(57)【要約】【課題】フォトダイオードの電荷収集領域から電荷読み出し部への電荷転送不良を抑制することができる、固体撮像装置及びその製造方法を実現する。【解決手段】ウェル１１２と不純物拡散領域１１５との間に形成される転送元拡散領域１１３と、転送元拡散領域１１３と所定の距離だけ離間して基板表面に形成される転送先拡散領域１１４と、転送元拡散領域１１３と転送先拡散領域１１４との間の基板表面に形成されたゲート電極１１６とを有する固体撮像装置であって、転送元拡散領域１１３の端部がゲート電極１１６の下部に突出して形成された突出部を有しており、突出部の深さ方向の距離ｄ１が、不純物拡散領域１１５の深さ方向の距離ｄ２よりも大きく、かつ、不純物拡散領域１１５の下方に形成された転送元拡散領域１１３の深さ方向の距離ｄ３よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図１
2007227704.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
されたゲート電極とを有する固体撮像装置であって、
前記転送元拡散領域の端部が、前記ゲート電極の下部に突出して形成された突出部を有
しており、前記基板表面から前記突出部と前記突出部よりも下方に形成された前記第１の
不純物拡散領域との接合面までの深さ方向の距離が、前記基板表面から前記第２の不純物
拡散領域と前記転送元拡散領域との接合面までの距離よりも大きく、かつ、前記基板表面
から前記第２の不純物拡散領域の下方に形成された前記転送元拡散領域と前記第１の不純
物拡散領域との接合面までの距離よりも小さいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の不純物拡散領域と前記転送元拡散領域との接合面よりも前記基板表面側に、
前記突出部の一部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
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、
前記ゲート電極に対して自己整合的に一方導電型の不純物を導入して、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の拡散工程とを備えた固体撮像装置
の製造方法であって、
前記第２の拡散工程が、
転送元拡散領域が形成される領域と、前記ゲート電極の前記光電変換部に隣接する一辺
とが露出するように、レジストをパターニングする工程と、
前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の表面に略垂直な方向から
一方導電型の不純物を導入する第１の不純物導入工程と、
前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の表面に垂直な方向に対し
て所定の角度を有する方向から一方導電型の不純物を導入し、前記ゲート電極下に突出部
を形成する第２の不純物導入工程とを具備することを特徴とする、固体撮像装置の製造方
法。
【請求項４】
前記第２の不純物導入工程は、導入する前記一方型の不純物の元素、注入エネルギー、
及びドーズ量は前記第１の不純物導入工程と同一であり、不純物の導入角度は前記第１の
不純物導入工程と異なることを特徴とする、請求項３に記載の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の転送不良を抑制するようにした固
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】
上記閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置は、フォーカルプレイン型シャッタで、
光電変換部としてのフォトダイオードにより画像を取り込む。そして、一連の繰り返し動
作により光電変換された映像信号を、電荷読み出し部としての光信号検出用電界効果トラ
ンジスタから取り出す。例えば、初期化期間にゲート電極に高い逆電圧を印加して空乏化
させ、ホールポケットに残る光発生正孔を放出させる。蓄積期間に光照射によりフォトダ
イオードに光発生正孔を生じさせ、ホールポケットに転送させて蓄積させる。そして、読
み出し期間に光発生正孔の蓄積量に比例して変調された、光信号検出用電界効果トランジ
スタの閾値を検出することにより、光信号を検出する。
【０００４】
また、上記閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置における、読み始めと読み終わり
の時間差のために生ずる画像の歪みを抑制するため、フォトダイオードの電荷収集領域か
ら光信号検出用電界効果トランジスタの蓄積領域に向かう電荷の流れを必要に応じて制御
すべく、フォトダイオードで発生した光発生電荷を光信号検出用電界効果トランジスタの
蓄積領域に転送する電荷転送経路中に、電荷転送部としての転送ゲートを設けた固体撮像
装置も近年開発されている。
【０００５】
近年のイメージセンサの微細化及び高感度化に伴い、フォトダイオードに蓄積された電
荷を電荷読み出し部へ転送する際に、安定的な転送特性を得ることが重要となってきてい
る。安定的な転送特性を得るためには、フォトダイオードに隣接して配置された転送ゲー
ト電極と、フォトダイオードの電荷収集領域との位置関係が重要である。転送ゲート電極
と電荷収集領域とが水平方向に重なり領域を持たず、互いが離れて形成されている場合、
電荷の転送経路上にポテンシャルバリアが形成されるため、転送不良が発生してしまう。
そこで、フォトダイオードの電荷収集領域を転送ゲート電極の下部に突き出すように形成
することで、フォトダイオードに蓄積された電荷の転送不良を抑制する固体撮像装置が提
案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８４１６６号公報  （図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された提案によれば、転送ゲート電極の下方に突き出
したフォトダイオードの電荷収集領域は、基板の深い位置に形成されている。転送ゲート
電極によるチャネル電位制御は、基板に形成されたチャネルの深層部にまで及ばない。従
って、転送動作を行わない場合においても、チャネルの深層部において転送ゲート電極の
下方に突き出すように、基板の深い位置に形成された電荷収集領域から電荷が漏れ出し、
フォトダイオードの電荷収集領域から電荷読み出し部へ電荷が転送されてしまう可能性が
あった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、フォトダイオードの電荷収集領域から電
荷読み出し部への電荷転送不良を抑制することができる、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】
【０００８】
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と
を有する固体撮像装置であって、前記転送元拡散領域の端部が、前記ゲート電極の下部に
突出して形成された突出部を有しており、前記基板表面から前記突出部と前記突出部より
も下方に形成された前記第１の不純物拡散領域との接合面までの深さ方向の距離が、前記
基板表面から前記第２の不純物拡散領域と前記転送元拡散領域との接合面までの距離より
も大きく、かつ、前記基板表面から前記第２の不純物拡散領域の下方に形成された前記転
送元拡散領域と前記第１の不純物拡散領域との接合面までの距離よりも小さいことを特徴
とする。
【０００９】
このような構成によれば、フォトダイオードの電荷収集領域である転送元拡散領域の端
部は、電荷転送部のゲート電極の下部に、水平方向に突出して形成される。この突出部の
深さは、フォトダイオード形成領域の転送元拡散領域の深さよりも浅く形成されるので、
ポテンシャルポケットが生じることを防止すると共に、転送元拡散領域から転送先拡散領
域に向けて、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、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置は、前記第２の不純物拡散領域と前記転送元拡散領域
との接合面よりも前記基板表面側に、前記突出部の一部が形成されている。
【００１１】
このような構成によれば、転送元拡散領域の突出部は、ゲート電極の直下に近い浅い位
置から形成されるため、転送元拡散領域から転送先拡散領域に向けてのポテンシャル勾配
を確実に適正な勾配に設定することができ、信号電荷の転送不良をより確実に抑制するこ
とができる。
【００１２】
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、前記ゲート電極に対して自己整合的に一方導電型の不純物を導入して、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の拡散工程とを備えた固体
撮像装置の製造方法であって、前記第２の拡散工程が、転送元拡散領域が形成される領域
と、前記ゲート電極の前記光電変換部に隣接する一辺とが露出するように、レジストをパ
ターニングする工程と、前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の表
面に略垂直な方向から一方導電型の不純物を導入する第１の不純物導入工程と、前記レジ
ストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の表面に垂直な方向に対して所定の角
度を有する方向から一方導電型の不純物を導入し、前記ゲート電極下に突出部を形成する
第２の不純物導入工程とを具備することを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、基板の表面に対して略垂直な方向から不純物を導入する工程
と、基板の表面に垂直な方向に対して所定の角度を有する方向から不純物を導入する工程
の２段階の不純物導入工程を、同じマスクを用いて行うことによって、転送元拡散領域を
形成している。第２の不純物導入工程によって、ゲート電極下部の浅い位置に不純物が導
入され、転送元拡散領域がゲート電極の下部に突出部を有する形状にすることができるた
め、ポテンシャルポケットが生じることを防止すると共に、転送元拡散領域から転送先拡
散領域に向けて、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、信号電荷の転送不良を抑制することができる。
【００１４】
また、前記第２の不純物導入工程は、導入する前記一方型の不純物の元素、注入エネル
ギー、及びドーズ量は前記第１の不純物導入工程と同一であり、不純物の導入角度は前記
第１の不純物導入工程と異なることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、注入角度以外の条件を同一にして第１の不純物導入工程と第
２の不純物導入工程とを行うことによって、突出部の水平方向の突出量と深さ、及び転送
元拡散領域の全体の濃度の制御が容易になり、転送元拡散領域から転送先拡散領域に向け
てのポテンシャル勾配を確実に適正な勾配に設定することができ、信号電荷の転送不良を
より確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
フォトダイオードの電荷収集領域から電荷読み出し部への電荷転送不良を抑制すること
ができる、固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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、フォトダイオードの電荷収集領域を構成する一方
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
本実施の形態においては、ゲート電極１１６の下方のウェル１１２に転送元拡散領域１
１３が突出して形成されている。ゲート電極１１６下方に形成された転送元拡散領域１１
３の基板深さ方向の厚さｄ１は、不純物拡散領域１１５の基板深さ方向の厚さをｄ２、不
純物拡散領域１１５下方に形成された転送元拡散領域１１３の基板深さ方向の厚さをｄ３
とした場合に、ｄ２＜ｄ１＜ｄ３の関係が成り立つように設定されている。また、ゲート
電極１１６の下方のウェル１１２に形成された転送元拡散領域１１３は、絶縁膜１１８の
直下から形成されている。なお、ゲート電極１１６の端部からゲート電極１１６下部に突
出して形成された転送元拡散領域１１３の端部までの水平方向の長さｌは、０．２〜０．
３μｍ程度に設定されている。
【００２３】
このように本実施の形態においては、ゲート電極１１６の下方のウェル１１２に突出す
るように、かつ、絶縁膜１１８の直下から転送元拡散領域１１３が形成されている。言い
換えれば、ゲート電極１１６の下方のウェル１１２において、浅い位置に転送元拡散領域
１１３が突出して形成されている。このように転送元拡散領域１１３が形成されているこ
とによって、ゲート電極１１６に印加される電圧により、ゲート電極１１６の下方に突出
して形成された転送元拡散領域１１３の電位が、不純物拡散領域１１５の下方に形成され
た転送元拡散領域１１３の電位とチャネル１１９の電位との中間程度に制御されるため、
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
。
【００２４】
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。
【００２５】
図２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３
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４〜図６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。
【００２６】
＜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。
【００２７】
先ず、図２を参照して各センサセルの構造について説明する。図２は１つのセンサセル
を示している。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３は図２のＡ−Ａ
'線で切断したセルの断面構造を示している。
【００２８】
図２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。
【００２９】
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１ａの表
面に開口領域２が形成され、基板１ａ表面の比較的浅い位置には光電変換素子によって発
生した光発生電荷を蓄積するＰ型のウェル（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、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Ｐ型のウェル（以下、変調用ウェルという）５が、変調トランジスタ
ＴＭ形成領域に形成されている。変調用ウェル５は、図１の転送先拡散領域１１４に相当
する。
【００３０】
変調用ウェル５上には、基板１ａ表面に、リング状のゲート（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１ａ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３２が形成されている。ドレイン領域３２の所定位置には、
基板１ａ表面近傍にＮ型のドレインコンタクト領域９が形成される。
【００３１】
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３２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。
【００３２】
フォトダイオードＰＤ形成領域下方の基板１ａ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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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（以下、転送ゲート部という
）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）Ｒ
Ｔの基板１ａ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。
【００３５】
＜センサセルの断面＞
更に、図３を参照して、センサセル３の断面構造を詳細に説明する。図３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。基板１ａの比較的深い位置には、Ｐ型基板１ａの全域にＮ
型ウェル２１が形成されている。フォトダイオードＰＤ形成領域におけるＮ型ウェル２１
上には、蓄積ウェル４であるＰ型不純物拡散層が形成されている。また、変調トランジス
タＴＭ形成領域におけるＮ型ウェル２１上には、変調用ウェル５であるＰ型不純物拡散層
が形成されている。この変調用ウェル５内には、Ｐ型不純物の拡散によるキャリアポケッ
ト１０が形成されている。
【００３６】
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Ｎ型
ウェル２１上には、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Ｎ型不純物拡散層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Ｎ型不
純物拡散層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。
【００３７】
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
型不純物拡散層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型不純物
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型不純物拡散層が形成されてドレイン領域３２を構成する。チャネルを構成する
Ｎ型不純物拡散層２７は、ソース領域７とドレイン領域３２さらにドレインコンタクト９
に接続される。前記ドレイン領域は、フォトダイオード領域に通じていて、そこではピニ
ング層として働く。
【００３８】
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型不純物
拡散層３２が形成されている。また、転送ゲート部６ｂ、ソース領域７、及びドレイン領
域３２には、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。
【００３９】
本実施の形態においては、蓄積ウェル４であるＰ型不純物拡散層が、転送ゲート部６ｂ
の下方のＮ型ウェル２１に突出して形成されている。転送ゲート部６ｂ下方に形成された
蓄積ウェル４であるＰ型不純物拡散層の基板深さ方向の厚さｄ１は、ピニング層としての
Ｎ型不純物拡散層３２の基板深さ方向の厚さをｄ２、ピニング層としてのＮ型不純物拡散
層３２の下方に形成された蓄積ウェル４であるＰ型不純物拡散層の基板深さ方向の厚さを
ｄ３とした場合に、ｄ２＜ｄ１＜ｄ３の関係が成り立つように設定されている。なお、転
送ゲート部６ｂの下方のＮ型ウェル２１に形成された蓄積ウェル４であるＰ型不純物拡散
層は、ゲート絶縁膜２５の直下から形成されている。
【００４０】
＜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、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。
【００４１】
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に転送される。蓄積ウェル４は転送ゲート部６ｂの下方にまで突出して
形成され、図１の転送元拡散領域１１３とゲート電極１１６との関係と同様に、転送ゲー
ト部６ｂに突出した部分の蓄積ウェル４の基板深さ方向の厚さは、ピニング層としてのＮ
型不純物拡散層３２の厚さよりも厚く、かつ、ピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２
の下方に形成された蓄積ウェル４の厚さよりも薄くなるように形成されている。また、転
送ゲート部６ｂの下方に突出した蓄積ウェル４は、ゲート絶縁膜２５の直下にまで形成さ
れている。
【００４２】
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、転送ゲート
部６ｂに印加される電圧により、転送ゲート部６ｂに突出した部分の蓄積ウェル４の電位
を、ピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２の下方に形成された蓄積ウェル４の電位と
転送トランジスタＴＴのチャネル電位との中間電位程度に制御することができる。従って
、蓄積ウェル４のから転送トランジスタＴＴのチャネルにかけての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、電荷の転送不良を抑制することができ
る。
【００４３】
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。
【００４４】
＜プロセス＞
次に、素子の製造方法について図４〜図６の工程図を参照して説明する。図４〜図６は
図２のＡ−Ａ'切断線の位置における断面を示している。図４〜図６において、基板上の
枠はレジストマスクを示している。また、図４〜図６において、矢印は不純物の導入方向
を示している。なお、以下のプロセスの説明では、イオン注入工程後によって導入された
不純物を活性化させるための熱処理工程の記載を省略している。
【００４５】
先ず、用意した、Ｐ型の導電性を有する基板１の表面に犠牲酸化膜（図示省略）を形成
する。この犠牲酸化膜は、続いて行われるイオン注入工程によって、基板１に欠陥が発生
するのを防ぐ目的で形成される。
【００４６】
次に、図４（Ａ）に示すように、燐（Ｐ）イオンを５００ｋｅｖの加速エネルギーで、
ドーズ量を（１．５〜２）×１０Ｅ１２個／ｃｍ2に設定して、Ｐ基板１ａの表面全面か
らイオン打ち込みを行う。なお、以下、このようなイオン打ち込みを、（Ｐイオン５００
ｋｅｖ、２×１０Ｅ１２個／ｃｍ2であれば、Ｐ，５００ｋｅｖ，２ｅ１２）と表記する
。これにより、図４（Ａ）に示すように、比較的深い位置にＮ型ウェル２１が形成される
。
【００４７】
次に、図４（Ｂ）に示すように、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤ形成領域以
外の部分にレジストマスク２１ａを形成して、例えば、（リン（Ｐ），１．５ＭｅＶ，１
〜２ｅ１２）のイオン打ち込みを行う。このイオン注入によって、フォトダイオード形成
領域ＰＤのＮ型ウェル２１の深さが、他の領域のＮ型ウェル２１よりも深くなるようにな
される。
【００４８】
アッシング処理を施してレジストマスク２１ａを除去した後、図４（Ｃ）に示すように
、フォトダイオード形成領域ＰＤの部分にレジストマスク２２ａを形成し、例えば、（ボ
ロン（Ｂ），６００ｋｅＶ，１〜１．５ｅ１２）のイオン打ち込みを行う。このイオン注
入によって、フォトダイオード形成領域ＰＤ以外の領域について、Ｎ型ウェル２１の下方
にＰ型ウェル２２を形成する。
【００４９】
アッシング処理を施してレジストマスク２２ａを除去した後、図４（Ｄ）に示すように
、変調トランジスタＴＭ形成領域以外の部分にレジストマスク５ａを形成し、例えば、（
ボロン（Ｂ），１４０ｋｅＶ，１〜１．５ｅ１２）のイオン打ち込みを行う。このイオン
注入によって、フォトダイオードに蓄積された電荷の転送先となる、Ｐ型不純物拡散層で
ある変調用ウェル５を形成する。
【００５０】
アッシング処理を施してレジストマスク５ａを除去した後、図４（Ｅ）に示すように、
フォトダイオードＰＤ形成領域、転送トランジスタＴＴ形成領域、及び変調トランジスタ
ＴＭ形成領域にレジストマスク２８ａを形成し、例えば、（リン（Ｐ），２００〜３００
ｋｅＶ，２〜３ｅ１２）のイオン打ち込みを行う。引き続き、同じレジストマスク２８ａ
を用い、例えば、（リン（Ｐ），８０ｋｅＶ，１〜２ｅ１３）のイオン打ち込みを行う。
このイオン注入によって、隣接するセル同士の間を電気的に分離するためのＮ型不純物拡
散層であるアイソレーション領域２８が形成される。
【００５１】
更に、アッシング処理を施してレジストマスク２８ａを除去した後、Ｎ型ウェル２１の
表面に、転送トランジスタＴＴのチャネルドープとなるＮ型不純物拡散層２４を形成する
。このチャネルドープは、図５（Ａ）に示すように、転送トランジスタＴＴ形成領域以外
の領域にレジストマスク２４ａを形成し、例えば、（リン（Ｐ），４０ｋｅＶ，１〜１．
５ｅ１２）のイオン打ち込みを行うことで形成される。
【００５２】
アッシング処理を施してレジストマスク２４ａを除去した後、Ｎ型ウェル２１の表面に
、変調トランジスタＴＭのチャネルドープとなるＮ型不純物拡散層２７を形成する。この
チャネルドープは、図５（Ｂ）に示すように、変調トランジスタＴＭ形成領域以外の領域
にレジストマスク２７ａを形成し、例えば、（ヒ素（Ａｓ），９０ｋｅＶ，１．５〜２ｅ
１２）のイオン打ち込みを行うことで形成される。
【００５３】
次に、図５（Ｃ）に示すように、アッシング処理を施してレジストマスク２７ａを除去
した後、リングゲート部６ａ下方の変調用ウェル５であるＰ型不純物拡散層に相当する位
置に、濃いＰ型不純物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（Ｂ），３０ＫｅＶ，２〜４ｅ
１２）のイオン打ち込みによって形成される。
【００５４】
次に、基板表面の犠牲酸化膜を除去した後、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６を、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって基板１の全
面に堆積させる（図５（Ｄ）参照）。
【００５５】
次に、図５（Ｅ）に示すように、変調トランジスタＴＭ形成領域と転送トランジスタＴ
Ｔ形成領域にレジストマスク６ｃを形成し、ドライエッチングによってゲート絶縁膜２５
上のポリシリコン層６を異方性エッチングし、リングゲート部６ａと転送ゲート部６ｂと
を形成する。
【００５６】
アッシング処理を施してレジストマスク６ｃを除去した後、図６（Ａ）に示すように、
フォトダイオードＰＤ形成領域に、Ｐ型不純物拡散層である蓄積ウェル４を形成する。蓄
積ウェル４は、以下のように２段階のイオン打ち込み工程によって形成される。
【００５７】
フォトダイオードＰＤ形成領域以外の領域に、レジストマスク４ａを形成する。このと
き、レジストマスク４ａの開口部から転送トランジスタＴＴの転送ゲート部６ｂが露出す
るようにレジストマスク４ａを形成する。すなわち、レジストマスク４ａは、開口部の転
送トランジスタＴＴ側の端部が、フォトダイオードＰＤ形成領域の側端部から転送トラン
ジスタＴＴ側に後退するようにして形成される。このようにしてレジストマスク４ａを形
成することで、蓄積ウェル４が転送トランジスタＴＴの転送ゲート部６ｂに対して自己整
合的に形成することができる。
【００５８】
レジストマスク４ａを用い、蓄積ウェル４形成のための第１回目のイオン打ち込みを行
う。このイオン打ち込みは、例えば、（ボロン（Ｂ），４０ｋｅＶ，３〜５ｅ１２）の条
件で、基板１に垂直な線からイオン打ち込みの角度が０〜７度程度になるようにして実施
される。続いて、同じレジストマスク４ａを用い、蓄積ウェル４形成のための第２回目の
イオン打ち込みを行う。このイオン打ち込みは、例えば、（ボロン（Ｂ），４０ｋｅＶ，
３〜５ｅ１２）の条件で行われ、図６（Ｂ）に示す矢印の方向、すなわち、基板１に垂直
な線からイオン打ち込みの角度が３０〜４５度程度になるように斜め方向から打ち込みが
行われる。
【００５９】
これにより、第１回目のイオン打ち込み工程において、フォトダイオードＰＤ形成領域
に深さ略ｄ３を有する深いＰ型不純物拡散層が形成され、第２回目のイオン打ち込み工程
において、フォトダイオードＰＤ形成領域から転送ゲート部６ｂの下部に水平方向に略ｌ
だけ突き出すように、深さ略ｄ１を有する浅いＰ型不純物拡散層が形成される。これら２
回のイオン打ち込み工程によって形成されたＰ型不純物拡散層を合わせて、蓄積ウェル４
が形成される。
【００６０】
アッシング処理を施してレジストマスクを除去した後、フォトダイオードＰＤ形成領域
などに、ピニング層及びＴＭトランジスタのドレイン領域としてのＮ型不純物拡散層３２
を形成する。具体的には、図６（Ｃ）に示すように、変調トランジスタＴＭ形成領域と転
送トランジスタＴＴ形成領域とにレジストマスク３２ａを形成し、例えば、（ヒ素（Ａｓ
），８０ｋｅＶ，１〜３ｅ１３）の条件でイオン打ち込みを行う。このとき、レジストマ
スク３２aは、その開口部から変調トランジスタＴＭのリングゲート部６ａと転送トラン
ジスタＴＴの転送ゲート部６ｂとが露出するように形成されており、Ｎ型不純物拡散層３
２は、変調トランジスタＴＭのリングゲート部６ａと転送トランジスタＴＴの転送ゲート
部６ｂとに対して自己整合的に形成される。
【００６１】
アッシング処理を施してレジストマスク３２aを除去した後、変調トランジスタＴＭの
ソース領域７のコンタクトとドレインコンタクト領域９を形成する。すなわち、図６（Ｄ
）に示すように、ソース領域７とドレインコンタクト領域９以外の領域にレジストマスク
７ａを形成し、Ｎ型不純物を注入する。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、図４（Ｄ）を用いて説明したように、変調ウェル５を
１回のイオン注入で形成しているが、２回のイオン打ち込み工程によって形成してもよい
。すなわち、図４（Ｄ）のイオン注入工程では、変調トランジスタＴＭのリングゲート部
６ａ下部にのみＰ型不純物拡散層を形成し（１回目のイオン注入工程）、図６（Ａ）を用
いて説明したフォトダイオードＰＤの蓄積ウェル４形成時に、転送トランジスタＴＴの転
送ゲート６ｂから変調トランジスタＴＭのリングゲート部６ａの間にもレジストマスク４
ａの開口部を設けることで、この領域にもＰ型不純物拡散層を形成する（２回目のイオン
注入工程）。これらの２回のイオン注入によって形成されたＰ型不純物拡散層により、変
調ウェル５を形成してもよい。
【００６３】
＜実施の形態の効果＞
このように本実施の形態においては、蓄積ウェル４を転送ゲート部６ｂの直下の浅い領
域に突き出すようにして形成しているので、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、転送ゲート部６ｂに印加される電圧により、転送ゲート部６ｂに突出し
た部分の蓄積ウェル４の電位を、ピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２の下方に形成
された蓄積ウェル４の電位と転送トランジスタＴＴのチャネル電位との中間電位程度に制
御することができる。これにより、転送元拡散領域である蓄積ウェル４から転送先拡散領
域である変調ウェル５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、光発生電荷の転送不良を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、以上説明したＭＯＳ型のイメージセンサの製造に限られるものではなく、例
えばフォトダイオードの電荷収集拡散領域として、通常の電荷収集領域に加え、これに接
する深部電荷収集領域を具備したＭＯＳ型イメージセンサの製造にも適用することが可能
である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【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１センサセルの平面形状を示す平面図。
【図３】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４】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する工程図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する工程図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する工程図。
【符号の説明】
【００６６】
１１１…基板、１１２…ウェル、１１３…転送元拡散領域、１１４…転送先拡散領域、
１１５…不純物拡散層、１１６…ゲート電極、１１８…絶縁膜、１１９…チャネル、１ａ
…基板、４…蓄積ウェル、４ａ…レジストマスク、５…変調ウェル、５ａ…レジストマシ
ク、６…ポリシリコン、６ａ…リングゲート、６ｂ…転送ゲート、６ｃ…レジストマスク
、７…ソース領域、７ａ…レジストマスク、９…ドレインコンタクト、１０…キャリアポ
ケット、１０ａ…レジストマスク、２１…Ｎ型ウェル、２１ａ…レジストマスク、２２ａ
…レジストマスク、２４…ＲＴ、２４ａ…レジストマスク、２５…ゲート絶縁膜、２７ａ
…レジストマスク、２８…アイソレーション領域、２８ａ…レジストマスク、３２…ピニ
ング層（ドレイン領域）、３２ａ…レジストマスク
【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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