲート電極であって、前記転送元拡散領域側の前記サイドウォールの端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出して構成されたゲート電極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、第１及び第２の不純物拡散領域相互間に形成される転送元拡散領域は、端部がゲート電極及びサイドウォールの下方に延びて形成される。サイドウォール端部から転送元拡散領域の端部までの距離（突出部の長さ）は、転送元拡散領域の厚みに一致する。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、サイドウォールを含むゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。
【００１６】
また、基板上に形成され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、前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、前記転送元拡散領域は、前記基板上の光電変換素子形成領域に形成されて、前記光電変換素子によって発生する光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、光電変換素子によって発生した光発生電荷は転送元拡散領域に蓄積される。転送元拡散領域に蓄積された光発生電荷は、ゲート電極に印加する電圧に応じて、転送元拡散領域から転送先拡散領域に転送される。この場合には、突出部の長さが転送先拡散領域の厚みに一致していることから、転送転送元拡散領域から転送先拡散領域までの間のポテンシャル勾配を適正なもの、例えば一様で且つ充分な大きさにすることができる。これにより、転送元拡散領域からの光発生電荷の確実な転送を可能にする。
【００１８】
また、基板上に形成され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、前記光電変換素子からの前記光発生電荷を保持し、保持した前記光発生電荷によってチャネルの閾値電圧が制御されて、前記光発生電荷に基づく画素信号を出力する変調トランジスタとを更に具備し、前記転送元拡散領域は、前記基板上の変調トランジスタ形成領域に形成されて、前記光発生電荷を保持すると共に前記光発生電荷の転送路を構成することを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、光電変換素子によって発生した光発生電荷は変調トランジスタ形成領域に形成された転送元拡散領域に保持される。変調トランジスタは、転送元拡散領域に保持された光発生電荷に応じた出力を出力する。クリア時等においては、転送元拡散領域から光発生電荷を排出する。この場合には、突出部の長さが転送先拡散領域の厚みに一致していることから、転送転送元拡散領域からポテンシャル勾配を適正なもの、例えば一様で且つ充分な大きさにすることができ、転送元拡散領域からの光発生電荷の確実な排出を可能にする。
【００２０】
また、前記転送元拡散領域は、前記第１の不純物拡散領域との界面と前記第２の不純物拡散領域との界面との間の距離が一定であることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを一層確実に防止することができ、また、サイドウォールを含むゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を一層適正なものとすることができる。
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する第１の拡散工程と、前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する工程であって、前記ゲート電極の前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させる第２の拡散工程とを具備したことを特徴とする。
【００２３】
このような構成によれば、第１の拡散工程によって一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する。次いで、基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する。
次に、第２の拡散工程において、ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させることにより、他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する。この場合には、ゲート電極の転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、転送元拡散領域の端部から転送元拡散領域の厚み分だけ転送元拡散領域側に突出するように一方導電型の不純物を拡散させる。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、ゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。
【００２４】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、一方導電型の基板上に他方導電型の不純物拡散領域を形成する第１の拡散工程と、前記基板表面に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させて前記他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する第２の拡散工程と、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程とを具備し、前記第２の拡散工程は、前記サイドウォールの前記転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、前記転送元拡散領域の端部から前記転送元拡散領域の厚み分だけ前記転送元拡散領域側に突出するように前記一方導電型の不純物を拡散させることを特徴とする。
【００２５】
このような構成によれば、第２の拡散工程では、サイドウォールを含むゲート電極をマスクとして自己整合的に一方導電型の不純物を拡散させることにより、他方導電型の不純物拡散領域上に転送元拡散領域を形成する。この場合には、サイドウォールを含むゲート電極の転送元拡散領域側の端部が、水平方向に、転送元拡散領域の端部から転送元拡散領域の厚み分だけ転送元拡散領域側に突出するように一方導電型の不純物を拡散させる。これにより、転送元拡散領域にポテンシャルポケットが生じることを防止することができると共に、ゲート電極下方のチャネルのポテンシャル勾配を適正なものとすることができ、転送元拡散領域から確実に信号電荷を転送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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、転送元拡散領域という）１１３が形成されている。転送元拡散領域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、保持すると共に、転送するためのものである。
【００２８】
基板１１１表面のフォトダイオード形成領域には、不純物拡散領域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、ピニング層として機能する。この不純物拡散領域１１５は、低エネルギーのイオン注入によって、浅く且つ濃い濃度で形成される。
【００２９】
不純物拡散領域１１３と所定距離離間した基板１１１の表面近傍には、フォトダイオードに発生した光発生電荷の転送先である不純物拡散領域（以下、転送先拡散領域という）１１４が形成されている。拡散領域１１３，１１４の対向する端部相互間の基板１１１表面上には、絶縁膜１１８を介してゲート電極１１６が形成されている。ゲート電極１１６の側面にはサイドウォール１１７が形成されている。
【００３０】
ゲート電極１１６に適宜の電圧を印加することによって、基板１１１表面近傍の不純物拡散領域１１３，１１４相互間にはチャネル１１９が形成される。フォトダイオードに発生した光発生電荷は、不純物拡散領域１１３からゲート電極１１６下方のチャネル１１９を介して不純物拡散領域１１４に転送されるようになっている。
【００３１】
本実施の形態においては、転送元拡散領域１１３の基板深さ方向の厚さをｄとすると、サイドウォール１１７を含むゲート電極１１６下方において形成された転送元拡散領域１１３の水平寸法、即ち、ゲート電極１１６下方の転送元拡散領域１１３の端部からサイドウォール１１７の縁辺部下方までの長さも略ｄに設定するようになっている。換言すると、サイドウォール１１７を含むゲート電極１１６は、転送元拡散領域１１３上において、水平方向に長さがｄだけ重なった部分（突出部）を有する。
【００３２】
このように構成された実施の形態においては、転送元拡散領域１１３の深さ方向の厚さｄとして充分な厚さに設定した場合でも、転送元拡散領域１１３上におけるサイドウォール１１７を含むゲート電極１１６の突出部の長さが必要以上に長くなることはない。これにより、転送元拡散領域１１３においてポテンシャルポケットが生じることを防止することができる。また、転送元拡散領域１１３上におけるサイドウォール１１７を含むゲート電極１１６の突出部の長さが比較的小さいことから、ゲート電極１１６端部の下方のチャネル１１９において、ポテンシャル勾配を適正なもの、例えば略一様で且つ充分な傾きに設定することができる。
【００３３】
なお、図１においては、サイドウォール１１７を含むゲート電極１１６下方の転送元拡散領域１１３の幅を、拡散領域１１５との接合界面とウェル１１２との接合界面との間の距離が常に等しくなるように形成している。この場合には、転送元拡散領域１１３から転送先拡散領域１１４までのポテンシャル勾配を一層適正なものにすることができる。
【００３４】
転送元拡散領域１１３及び拡散領域１１５は、ゲート電極１１６を用いて自己整合的に形成することができる。これにより、マスクずれ等を考慮することなく、所望の領域への不純物拡散が可能である。また、転送元拡散領域１１３をゲート電極１１６の下方まで拡散させるためには、転送元拡散領域１１３の形成時において斜め方向からのイオン注入を実施する。
【００３５】
このように本実施の形態においては、ポテンシャルポケットが生じることを防止すると共に、転送元拡散領域１１３から転送先拡散領域１１４に向けて、適正なポテンシャル勾配、例えば略一様で且つ充分な傾きのポテンシャル勾配を設定することができ、信号電荷をスムーズに転送することが可能である。
【００３６】
なお、本実施の形態は、電荷読み出し用トランジスタ、電荷排出用トランジスタ等の電荷を転送するための装置全般に適用可能であることは明らかである。
【００３７】
図２は本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３は本実施の形態に係る固体撮像装置の１センサセルの平面形状を示す平面図、図４及び図５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。
【００３８】
＜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。
【００３９】
先ず、図３を参照して各センサセルの構造について説明する。図３は１つのセンサセルを示している。なお、１つのセンサセルは図３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。また、図２は図３のＡ−Ａ’線で切断したセルの断面構造を示している。
【００４０】
図３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。
【００４１】
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１の転送元拡散領域１１３に相当する。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、変調用ウェル４側については図１の転送先拡散領域１１４に相当し、後述する排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１側については図１の転送元拡散領域１１３に相当する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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に蓄積されるようになっている。
【００４５】
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。
【００４６】
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蓄積ウェル４から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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、本実施の形態においては、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。
【００５０】
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。
【００５１】
＜センサセルの断面＞
更に、図２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２中、Ｎ，Ｐの添え字の−，＋はその数によって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。
【００５２】
図２は１単位画素（セル）の断面を示している。１セルは、フォトダイオードＰＤ形成領域と変調トランジスタＴＭ形成領域とを有する。セル内及び隣接するセル同士のフォトダイオードＰＤ形成領域と変調トランジスタＴＭ形成領域との間にアイソレーション領域２２が設けられている。
【００５３】
基板１の比較的深い位置には、Ｐ型基板１ａの全域にＮ-の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。
【００５４】
フォトダイオードＰＤ形成領域におけるＰ--層が蓄積ウェル４である。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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--拡散層２７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--拡散層２７はソース領域７とドレイン領域８とに接続される。
【００５７】
隣接するセル同士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、排出コンタクト領域１５及びＯＤコンタクト領域１１が形成されている。本実施の形態においては、これらの排出コンタクト領域１５とＯＤコンタクト領域１１とを兼用しているが、別体で構成してもよい。排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１は、基板表面にＰ++拡散層を形成することで得られる。
【００５８】
そして、変調トランジスタＴＭ形成領域と排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１との間の基板表面側において、クリアトランジスタＴＣが形成されている。クリアトランジスタＴＣは、変調トランジスタＴＭ形成領域と排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１との間の基板表面に、チャネルを構成するＰ---拡散層２８が形成され、基板表面にゲート絶縁膜２５を介してクリアゲート１４が形成されて構成される。このＰ---拡散層２８は変調用ウェル５と排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１とに接続されて残留電荷排出経路ＲＣを構成し、クリアゲート１４の印加電圧に応じてこの残留電荷排出経路ＲＣの電位障壁が制御される。
【００５９】
フォトダイオードＰＤ形成領域と排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１との間の基板表面側において、ＬＯＤトランジスタＴＬが形成されている。ＬＯＤトランジスタＴＬは、フォトダイオードＰＤ形成領域と排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１との間の基板表面に、チャネルを構成するＰ---拡散層３０が形成され、基板表面にゲート絶縁膜２５を介してＬＯＤゲート１２が形成されて構成される。このＰ---拡散層３０は蓄積ウェル４と排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１とに接続されて不要電荷排出経路ＲＬを構成し、ＬＯＤゲート１２の印加電圧に応じてこの不要電荷排出経路ＲＬの電位障壁が制御される。
【００６０】
なお、フォトダイオードＰＤ形成領域の基板表面側にはピニング層としてのＮ+拡散層３２が形成されている。また、クリアゲート１４、ＬＯＤゲート１２、転送ゲート部６ｂ、排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１並びにソース領域７は、基板上に形成した図示しない配線に電気的に接続される。
【００６１】
ＬＯＤゲート１２の両端にはサイドウォール１２ａ，１２ｂが形成されている。本実施の形態においては、蓄積ウェル４の基板深さ方向の厚さをｄ１とすると、蓄積ウェル４側のサイドウォール１２ａ端部は、ＬＯＤゲート１２下方の蓄積ウェル４の端部から水平方向に略ｄ１だけ蓄積ウェル４側に突出して形成されている。
【００６２】
リング転送ゲート６の両端にはサイドウォールが形成されている。本実施の形態においては、転送ゲート部６ｂ側のサイドウォール６ｃの端部は、転送ゲート部６ｂ下方の蓄積ウェル４の端部から水平方向に略ｄ１だけ蓄積ウェル４側に突出して形成されている。
【００６３】
クリアゲート１４の両端にはサイドウォール１４ａ，１４ｂが形成されている。変調用ウェル５の基板深さ方向の厚さをｄ２とすると、本実施の形態においては、変調用ウェル５側のサイドウォール１４ｂの端部は、クリアゲート１４下方の変調用ウェル５の端部から水平方向に略ｄ２だけ変調用ウェル５側に突出して形成されている。
【００６４】
＜作用＞
このように構成された実施の形態においては、フォトダイオードＰＤにおいては、開口領域２を介して入射した光に基づく光発生電荷（ホール）を発生する。フォトダイオードＰＤに発生した光発生電荷は、転送元拡散領域である蓄積ウェル４に蓄積される。
【００６５】
蓄積ウェル４内の光発生電荷は、転送トランジスタＴＴによって、転送先拡散領域である変調用ウェル５に転送する。蓄積ウェル４は転送ゲート部６ｂの下方にまで形成され、図１の転送元拡散領域１１３とサイドウォールを含むゲート電極１１６との関係と同様に、転送ゲート部６ｂ側のサイドウォール６ｃの端部は、転送ゲート部６ｂ下方の蓄積ウェル４の端部から水平方向に蓄積ウェル４の厚み分だけ蓄積ウェル４側に突出して形成されている。これにより、蓄積ウェル４から変調用ウェル５への光発生電荷の転送時に、蓄積ウェル４にポテンシャルポケットが形成されることを防止することができる。また、転送ゲート部６ｂ直下のチャネルを構成するＰ---拡散層２４におけるポテンシャル勾配を適正なもの、例えば略一様で且つ充分な勾配にすることができることから、光発生電荷の全てを確実に変調用ウェル５に転送することができる。
【００６６】
変調用ウェル５に保持された光発生電荷によって変調トランジスタＴＭの閾値電圧が変化し、光発生電荷に対応した出力が変調トランジスタＴＭのソース領域７から得られる。
クリア時には、変調用ウェル５に保持されている光発生電荷は、クリアトランジスタＴＣを介して排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１に転送されて排出される。
【００６７】
この場合においても、変調用ウェル５とサイドウォール１４ｂを含むクリアゲート１４との関係が図１の転送元拡散領域１１３とサイドウォールを含むゲート電極１１６との関係と同様であることから、変調用ウェル５に保持されている光発生電荷の全てを転送して排出することができる。
【００６８】
また、フォトダイオードＰＤの蓄積ウェル４に蓄積されている光発生電荷のうち不要な光発生電荷については、ＬＯＤトランジスタＴＬを用いて排出及びＯＤコンタクト領域１５，１１に排出する。この場合においても、蓄積ウェル４とサイドウォール１２ａを含むＬＯＤゲート１２との関係が図１の転送元拡散領域１１３とサイドウォールを含むゲート電極１１６との関係と同様であることから、蓄積ウェル４に保持されている光発生電荷の全てを転送して排出することができる。
【００６９】
＜プロセス＞
次に、素子の製造方法について図４及び図５の工程図を参照して説明する。図４及び図５は図３のＡ−Ａ’切断線の位置における断面を示している。図４及び図５において、基板上の枠はマスクを示している。
【００７０】
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４（Ａ）に示すように、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。これにより、図４（Ａ）に示すように、比較的深い位置にＮ-のＮ型ウェル２１が形成される。
【００７１】
次に、図４（Ｂ）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＋）イオンをピーク位置約０．５μm、ピーク不純物濃度２×１０17ｃｍ-3となるように注入する。
【００７２】
次に、図４（Ｃ）に示すように、形成したアイソレーション領域２２の表面に、変調トランジスタＴＭ、ＬＯＤトランジスタＴＬ及びクリアトランジスタＴＣのチャネルドープとなるＰ---層２４，２８，３０を形成する。このチャネルドープはボロン（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となるよう注入し、この時点では、アイソレーション領域２２表面の全域に形成される。
【００７３】
次に、図４（Ｄ）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、ピーク不純物濃度１.５×１０17ｃｍ-3となるよう注入することで形成される。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--層２７を形成する。このＮ--層２７は、例えば、ヒ素（As７５＋）イオンをピーク位置約０．０５μｍ、ピーク不純物濃度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。
【００７４】
次に、基板表面の犠牲酸化膜を除去した後、図４（Ｅ）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。
【００７５】
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、転送ゲート部６ｂ、ＬＯＤゲート１２及びクリアゲート１４を形成する。
【００７６】
次に、図５（Ａ）に示すように、Ｎ型ウェル２１上のフォトダイオード形成領域ＰＤにＰ--層である蓄積ウェル４を形成する。レジスト４ａを介して、例えば、ボロン（Ｂ１１＋）イオンをピーク位置約０．２μｍ、ピーク不純物濃度１×１０17ｃｍ-3となるよう注入することで、蓄積ウェル４が形成される。また、同様に、Ｎ型ウェル２１上のフォトダイオード形成領域ＰＤにＰ--層である変調ウェル５を形成する。
【００７７】
本実施の形態においては、蓄積ウェル４及び変調用ウェル５形成のためのイオン注入は、各ゲート６，１２，１４を利用して自己整合的に実施される。更に、図５（Ａ）の矢印に示すように、斜め方向からのイオン注入を実施する。
【００７８】
これにより、蓄積ウェル４の両端部を夫々リング転送ゲート６の下方及びＬＯＤゲート１２の下方に潜り込むように形成することができる。また、変調用ウェル５については、クリアゲート１４側の端部をクリアゲート１４の下方に潜り込むように形成することができる。なお、この場合には、各ゲート下への拡散を最低限に抑えることで、転送路（転送元からチャンネルに繋がる部分）を広げることができる。
【００７９】
次に、図５（Ｂ）に示すように、リングゲート部６ａ上、ＬＯＤゲート１２上及びクリアゲート１４上の酸化膜を覆うように、各ゲートに夫々サイドウォール６ｃ，１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂを形成する。
【００８０】
本実施の形態においては、転送ゲート部６ｂ側のサイドウォール６ｃの端部が、転送ゲート部６ｂ下方の蓄積ウェル４の端部から水平方向に蓄積ウェル４の厚み分だけ蓄積ウェル４側に突出して形成されるようになっている。また、ＬＯＤゲート１２のサイドウォール１２ａの端部が、ＬＯＤゲート１２下方の蓄積ウェル４の端部から水平方向に蓄積ウェル４の厚み分だけ蓄積ウェル４側に突出して形成されるようになっている。また、クリアゲート１４のサイドウォール１４ｂの端部が、クリアゲート１４下方の変調用ウェル５の端部から水平方向に変調用ウェル５の厚み分だけ変調用ウェル５に突出して形成されるようになっている。
【００８１】
次に、図５（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を用いて、フォトダイオードＰＤ形成領域の基板表面側にピニング層としてのＮ+拡散層３２を形成する。
【００８２】
次に、図５（Ｄ）に示すように、クリアゲート１４に隣接した位置に、クリアトランジスタＴＣのチャネル領域に接続される排出コンタクト領域１５及びＯＤコンタクト領域１１を形成するために、基板表面に濃いＰ++層を形成する。このＰ++層は、レジスト１１ａを用いて、例えば、ボロン（Ｂ１１＋）イオンをピーク位置約０．１μｍ、ピーク不純物濃度１×１０18ｃｍ-3となるよう注入することで形成される。
【００８３】
次に、図５（Ｅ）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。
【００８４】
なお、本実施の形態においては、排出コンタクト領域１５とＯＤコンタクト領域１１とは兼用されているが、排出コンタクト領域１５とＯＤコンタクト領域１１とを、別個に設けてもよい。
【００８５】
＜実施の形態の効果＞
このように本実施の形態においては、転送元拡散領域からゲート下のチャンネルに繋がる部分の転送路が広くなるので、ポテンシャルバリアが形成されることを防止することができる。また、サイドウォールを含むゲートの突出部の長さと略同一厚みの転送元拡散領域を形成しているので、ポテンシャルポケットも形成されることはない。これにより、転送元拡散領域から転送先拡散領域までの転送経路を略理想的なポテンシャル勾配に設定することができ、光発生電荷の確実な転送を可能にすることができる。結果として、本実施の形態によるイメージセンサは、優れた残像防止効果を発揮することができる。
【００８６】
なお、上記各実施の形態においてはゲート電極にサイドウォールが形成されている例について説明したが、サイドウォールが形成されていない場合に同様にも適用可能であり、この場合には、ゲート電極の端部を、ゲート電極下方の転送元拡散領域の端部から水平方向に転送元拡散領域の厚み分だけ転送元拡散領域側に突出して形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【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３】本実施の形態に係る固体撮像装置の１センサセルの平面形状を示す平面図。
【図４】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図５】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図６】従来例におけるポリシリコン電極近傍を示す模式的断面図。
【符号の説明】
【００８８】
１１１…基板、１１２…ウェル、１１３，１１４…一方導電型の不純物拡散領域、１１５…他方導電型の不純物拡散領域、１１６…ゲート電極、１１７…サイドウォール、１１９…チャネル。
【図１】
2005167185.tif 000003
【図２】
2005167185.tif 000004
【図３】
2005167185.tif 000005
【図４】
2005167185.tif 000006
【図５】
2005167185.tif 000007
【図６】
2005167185.tif 000008