(57)【要約】  【課題】暗電流による画像の劣化を抑制しつつ、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効率を向上することができる、固体撮像装置及びその製造方法を実現する。  【解決手段】基板１１１表面に形成される不純物拡散領域１１５と、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との間の基板上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、ゲート電極１１６に自己整合的に形成された不純物拡散領域１１５は、前記ゲート電極１１６の端部から水平方向に所定距離の位置に段部を有しており、段部からゲート電極１１６側に形成された不純物拡散領域１１５の深さｄ１が、それ以外の領域の不純物拡散領域１１５の深さｄ２よりも浅くなされている。【選択図】図１
2007234927.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、
前記第２の不純物拡散領域は前記ゲート電極に対して自己整合的に形成され、かつ、前記ゲート電極の端部から水平方向に所定距離の位置に段部を有する断面形状を有しており、前記段部から前記ゲート電極側に形成された前記第２の不純物拡散領域の深さが、それ以外の領域における前記第２の不純物拡散領域の深さよりも浅くなされていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記ゲート電極に側壁部が形成されており、前記第２の不純物拡散領域における前記段部が前記側壁部の端部の鉛直下方に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】
前記段部から前記ゲート電極側に形成された前記第２の不純物拡散領域の不純物濃度が、それ以外の領域における前記第２の不純物拡散領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
一方導電型の基板上に他方導電型の第１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、
前記ゲート電極に対して自己整合的に他方導電型の不純物を導入して、前記転送元拡散領域の表面に他方導電型の第２の不純物拡散領域を形成する第３の拡散工程と、
前記ゲート電極に側壁部を形成する工程と、
前記側壁部を有する前記ゲート電極に対して自己整合的に他方導電型の不純物を導入して、前記転送元拡散領域の表面に他方導電型の第３の不純物拡散領域を形成する第４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４の拡散工程において、前記第３の不純物拡散領域の深さが前記第２の不純物拡散領域の深さよりも深くなるように前記他方導電型の不純物を導入することを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第４の拡散工程において導入する前記他方導電型の不純物の濃度が、前記第３の拡散工程において導入する前記他方導電型の不純物よりも高いことを特徴する、請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記側壁部は、前記ゲート電極に自己整合的に形成された前記転送元拡散領域の表面上に形成されることを特徴とする、請求項４または請求項５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効率を向上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】
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】
従来の固体撮像装置においては、暗電流による画像の白傷や表示むらの原因のひとつとして、フォトダイオードにおける電荷の表面再結合が問題となっており、フォトダイオードの表面全面に電荷収集領域と反対導電型を有する層（以下、ピニング層と示す）を形成することによってこの表面再結合を抑制する手法が用いられてきた。
【０００６】
このような構成の固体撮像装置では、電荷読み出しの際のポテンシャル障壁が大きく、フォトダイオードに蓄積された電荷全を電荷読み出し部へ転送するためには高い電圧をかける必要があった。しかしながら、近年の駆動電圧の低電圧化により、従来の構造の固体撮像装置では電荷転送に必要な電圧が得られないため、電荷の転送不良が生じてしまう。そこで、ピニング層をフォトダイオードの表面全面には形成せず、転送ゲートからある程度離して形成し、なおかつピニング層と転送ゲートとの間に、通常の転送ゲートのソース領域に相当する不純物拡散領域を形成することによって、この領域でのポテンシャル障壁を抑制し、低電圧でも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２０００−９１５５２号公報  （図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された提案によれば、ピニング層が形成されておらず、フォトダイオードの電荷収集領域と基板表面に形成された酸化膜とが直接接する部分では、電荷の表面再結合が発生してしまい、暗電流が発生して画像の白傷や表示むらが生じてしまうという問題が解決されない。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、暗電流による画像の劣化を抑制しつつ、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効率を向上することができる、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】
【０００９】
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、前記第２の不純物拡散領域は前記ゲート電極に対して自己整合的に形成され、かつ、前記ゲート電極の端部から水平方向に所定距離の位置に段部を有する断面形状を有しており、前記段部から前記ゲート電極側に形成された前記第２の不純物拡散領域の深さが、それ以外の領域における前記第２の不純物拡散領域の深さよりも浅くなされていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、フォトダイオードのピニング層である第２の不純物拡散領域は、転送元拡散領域の表面全面を覆うように形成されるので、電荷の表面再結合を防ぎ暗電流を抑制することができ、画像の白傷や表示むらを抑制することができる。また、第２の不純物拡散領域はゲート電極に近い領域では浅く、ゲート電極から離れた領域では深く形成されるので、ポテンシャルバリアが生じることを防止することができ、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。
【００１１】
また、本発明に係る固体撮像装置は、前記ゲート電極に側壁部が形成されており、前記第２の不純物拡散領域における前記段部が前記側壁部の端部の鉛直下方に形成されている。
【００１２】
このような構成によれば、第２の不純物拡散領域の段部が、ゲート電極の側壁部の幅で規定されるため、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。
【００１３】
更に、本発明に係る固体撮像装置は、前記段部から前記ゲート電極側に形成された前記第２の不純物拡散領域の不純物濃度が、それ以外の領域における前記第２の不純物拡散領域の不純物濃度よりも低い。
【００１４】
このような構成によれば、第２の不純物拡散領域において、ゲート電極に近い領域と遠い領域とで濃度差を設けることによって、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さらに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。
【００１５】
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第１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、前記ゲート電極に対して自己整合的に他方導電型の不純物を導入して、前記転送元拡散領域の表面に他方導電型の第２の不純物拡散領域を形成する第３の拡散工程と、前記ゲート電極に側壁部を形成する工程と、前記側壁部を有する前記ゲート電極に対して自己整合的に他方導電型の不純物を導入して、前記転送元拡散領域の表面に他方導電型の第３の不純物拡散領域を形成する第４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４の拡散工程において、前記第３の不純物拡散領域の深さが前記第２の不純物拡散領域の深さよりも深くなるように前記他方導電型の不純物を導入することを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、フォトダイオードのピニング層である第２の不純物拡散領域をゲート電極に対して自己整合的に形成することで、転送元拡散領域の表面全面を覆うように形成されるので、電荷の表面再結合を防ぎ暗電流を抑制することができ、画像の白傷や表示むらを抑制することができる。また、第２の不純物拡散領域を第３および第４の拡散工程の２段階の拡散工程で形成することで、第２の不純物拡散領域の断面形状に段差をもたせることができる。すなわち、第２の不純物拡散領域は、ゲート電極の近傍では浅く、ゲート電極から離れた領域では深く形成されるので、ポテンシャルバリアが生じることを防止することができ、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。
【００１７】
また、前記第４の拡散工程において導入する前記他方導電型の不純物の濃度が、前記第３の拡散工程において導入する前記他方導電型の不純物よりも高い。
【００１８】
このような構成によれば、第２の不純物拡散領域において、ゲート電極に近い領域の濃度をゲート電極に遠い領域の濃度より低くし、第２の不純物拡散領域に濃度分布を設けることによって、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さらに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。
【００１９】
さらに、前記側壁部は、前記ゲート電極に自己整合的に形成された前記転送元拡散領域の表面上に形成される。
【００２０】
このような構成によれば、前記第４の拡散工程において形成される、高濃度の第２の不純物拡散領域が、ゲート電極から側壁部の幅だけ確実に離れた位置から形成されるため、第２の不純物拡散領域に確実に濃度差を設けることができ、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】
【００２１】
暗電流による画像の劣化を抑制しつつ、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効率を向上することができる、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】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
本実施の形態においては、不純物拡散領域１１５はゲート電極１１６の近傍の領域では他の領域に比べて浅く形成されており、図１に示すように、階段状の断面形状を有している。また、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が、ゲート電極１１６近傍の浅く形成された領域は他の領域に比べて不純物の濃度が薄く形成される。
【００２８】
このように不純物拡散領域１１５が形成されていることによって、フォトダイオードの転送元拡散領域１１３の表面全面が不純物拡散領域１１５で覆われるため、電荷の表面再結合を防ぐことができ、暗電流の発生を抑制でき、画像の白傷や表示むらを抑制できることができる。また、ゲート電極１１６近傍では不純物領域１１５が浅く、かつ低濃度で形成されているため、ポテンシャルバリアが形成されるのを防ぐことができ、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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７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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
変調用ウェル５上には、基板１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１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。
【００３６】
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。
【００３７】
フォトダイオードＰＤ形成領域下方の基板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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）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。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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。
【００４２】
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８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８とに接続される。
【００４３】
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。
【００４４】
本実施の形態においては、転送ゲート部６ｂ及び変調ゲート６ａのそれぞれの両側にサイドウォール１６が形成されており、サイドウォール１６の下方に形成されたピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２の深さｄ１は、他の領域のＮ型不純物拡散層３２の深さｄ２より浅く形成されている。また、Ｎ型不純物拡散層３２の深さｄ１の領域は、他のＮ型不純物拡散層３２の領域よりも不純物濃度が低くなされている。
【００４５】
＜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。
【００４６】
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の表面に形成されたピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２は、転送ゲート部６ｂの近傍のみ他の領域よりも浅くかつ低濃度に形成されている。
【００４７】
これにより、ポテンシャルバリアが形成されるのを防ぐことができるため、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。また、フォトダイオードＰＤでの電荷の表面再結合を防ぐことができるため、暗電流の発生を抑制することができ、画像の白傷や表示むらも抑制することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
＜プロセス＞
次に、素子の製造方法について図４〜図７の工程図を参照して説明する。図４〜図７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７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７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。
【００５０】
先ず、用意した、Ｐ型の導電性を有する基板１a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１aに欠陥が発生するのを防ぐ目的で形成される。
【００５１】
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５００ｋｅｖ、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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），２００〜３００ｋｅＶ，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。
【００５６】
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。
【００５７】
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，１．５〜２ｅ１２）のイオン打ち込みを行うことで形成される。
【００５８】
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，２〜３ｅ１２）のイオン打ち込みによって形成される。
【００５９】
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１aの全面に堆積させる（図５（Ｄ）参照）。
【００６０】
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ＴＴ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。
【００６１】
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、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、次のようにして形成する。まず、図６（Ａ）に示すように、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。
【００６２】
レジストマスク４ａを用い、例えば、（ボロン（Ｂ），４０ｋｅＶ，３〜５ｅ１２）の条件でイオン打ち込みを行う。このとき、図６（Ａ）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７〜４５度程度になるように斜め方向から打ち込みが行われる。このように斜め方向からイオンを打ち込むことにより、転送ゲート部６ｂの下部に突出するように蓄積ウェル４を形成することができ、ポテンシャルバリアの形成を抑制する効果が得られる。
【００６３】
アッシング処理を施してレジストマスク４ｃを除去した後、フォトダイオードＰＤ形成領域などに、ピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２を形成する。Ｎ型不純物拡散層３２は、転送ゲート部６ｂ近傍では厚さ略ｄ１、それ以外の領域では厚さ略ｄ２と階段状の断面形状を有しており、浅いＮ型不純物拡散層３２´を形成した後に深いＮ型不純物拡散層３２”を形成する。Ｎ型不純物拡散層３２は、具体的には以下のようにして形成する。
【００６４】
まず、浅いＮ型不純物拡散層３２´の形成は、図６（Ｂ）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），５０ｋｅＶ，１〜２ｅ１３）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、浅いＮ型不純物拡散層３２´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。
【００６５】
次に、深いＮ型不純物拡散層３２”の形成に用いるマスクとなる、転送ゲート部６ｂのサイドウォール１６を形成する。まず、図６（Ｃ）に示すように、３００〜４００ｎｍの膜厚でシリコン酸化膜１６ａを、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって全面に堆積させる。続いて、シリコン酸化膜１６ａを、例えば異方性エッチングを用いてエッチバックすることによって、図６（Ｄ）に示すように、転送ゲート部６ｂ及び変調トランジスタのゲート６ａにサイドウォ−ルを形成する。
【００６６】
最後に、深いＮ型不純物拡散層３２”を形成する。具体的には、図６（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ＴＴ形成領域とにレジストマスク３２ｂを形成し、例えば、（ヒ素（Ａｓ），８０ｋｅＶ，０．８〜２ｅ１３）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３２ｂ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３２”は、転送トランジスタＴＴの転送ゲート部６ｂに形成されたサイドウォール１６と、変調トランジスタＴＭのリングゲート部６ａのサイドウォ−ルとに対して自己整合的に形成される。
【００６７】
このようにして、浅いＮ型不純物拡散層３２´と深いＮ型不純物拡散層３２”とからなるＮ型不純物拡散層３２の形成を完了する。アッシング処理を施してレジストマスク３２ｂ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７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。
【００６８】
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４ａ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。
【００６９】
＜実施の形態の効果＞
このように本実施の形態においては、ピニング層としてのＮ型不純物拡散層３２を、転送ゲート部６ｂの近傍のみ他の領域よりも浅くかつ低濃度に形成しているので、ポテンシャルバリアが形成されるのを防ぐことができ、蓄積ウェル４のから転送トランジスタＴＴのチャネル２４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。また、フォトダイオードＰＤでの電荷の表面再結合を防ぐことができるため、暗電流の発生を抑制することができ、画像の白傷や表示むらも抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
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】
【００７１】
【図１】本発明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】本発明の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】本発明の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７】本発明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】
【００７２】
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、１１６ａ…サイドウォール、１１８…絶縁膜、１１９…チャネル、1…基板、１ａ…基板、２ａ…開口領域、３…センサセル、４…蓄積ウェル、４ａ…レジストマスク、５…変調用ウェル、５ａ…レジストマスク、６…ポリシリコン層、６ａ…変調ゲート、６ｂ…転送ゲート部、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…レジスト層、１６…サイドウォ−ル、１６ａ…シリコン酸化膜、２１…Ｎ型ウェル、２１ａ…レジストマスク、２２…P型ウェル、２２ａ…レジストマスク、２４…N型不純物拡散層、２４ａ…レジストマスク、２５…ゲート絶縁膜、２７…N型不純物拡散層、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…ドレイン領域（Ｎ型不純物拡散層）、３２ａ…レジストマスク、３２ｂ…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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【図７】
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