(57)【要約】【課題】フォトダイオードの面積を大きくして固体撮像装置の高画質化を図る。【解決手段】半導体基板１０は基板本体部１１０および当該基板本体部１１０上の突出部１２０を含んでいる。突出部１２０において、基板本体部１１０の表面１１３から所定高さまでは基板本体部１１０のＰウェル領域１１１と同様の不純物濃度のＰ型層２１が形成され、それ以上の高さ部分にはＮ型層２２が形成されている。両層２１，２２によってフォトダイオード２０が形成されている。突出部１２０の側面１２５に対面して読み出しゲート３１が配置され、読み出しゲート３１と基板１０との間にゲート絶縁膜３２が配置されている。基板１０内には突出部１２０の下部１２１から基板本体部１１０に渡って電荷読み出し用のＮ型領域４０が設けられている。読み出しゲート３１、ゲート絶縁膜３２、Ｎ型層２２およびＮ型領域４０によってＭＯＳトランジスタ構造が形成されている。【選択図】図１
2007134562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体部および前記基板本体部の表面上に設けられた突出部を含む半導体基板と、
前記突出部内に設けられたフォトダイオードと、
前記突出部の側面の全周囲のうちの少なくとも一部に対面して配置された読み出しゲートとを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記基板本体部は、前記表面から所定深さの第１領域と、前記第１領域よりも深い第２領域とを含み、
前記第１領域は前記第２領域よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記突出部は頂上面に凹凸を有することを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記突出部の頂上面内に設けられており、前記フォトダイオードにおける前記頂上面の側の不純物層とは逆の導電型を有する、不純物層をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードは凹凸形状と凸形状とのいずれかの形状のＰＮ接合面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記突出部は円柱形状と円すい台形状とのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記突出部は角柱形状と角すい台形状とのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記突出部の下部から前記基板本体部に渡って前記側面内および前記表面内に設けられた電荷読み出し用不純物領域をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
半導体基板に突出部を形成する突出部形成工程と、
前記突出部の側面の全周囲のうちの少なくとも一部に対面するように読み出しゲートを形成する読み出しゲート形成工程と、
前記突出部内にフォトダイオードを形成するフォトダイオード形成工程とを備え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、固体撮像装置およびそれの製造方法に関し、具体的にはフォトダイオードの面積を大きくして固体撮像装置の高画質化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像管に代わるものとして、撮像管よりも小型、軽量、長寿命という特長を有するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサという固体撮像装置が広く用いられるようになっている。特に近年家庭用ビデオカメラ、放送用ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に広く用いられる他、携帯電話やいわゆるデジタル家電といわれる家電製品にも広く用いられるようになっている。
【０００３】
図１７に従来の第１の固体撮像装置としてのＣＭＯＳイメージセンサ１Ｘを説明するための断面図を示す。ＣＭＯＳイメージセンサ１Ｘは、光信号を受光して光電変換し電荷を蓄積するフォトダイオード２０Ｘと、そのフォトダイオード２０Ｘの電荷を読み出すための読み出しゲート３１Ｚとを有する。
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサ１Ｘでは、例えば、Ｐ型半導体基板１１２Ｚ上にＰ型のウェル領域（以下「Ｐウェル領域」と呼ぶ）１１１Ｚが設けられており、このＰウェル領域１１１Ｚの表面部には素子分離用絶縁膜６０Ｚが選択的に設けられている。この素子分離用絶縁膜６０Ｚによって画定される素子領域内において、Ｐウェル領域１１１Ｚの表面上にはゲート酸化膜３２Ｚが設けられている。そして、このゲート酸化膜３２Ｚを介してＰウェル領域１１１Ｚ上に読み出しゲート３１Ｚが設けられている。
【０００５】
Ｐウェル領域１１１Ｚの表面部には、素子分離用絶縁膜６０Ｚと読み出しゲート３１Ｚとの間に対応する部分に、Ｐウェル領域１１１Ｚ内にＮ型不純物を導入することによって形成されたＮ型領域２２Ｚが設けられている。このＮ型領域２２ＺとＰウェル領域１１１ＺとによるＰＮ接合によってフォトダイオード２０Ｘが形成されている。さらに、Ｐウェル領域１１１Ｚの表面部には、読み出しゲート３１Ｚに対してＮ型領域２２Ｚとは反対側に、読み出しゲート３１Ｚによってフォトダイオード２０Ｘから読み出された電荷が転送され当該電荷を貯蔵する浮遊拡散領域４０Ｚが設けられている。
【０００６】
このＣＭＯＳイメージセンサ１Ｘでは、入射光がフォトダイオード２０Ｘで光電変換され、信号電荷として蓄積される。当該電荷は、読み出しゲート３１Ｚを介して浮遊拡散領域４０Ｚへ転送される。転送された電荷は浮遊拡散領域４０Ｚの電位を変化させ、当該電位変化によって、浮遊拡散領域４０Ｚに接続された駆動トランジスタ（図示せず）のゲート電極がＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）を行い、データが出力される。このような動作を各画素で行い、フォトダイオード２０Ｘによって光電変換された電荷が転送され、イメージセンサを構成している。
【０００７】
このようなＣＭＯＳイメージセンサ１Ｘについて高画質化を図るためにはフォトダイオード２０Ｘの感度および容量を増大させるという手法が考えられ、そのための構造例が例えば下記特許文献２に提案されている。当該特許文献２に提案されるＭＯＳ型固体イメージセンサを従来の第２の固体撮像装置として図１８の断面図に示す。なお、図１８は特許文献２の図２に開示されている。
【０００８】
図１８に示すように、ＭＯＳ型固体イメージセンサ１Ｙでは、Ｎ型領域２２Ｚに凸部２９Ｙを形成している。これにより、フォトダイオード２０Ｙにおける空乏層２４Ｙの面積が凸部２９Ｙの存在しない場合に比べ増大し、光電変換の容量を減少させることなく、電荷蓄積用の容量を上昇させることが可能になるとしている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５８−６０５６８号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４５１号公報
【特許文献３】特開２０００−９１５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のＭＯＳ型固体イメージセンサ１Ｙによれば、電荷蓄積用の容量を上昇させることは可能であるが、フォトダイオード２０Ｙそのものの面積を増加させることは困難であると考えられる。すなわち、高画質化のためには、より多くの入射光を光電変換することが求められるが、ＭＯＳ型固体イメージセンサ１ＹにおいてＰウェル領域１１１Ｚの表面部にはフォトダイオード２０Ｙの他にも読み出しゲート３１Ｚが設けられているので、フォトダイオード２０Ｙのためにより大きな面積を取ることが困難であると考えられる。なお、フォトダイオードのために大面積を確保することが困難なのは上述のＣＭＯＳイメージセンサ１Ｘについても同様である。
【００１１】
さらに、一般的にＣＭＯＳイメージセンサでは各画素にフォトダイオードの他に３〜４個のトランジスタが必要であるので、各画素おいてフォトダイオードが占める面積は限られたものとなる。
【００１２】
また、ＣＣＤでも同様に各画素にフォトダイオードの他に読み出し用ゲート（転送ゲート）等が必要であるので、各画素おいてフォトダイオードが占める面積は限られたものとなる。
【００１３】
本発明は、かかる点にかんがみてなされたものであり、フォトダイオードの面積を大きくして高画質化が可能な固体撮像装置およびそれ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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、固体撮像装置において、基板本体部および前記基板本体部の表面上に設けられた突出部を含む半導体基板と、前記突出部内に設けられたフォトダイオードと、前記突出部の側面の全周囲のうちの少なくとも一部に対面して配置された読み出しゲートとを備えることを特徴とする。このような構成によれば、読み出しゲートが突出部の側面に対面して配置されているので、読み出しゲートが基板本体部の表面上に配置された構造よりも、読み出しゲートの面積を小さくすることができる。このため、フォトダイオードの面積、すなわち突出部の面積（頂上面の面積）を大きくすることができる。したがって、光電変換による電荷発生量を増加させて、高画質化を図ることができる。また、読み出しゲートの面積縮小により、画素密度を高くして高精細化を図ることができる。
【００１５】
そして、前記基板本体部は、前記表面から所定深さの第１領域と、前記第１領域よりも深い第２領域とを含み、前記第１領域は前記第２領域よりも不純物濃度が高いことが好ましい。このような構成によれば、半導体基板の配線抵抗を低減できるし、半導体基板の不純物濃度を任意に設定できるし、ディープＮウェル構造への適用が可能になる。
【００１６】
また、前記突出部は頂上面に凹凸を有することが好ましい。このような構成によれば、フォトダイオードの表面積が増加するので、電荷発生量を増加させることができ、これにより高画質化を図ることができる。
【００１７】
また、前記突出部の頂上面内に設けられており、前記フォトダイオードにおける前記頂上面の側の不純物層とは逆の導電型を有する、不純物層をさらに備えることが好ましい。このような構成によれば、当該不純物層はいわゆるサーフェイスシールド層として作用するので、暗電流を低減することができる。
【００１８】
また、前記フォトダイオードは凹凸形状と凸形状とのいずれかの形状のＰＮ接合面を有することが好ましい。このような構成によれば、平坦なＰＮ接合面に比べて接合面積を大きくすることができるので、フォトダイオードの容量を減少させることなく、感度を増大させることができる。
【００１９】
また、前記突出部は円柱形状と円すい台形状とのいずれかであることが好ましく、このような構成によれば、電界集中効果によって特性を向上させることができる。または、前記突出部は角柱形状と角すい台形状とのいずれかであることが好ましく、このような構成によれば、突出部の側面の面方位に対応させたチャネル注入をすることやゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜の面方位依存がないことによって、円柱形状等の場合よりも特性の制御が容易になる。
【００２０】
また、前記突出部の下部から前記基板本体部に渡って前記側面内および前記表面内に設けられた電荷読み出し用不純物領域をさらに備えることが好ましい。このような構成によれば、フォトダイオードによって光電変換された電荷を読み出す（取り出す）ことができる。このとき、電荷読み出し用不純物層は基板本体部の表面内へ至っているので、当該部分から次段の回路や配線へ電気的接続が可能である。
【００２１】
さらに本発明は、固体撮像装置の製造方法において、半導体基板に突出部を形成する突出部形成工程と、前記突出部の側面の全周囲のうちの少なくとも一部に対面するように読み出しゲートを形成する読み出しゲート形成工程と、前記突出部内にフォトダイオードを形成するフォトダイオード形成工程とを備えることを特徴とする。このような構成によれば、上述の固体撮像装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
このように本発明によれば、フォトダイオードの面積を大きくして固体撮像装置の高画質化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に実施形態に係る第１の固体撮像装置１Ａを説明するための平面図（上段）および断面図（下段）を示す。なお、図面を分かりやすくするために、平面図にも断面図における対応部分と同様のハッチングを施しており、後述の図８等の平面図についても同様である。
【００２４】
図１に示すように、固体撮像装置１Ａは、１つの画素内に、半導体基板１０と、フォトダイオード２０と、読み出しゲートとしてのゲート電極３１（以下「読み出しゲート３１」とも呼ぶ）と、ゲート絶縁膜３２と、電荷読み出し用のＮ型領域（電荷読み出し用不純物領域）４０とを含んでいる。なお、固体撮像装置１Ａ全体においては多数の画素が平面視において例えばマトリクス配置されている。
【００２５】
詳細には、半導体基板１０は、例えばシリコンから成り、基板本体部１１０と、突出部１２０とを含んでいる。基板本体部１１０は、表面１１３から所定深さまで設けられたＰ型のウェル領域（第１領域）１１１と、当該Ｐ型ウェル領域１１１に接し当該領域１１１よりも深くに位置するＰ型領域（第２領域）１１２とを含んでいる。なお、「Ｐ型ウェル領域」を「Ｐウェル領域」とも呼ぶことにする。ここで、Ｐウェル領域１１１はＰ型領域１１２よりも不純物濃度が高い。他方、突出部１２０は、基板本体部１１０の表面１１３上に設けられており、基板本体部１１０に結合している。突出部１２０は、固体撮像装置１Ａでは角柱形状をしており、図１等では４角柱の突出部１２０を例示している。突出部１２０において、基板本体部１１０の表面１１３から所定高さまでは上記Ｐウェル領域１１１と同様の不純物濃度のＰ型層２１が形成されており、それ以上の高さ部分にはＮ型の不純物層２２（以下「Ｎ型層２２」とも呼ぶ）が形成されている。Ｎ型層２２は、固体撮像装置１Ａでは、突出部１２０の頂上面１２６まで至っている。
【００２６】
このとき、Ｐ型層２１とＮ型層２２とによってＰＮ接合が形成され、これにより突出部１２０内にフォトダイオード２０が形成されている。フォトダイオード２０のＰＮ接合面２３は突出部１２０の頂上面１２６から所定距離に設けられており、当該所定距離は例えば受光光の波長等に基づいて設定される。なお、図１等ではフォトダイオード２０（の接合面２３）が突出部１２０の上部１２１、すなわち基板本体部１１０から遠い側に設けられた場合を例示している。また、固体撮像装置１Ａでは、ＰＮ接合面２３は全体として突出部１２０の頂上面１２６からほぼ一定距離に在り平坦である。
【００２７】
そして、突出部１２０の側面１２５に対面するように読み出しゲート３１が配置されており、当該読み出しゲート３１は、突出部１２０の下部１２２（基板本体部１１１側の部分）とＮ型層２２のＰＮ接合面２３付近との間に渡って設けられている。ここで、図１では読み出しゲート３１が突出部１２０の側面１２５の全周囲に対面している場合を図示しているが、当該全周囲の一部に対面するように読み出しゲート３１を設けてもよい。この点は後述の固体撮像装置１Ｂ（図８参照）等においても同様である。なお、読み出しゲート３１はＮ型多結晶シリコン等の導電性材料から成る。
【００２８】
読み出しゲート３１と半導体基板１０との間には、より具体的には読み出しゲート３１と突出部１２０の側面１２５との間および読み出しゲート３１と基板本体部１１０の表面１１３との間には、読み出しゲート３１および半導体基板１０に接して、例えばシリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜３２が配置されている。
【００２９】
さらに、半導体基板１０内には突出部１２０の下部１２２から基板本体部１１０に渡ってＮ型領域（電荷読み出し用不純物領域）４０が設けられている。より具体的には、突出部１２０の下部１２２には当該突出部１２０の側面１２５内にＮ型領域４０が設けられており、当該Ｎ型領域４０は基板本体部１１０の表面１１３内へ延在している。なお、当該Ｎ型領域４０のうちで突出部１２０内の部分はゲート絶縁膜３２を介して読み出しゲート３１の端部に対面しており、当該Ｎ型領域４０のうちで基板本体部１１０内の部分は平面視において突出部１２０よりも外側まで延在している。ここで、図１の平面図では当該Ｎ型領域４０が突出部１２０を取り囲むように形成されている場合を図示しているが、図２の平面図に示すようにＮ型領域４０を突出部１２０付近から周辺の素子や配線等（図示せず）へ向けて引き出してもよい。この点は後述の固体撮像装置１Ｂ（図８参照）等においても同様である。
【００３０】
なお、読み出しゲート３１、ゲート絶縁膜３２、Ｎ型層２２およびＮ型領域４０によってＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ構造が形成されている。ここで、ゲート絶縁膜３２にシリコン酸化膜以外の絶縁膜、例えばシリコン窒化膜を用いてもよく、その場合にはＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）トランジスタ構造を形成することになる。
【００３１】
このような構成下、固体撮像装置１Ａに入射してきた光は、フォトダイオード２０によって光電変換され、信号電荷として蓄積される。この信号電荷は、読み出しゲート３１をＯＮ（オン）することにより、突出部１２０の側面１２５付近のチャネルを通って（したがって基板本体部１１０の表面１１３に垂直な方向に）移動し、電荷読み出し用のＮ型領域４０へ転送される。
【００３２】
固体撮像装置１Ａによれば、読み出しゲート３１が突出部１２０の側面１２５に対面して配置されているので、従来の固体撮像装置１Ｘ，１Ｙ（図１７および図１８参照）のように読み出しゲート３１Ｚおよびフォトダイオード２０Ｘ，２０ＹをＰウェル領域１１１Ｚの表面部に平面的に２次元配置した構造に比べて、半導体基板１０の平面視（図１の平面視を参照）において読み出しゲート３１が占める面積を小さくすることができる。このため、フォトダイオード２０の面積、すなわち突出部１２０の面積（頂上面１２６の面積）を大きくすることができる。したがって、光電変換による電荷発生量を増加させて、高画質化を図ることができる。
【００３３】
ここで、一般的に電荷発生量はフォトダイオードの面積、フォトダイオードを構成するＰ型層または／およびＮ型層の不純物濃度、動作電圧等によって決まる。この点について、固体撮像装置１Ａによれば、回路内の動作電圧を上昇させることなく、また、フォトダイオードの上記不純物濃度の低下に伴う電荷蓄積量の低下を招くことなく、また、画素の実効的な２次元的面積を増加させることなく、光電変換による電荷発生量を増加させることができる。
【００３４】
また、読み出しゲート３１の面積縮小によって、画素の面積を小さくすることが可能となり、画素密度を高くして高精細化を図ることもできる。
【００３５】
さらに、上述のように光電変換された電荷は電荷読み出し用Ｎ型領域４０を介して読み出される（取り出される）が、当該Ｎ型領域４０は基板本体部１１０の表面１１３内へ至っているので、当該部分から次段の回路や配線へ電気的接続が可能である。
【００３６】
さらに、半導体基板１０ではＰ型領域１１２よりも不純物濃度が高いＰウェル領域１１１を含んでいるので、配線抵抗を低減できるし、半導体基板１０の不純物濃度を任意に設定できるし、ディープＮウェル構造への適用が可能になる。
【００３７】
次に、図３〜図７の断面図を参照しつつ、固体撮像装置１Ａの製造方法を説明する。なお、以下の説明では、例えばイオン注入後のアニール工程、レジストの剥離工程、洗浄工程等は、特に記載しないが、適宜実施されるものとする。
【００３８】
まず、例えばＰ型シリコンから成る半導体基板１０Ａの表面に例えばイオン注入法を利用してＰ型不純物を導入することによって、Ｐウェル領域１１１Ａを形成する（図３参照）。このとき、半導体基板１０ＡのうちでＰ型領域１１１Ａより深い領域が既述のＰ型領域１１２に成る。なお、Ｐウェル領域１１１Ａの選択的形成には公知のフォトリソグラフィ技術によってパターニングされたレジストをマスクとして用いることができる。イオン注入に関しては、例えば、燐（リン）を注入エネルギー１００ｋｅｖ〜１０ＭｅＶおよび注入量１×１０12／ｃｍ2〜１×１０18／ｃｍ2程度で注入するというドーズ条件が挙げられる。
【００３９】
なお、Ｐウェル領域１１１Ａの形成は、後述する突出部１２０の形成後に行ってもよいし、また、Ｐ型シリコン基板上にエピタキシャル成長させて形成してもよい。すなわち、所望の濃度プロファイルが得られる限り、形成方法および形成時期は特に限定しない。ここで、上述のようにＰウェル領域１１１ＡをＰ型シリコン基板上にエピタキシャル成長させて形成する場合には、下地となる上記Ｐ型シリコン基板が既述のＰ型領域１１２に当たり、当該Ｐ型領域１１２およびＰウェル領域１１１Ａから成る積層体が半導体基板１０Ａに当たる。
【００４０】
次に、図３に示すように、Ｐウェル領域１１１Ａの表面上にシリコン酸化膜８１を形成する。例えば、まず、Ｐウェル領域１１１Ａ上にシリコン酸化膜（例えば厚さ２００〜２０００ｎｍ）およびレジストを順次形成する。そして、上記レジストを公知のフォトリソグラフィ技術によってパターニングし、当該パターニングされたレジストをマスクにして反応性イオンエッチングによって上記シリコン酸化膜をパターニングする。これにより、上記シリコン酸化膜からシリコン酸化膜８１が形成される。なお、シリコン酸化膜８１の形成方法はこれに限定されない。
【００４１】
そして、シリコン酸化膜８１をマスクに用いて、例えば反応性イオンエッチングによって、半導体基板１０ＡのＰウェル領域１１１Ａを１〜５０００ｎｍエッチングし、その後、シリコン酸化膜８１を選択的に除去する（図４参照）。これにより、Ｐウェル領域１１１Ａから突出部１２０およびＰウェル領域１１１が形成される。
【００４２】
このようにして、半導体基板１０Ａに突出部１２０が形成される（突出部形成工程）。
【００４３】
なお、上述のシリコン酸化膜８１に代えて例えば、シリコン窒化膜等の絶縁膜、導電膜、２種以上の材料からなる積層膜等を用いてもよい。すなわち、半導体基板１０Ａに対する上述の反応性エッチング時にエッチングされない材料またはエッチング速度がシリコンに対するよりも遅い材料を、シリコン酸化膜８１の代わりに用いることができる。
【００４４】
次に、例えば半導体基板１０を熱酸化することによって、図５に示すように、Ｐウェル領域１１１の露出した表面１１１３ならびに突出部１２０の露出した表面（具体的には側面１２５および頂上面１２６）にシリコン酸化膜３２Ａを形成する。なお、シリコン酸化膜３２Ａは、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって堆積してもよく、特にその形成方法は限定しない。
【００４５】
その後、突出部１２０の側面１２５内に対して例えばイオン注入法によって不純物を導入し、これにより読み出しゲート３１（図１参照）に対向するチャネル領域の不純物濃度を調整する。なお、イオン注入について、例えば、０〜６０°程度傾斜した方向から、５〜１００ｋｅＶの注入エネルギーで、硼素を１×１０10〜１×１０17／ｃｍ2程度注入する。なお、チャネル領域への不純物導入は行わなくてもよく、また、シリコン酸化膜３２Ａの形成前に行ってもよい。つまり、所望の不純物濃度が得られる限り、チャネル領域への不純物導入の有無、方法、工程の順序等について特に限定しない。
【００４６】
そして、図５に示すように、シリコン酸化膜３２Ａ上に例えば多結晶シリコン膜３１Ａを２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度堆積し、当該多結晶シリコン膜３１Ａに対して例えばイオン注入法によって不純物を導入する。当該イオン注入に関して、例えば、砒素または燐を５〜１００ｋｅＶの注入エネルギーで１×１０12〜１×１０17／ｃｍ2の注入量でもって注入するというドーズが挙げられる。なお、多結晶シリコン３１Ａへの不純物導入は、イオン注入法に限らず、例えば多結晶シリコン膜３１Ａの堆積時にin-situで行ってもよく、その方法は問わない。また、多結晶シリコン３１Ａを堆積した直後に行わなくてもよく、後工程において行ってもよい。
【００４７】
次に、多結晶シリコン膜３１Ａおよびシリコン酸化膜３２Ａを例えば反応性イオンエッチングによって異方性エッチングして、図６に示すように読み出しゲート３１およびゲート絶縁膜３１を形成する。なお、多結晶シリコン膜３１Ａおよびシリコン酸化膜３２Ａのエッチングは、反応性イオンエッチングに限らず、読み出しゲート３１およびゲート絶縁膜３２についての既述の所定形状が得られる限りその方法は特に限定しない。例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の堆積および異方性エッチングによってハードマスクを形成し、当該ハードマスクを利用してＣＤＥ(Chemical Dry Etching)等の等方性エッチング等を行うことによって、多結晶シリコン膜３１Ａおよびシリコン酸化膜３２Ａをエッチングしてもよい。
【００４８】
このようにして、読み出しゲート３１が形成される（読み出しゲート形成工程）とともに、ゲート絶縁膜３２が形成される。
【００４９】
次に、図７に示すように、Ｐウェル領域１１１の表面１１３上にレジスト８２を形成する。当該レジスト８２は突出部１２０およびこれの周辺が露出するように公知のリソグラフィー技術によってパターニングされている。そして、レジスト８２をマスクにして例えばイオン注入法によってＮ型の不純物９２を導入することによって、突出部１２０の頂上面１２６内およびＰウェル領域１１１の表面１１３内にＮ型層２２およびＮ型領域４０をそれぞれ形成する。このとき、例えばＮ型不純物９２としての砒素または燐を５〜２００ｋｅＶの注入エネルギーおよび１×１０13〜１×１０18／ｃｍ2の注入量でイオン注入する。なお、Ｎ型層２２およびＮ型領域４０は必ずしも同時に形成する必要はなく、別々に形成してもよい。また、イオン注入法に限らず、所望の不純物濃度プロファイルが得られる限り、その形成方法、順序等は特に限定しない。
【００５０】
このようなＮ型層２２の形成によって、フォトダイオード２０が形成される（フォトダイオード形成工程）。
【００５１】
このようにして、図１および図２に示す固体撮像装置１Ａを製造することができる。
【００５２】
ここで、固体撮像装置１Ａの突出部１２０は角柱形状であるが、突出部１２０は、図８に示す第２の固体撮像装置１Ｂのように円柱形状であってもよいし、図９に示す第３の固体撮像装置１Ｃのように角すい台形状（角すい形状の先端頂部を切り落とした形状であり、突出部１２０の側面１２５は基板本体部１１０の表面１１３に対して傾斜している）であってもよいし、円すい台形状（図示せず）であってもよい。かかる点は後述の固体撮像装置１Ｄ（図１０参照）等においても同様である。なお、角すい台形状および円すい台形状は、例えばエッチングガスの流量や圧力等の調整によって形成可能である。円柱形状および円すい台形状の突出部１２０によれば、電界集中効果によって特性を向上させることができる。また、角柱形状および角すい台形状の突出部１２０によれば、側面１２５の面方位に対応させたチャネル注入をすることやゲート絶縁膜３２を成すシリコン酸化膜の面方位依存がないことによって、円柱形状等の場合よりも特性の制御が容易になる。
【００５３】
図１０に、実施形態に係る第４の固体撮像装置１Ｄを説明するための平面図および断面図を示す。固体撮像装置１Ｄは、固体撮像装置１Ａ（図１参照）において突出部１２０の頂上面１２６およびＰＮ接合面２３を凹凸形状にまたは波打った形状に形成した構成に当たる。
【００５４】
詳細には、固体撮像装置１Ｄでは、突出部１２０の頂上面１２６は平坦ではなく凹凸に形成されており、さらに当該頂上面１２６の凹凸に対応してＰＮ接合面２３も凹凸に形成されている。このとき、頂上面１２６とＰＮ接合面２３との間の距離（具体的には突出部１２０の突出方向における距離、換言すれば基板本体部１１０の表面１１３に垂直な方向における距離）は、頂上面１２６またはＰＮ接合面２３の任意の点（箇所）においてほぼ等しい。このような頂上面１２６が凹凸の突出部１２０によれば、フォトダイオード２０の表面積（入射光の取り入れ面積）が増加するので、電荷発生量を増加させることができ、これにより高画質化を図ることができる。
【００５５】
なお、図１０および後述の図１３等の平面図ではＮ型領域４０の図示を省略しているが、当該Ｎ型領域４０を図１および図２の平面図のいずれの平面パターンで形成してもよいことは既述の通りである。
【００５６】
凹凸形状の頂上面１２６を有する突出部１２０は、例えば、シリコン酸化膜８１（図３参照）を形成する前にあらかじめＰウェル領域１１１Ａの表面に凹凸を設けることによって、形成できる。具体的には、Ｐウェル領域１１１Ａの形成後に、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜の堆積およびエッチングによって、Ｐウェル領域１１１Ａの表面上に絶縁膜８３を形成する（図１１参照）。なお、当該絶縁膜のエッチングは公知のフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされたレジストを用いて実施可能である。この際、エッチング時の粗密依存性を利用したり、エッチング条件を調整したりすることによって、絶縁膜８３に意図的にテーパー角を有するように形成する。その後、絶縁膜８３をマスクにしてＰウェル領域１１１Ａをエッチングすることにより、エッチング後の表面が凹凸に形成される（図１２参照）。なお、図１２には絶縁膜８３が全て無くなるまで上記エッチングを行った場合を示しているが、必ずしもそれに限定されるわけではない。また、その他の形成方法によって凹凸を形成してもかまわない。
【００５７】
このような凹凸形状の上に既述のシリコン酸化膜８１（図３参照）を形成して、固体撮像装置１Ａについて説明した既述の製造方法を適用することによって、固体撮像装置１Ｄを製造することができる。頂上面１２６が凹凸形状の突出部１２０に対して既述の製造方法と同様にＮ型層２２用のＮ型不純物９２（図７参照）を導入することにより、ＰＮ接合面２３は頂上面１２６の凹凸に対応した凹凸形状に形成される。このような凹凸形状のＰＮ接合面２３によれば、平坦なＰＮ接合面に比べて接合面積を大きくすることができるので、フォトダイオード２０の容量を減少させることなく、感度を増大させることができる。
【００５８】
なお、頂上面１２６が凹凸の突出部１２０を、後述の固体撮像装置１Ｅ（図１３参照）等に適用してもよい。
【００５９】
図１３に、実施形態に係る第５の固体撮像装置１Ｅを説明するための平面図および断面図を示す。固体撮像装置１Ｅは、固体撮像装置１Ａ（図１参照）にＰ型の不純物層５０（以下「Ｐ型層５０」とも呼ぶ）を追加した構成に当たる。
【００６０】
詳細には、図１３に示すように、Ｐ型層５０は突出部１２０の頂上面１２６内に設けられており、このため固体撮像装置１ＥではＮ型層２２は突出部１２０の頂上面１２６に到達していない。つまり、突出部１２０内には、頂上面１２６の側から、Ｐ型層５０、Ｎ型層２２およびＰ型層２１がこの順序で並んでいる。Ｐ型層５０は、例えばフォトダイオード２０を成すＰ型層２１よりも不純物濃度が高く、フォトダイオード２０の光入射側における空乏化を回避しうる程度に高濃度に不純物が導入されている。なお、Ｐ型層５０は、フォトダイオード２０を構成する不純物層２１，２２のうちで頂上面１２６側のＮ型層２２とは逆の導電型を有している。
【００６１】
このようにフォトダイオード２０の前（入射光の進入方向に関して前）に不純物濃度が高いＰ型層５０が設けられているので、入射光により生成された電荷が突出部１２０の頂上面１２６付近で再結合するのを抑制することができ、その結果、暗電流を低減することができる。すなわち、Ｐ型層５０は、いわゆるサーフェイスシールド層として作用する。
【００６２】
なお、サーフェイスシールド層を成すＰ型層５０を、上述の固体撮像装置１Ｄ（図１０参照）および後述の固体撮像装置１Ｆ（図１４参照）等に適用してもよい。
【００６３】
図１４に、実施形態に係る第６の固体撮像装置１Ｆを説明するための平面図および断面図を示す。固体撮像装置１Ｆは、固体撮像装置１Ａ（図１参照）においてＰＮ接合面２３を凹凸形状にまたは波打った形状に形成した構成に当たる。詳細には、固体撮像装置１Ｆでは、突出部１２０の頂上面１２６は平坦であるが、ＰＮ接合面２３の全面が突出部１２０の頂上面１２６から一定距離に位置しているのではない。すなわち、頂上面１２６上の任意の点（箇所）から、突出部１２０の突出方向に沿った、換言すれば基板本体部１１０の表面１１３に垂直な方向に沿った、ＰＮ接合面２３までの距離は、全ての上記任意点について同じではない。このようなＰＮ接合面２３は、例えば、Ｎ型層２２用のＮ型不純物９２（図７参照）を注入箇所、注入角度、注入深さ等を違えて複数回注入することによって、形成することができる。当該ＰＮ接合面２３によれば、平坦なＰＮ接合面に比べて接合面積を大きくすることができるので、フォトダイオード２０の容量を減少させることなく、感度を増大させることができる。
【００６４】
図１５に、実施形態に係る第７の固体撮像装置１Ｇを説明するための平面図および断面図を示す。固体撮像装置１Ｇは、固体撮像装置１Ａ（図１参照）においてＰＮ接合面２３を凸形状に形成した構成に当たる。詳細には、固体撮像装置１Ｇでは、凸形状のＰＮ接合面２３が当該凸形状の頂部を突出部１２０の頂上面１２６の側に向けて設けられている。このとき、固体撮像装置１Ｇにおいても突出部１２０の頂上面１２６は平坦であるので、ＰＮ接合面２３の全面が頂上面１２６から一定距離に位置しているのではない。具体的には、頂上面１２６において端部に近いほど頂上面１２６とＰＮ接合面２３との距離が大きい。このようなＰＮ接合面２３は、例えば、図１６に示すようにＮ型層２２用のＮ型不純物９２を斜め注入することによって形成することができ、当該斜め注入によれば容易に形成することができる。当該ＰＮ接合面２３によっても、平坦なＰＮ接合面に比べて接合面積を大きくすることができるので、フォトダイオード２０の容量を減少させることなく、感度を増大させることができる。
【００６５】
なお、固体撮像装置１Ｆ，１ＧにおけるＰＮ接合面２３を、上述の固体撮像装置１Ｄ（図１０参照）等に適用してもよい。
【００６６】
なお、上述の説明における半導体材料の導電型を逆にして固体撮像装置を構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図２】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置を説明するための平面図である。
【図３】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】は、実施形態に係る第１の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】は、実施形態に係る第２の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図９】は、実施形態に係る第３の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図１０】は、実施形態に係る第４の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図１１】は、実施形態に係る第４の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】は、実施形態に係る第４の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】は、実施形態に係る第５の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図１４】は、実施形態に係る第６の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図１５】は、実施形態に係る第７の固体撮像装置を説明するための平面図および断面図である。
【図１６】は、実施形態に係る第７の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】は、従来の第１の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）を説明するための断面図である。
【図１８】は、従来の第２の固体撮像装置（ＭＯＳ型固体イメージセンサ）を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ〜１Ｇ    固体撮像装置
１０，１０Ａ    半導体基板
１１０    基板本体部
１１１    Ｐウェル領域（第１領域）
１１２    Ｐ型領域（第２領域）
１１３    表面
１２０    突出部
１２２    下部
１２５    側面
１２６    頂上面
２０    フォトダイオード
２２    Ｎ型層（頂上面側の不純物層）
２３    ＰＮ接合面
３１    読み出しゲート
４０    Ｎ型領域（電荷読み出し用不純物領域）
５０    Ｐ型層（不純物層）
【図１】
2007134562.tif 000003
【図２】
2007134562.tif 000004
【図３】
2007134562.tif 000005
【図４】
2007134562.tif 000006
【図５】
2007134562.tif 000007
【図６】
2007134562.tif 000008
【図７】
2007134562.tif 000009
【図８】
2007134562.tif 000010
【図９】
2007134562.tif 000011
【図１０】
2007134562.tif 000012
【図１１】
2007134562.tif 000013
【図１２】
2007134562.tif 000014
【図１３】
2007134562.tif 000015
【図１４】
2007134562.tif 000016
【図１５】
2007134562.tif 000017
【図１６】
2007134562.tif 000018
【図１７】
2007134562.tif 000019
【図１８】
2007134562.tif 000020