(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に形成され、前記受光部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第１の導電型の埋め込み不純物層
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記受光部が第２の導電型であ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】
前記第１の導電型がｐ型であり、前記第２の導電型がｎ型であ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４】
前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より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５】
前記半導体基板に対する前記ドレイン部の接合深さが、前記半導体基板に対する前記受光部の接合深さより小さくなるように形成した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６】
前記受光部と前記ドレイン部との間に、第１の導電型の埋め込み読み出し制御部を設けた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７】
前記半導体基板内で前記受光部と離して形成した第１の導電型の不純物層と、当該不純物層内に形成され、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する第２の導電型の転送部とを設けて、前記転送部の下方の位置に前記ドレイン部を形成した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８】
前記転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定したことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
第１の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積して前記信号電荷を転送する受光転送部、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に形成され、前記受光転送部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第１の導電型の埋め込み不純物層
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
前記受光転送部が第２の導電型であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の導電型がｐ型であり、前記第２の導電型がｎ型であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高いことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記受光転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光転送部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記受光転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定したことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
第１の導電型の半導体基板内に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部を形成する受光部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第１の導電型となる不純物を導入することにより、第１の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程
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１５】
前記受光部形成工程と前記ドレイン部形成工程との間に、前記半導体基板内に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部内に蓄積された信号電荷を転送する第２の導電型の転送部を形成する転送部形成工程を行うことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記転送部、前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の少なくとも２つの形成工程において、同一のレジストマスクを用いることを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記埋め込み不純物層形成工程の後に、前記受光部と前記転送部との間、及び前記受光部と前記ドレイン部との間に、第１の導電型となる不純物を導入することにより、第１の導電型の読み出し制御部、及び第１の導電型の埋め込み読み出し制御部をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記読み出し制御部、及び前記埋め込み読み出し制御部の形成の際に、同一のレジストマスクを用いることを特徴とする請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
第１の導電型の半導体基板内に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積して転送する受光転送部を形成する受光転送部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第１の導電型となる不純物を導入することにより、第１の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程
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２０】
前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の形成の際に、同一のレジストマスクを用いることを特徴とする請求項１９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビジョンカメラ等に用いられる固体撮像装置、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置は、感光性ターゲット面がＣＣＤ（Charge Coupled Device）アレーにより構成されたテレビジョンカメラである。その原理は、入射した光の強さに応じて発生する電子−正孔対のうち、少数キャリヤを蓄積電荷としてＣＣＤの電極の電位の井戸の中に蓄積する。その後、この蓄積電荷をＣＣＤの非感光性の部分に転送し、さらに出力装置に移してビデオ信号に変換する。尚、上記蓄積電荷の転送は、水平及び垂直の帰線期間と同期して行われる。
【０００３】
図１０を参照して、第１の従来例の固体撮像装置について説明する。
図１０は、第１の従来例の固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。
図１０に示すように、ｎ型の基板３０内にはｐ型のウェル部３１が設けられ、さらに前記ウェル部３１上には絶縁膜３２が形成されている。基板３０は、過剰電荷を排出するためのドレイン部として機能する。また、ウェル部３１内には、絶縁膜３２の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するｎ型の受光部３３、前記受光部３３の側方に配置されたｐ型の不純物層３４、及び前記受光部３３内に蓄積された信号電荷を転送するｎ型の転送部３５が形成されている。以下、上述の構造を縦型ＯＦＤ（OFDはoverflow drainを示す）構造という。
さらに、ウェル部３１内において、受光部３３と不純物層３４との間には、第１のしきい値電圧（Ｖｔ）を制御するためのｐ型の読み出し制御部３６が形成されている。この読み出し制御部３６は、受光部３３と転送部３５の読み出し側とを分離する。また、転送部３５の非読み出し側には、チャンネルストッパー３７が不純物層３４と接して設けられ、転送部３５の非読み出し側と隣りの単位セルとを分離している。絶縁膜３２と受光部３３との間には、暗電流を防止するために、ｐ型の埋め込み拡散層３９が形成されている。
第１の導電型電極３８が、転送部３５、及び読み出し制御部３６と対向して絶縁膜３２上に設けられている。第１の導電型電極３８は、ゲート電極として機能するものであり、受光部３３に蓄積された信号電荷を転送部３５に転送して読み出す。
この縦型ＯＦＤ構造を有する第１の従来例では、基板３０への印加電圧を変化することにより、受光部３３に蓄積された過剰電荷を基板３０に排出する。
【０００４】
次に、第２の従来例の固体撮像装置について、図１１を参照して説明する。
図１１は、第２の従来例の固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。
この第２の従来例と第１の従来例との主な違いは、ｎ型の基板の代わりにｐ型の基板を用いて、ドレイン部を受光部と隣りの単位セルとの間に配置したことである。
すなわち、図１１に示すように、ｐ型の基板４０上には、絶縁膜３２が設けられている。基板４０内には、絶縁膜３２の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するｎ型の受光部３３、前記受光部３３の側方に配置されたｐ型の不純物層３４、前記受光部３３内に蓄積された信号電荷を転送するｎ型の転送部３５、及び受光部３３の不純物層３４と反対側の側方に配置されたｎ型のドレイン部４２が設けられている。以下、上述の構造を横型ＯＦＤ構造という。
さらに、基板４０内において、受光部３３と不純物層３４との間には、第１のしきい値電圧（Ｖｔ）を制御するためのｐ型の読み出し制御部３６が形成されている。この読み出し制御部３６は、受光部３３と転送部３５の読み出し側とを分離する。また、転送部３５の非読み出し側には、チャンネルストッパー３７が不純物層３４と接して設けられ、転送部３５の非読み出し側と隣りの単位セルのドレイン部４２とを分離している。受光部３３とドレイン部４２との間には、第２のしきい値電圧（Ｖｔ’）を制御するためのｐ型の横型過剰電荷制御部４１が形成されている。この横型過剰電荷制御部４１は、受光部３３に蓄積された過剰電荷の読み出しを制御するためのものであり、受光部３３とドレイン部４２とを分離している。また、暗電流を防止するために、絶縁膜３２と受光部３３との間には、ｐ型の埋め込み拡散層３９が形成されている。
第１の導電型電極３８が、転送部３５、及び読み出し制御部３６と対向して絶縁膜３２上に設けられ、第２の導電型電極４３が、横型過剰電荷制御部４１、及びドレイン部４２と対向して絶縁膜３２上に設けられている。第１の導電型電極３８は、ゲート電極として機能するものであり、受光部３３に蓄積された信号電荷を転送部３５に転送して読み出す。第２の導電型電極４３は、受光部３３に蓄積された過剰電荷をドレイン部４２に読み出す。
この横型ＯＦＤ構造を有する第２の従来例では、第２の導電型電極４３への印加電圧を変更することにより、受光部３３に蓄積された過剰電荷をドレイン部４２に排出する。
【０００５】
次に、第３の従来例の固体撮像装置について、図１２を参照して説明する。
図１２は、第３の従来例の固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。
この第３の従来例と第１の従来例との主な違いは、ｎ型の基板の代わりにｐ型の基板を用いて、ドレイン部を不純物層を介して転送部の下方に配置したことである。
すなわち、図１２に示すように、ｐ型の基板４０上には、絶縁膜３２が設けられている。基板４０内には、絶縁膜３２の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するｎ型の受光部３３、前記受光部３３の側方に配置されたｐ型の不純物層３４、及び前記受光部３３内に蓄積された信号電荷を転送するｎ型の転送部３５が設けられている。さらに、過剰電荷を排出するためのｎ型の埋め込みドレイン部４４が、不純物層３４を介して転送部３５の下方に形成されている。以下、この構造をＢＨＯＤ（BHODはburied horizontal overflow drainを示す）構造という。
さらに、基板４０内において、受光部３３と不純物層３４との間には、第１のしきい値電圧（Ｖｔ）を制御するためのｐ型の読み出し制御部３６が形成されている。この読み出し制御部３６は、受光部３３と転送部３５の読み出し側とを分離する。また、転送部３５の非読み出し側には、チャンネルストッパー３７が不純物層３４と接して設けられ、転送部３５の非読み出し側と隣りの単位セルとを分離している。また、暗電流を防止するために、絶縁膜３２と受光部３３との間には、ｐ型の埋め込み拡散層３９が形成されている。
第１の導電型電極３８が、転送部３５、及び読み出し制御部３６と対向して絶縁膜３２上に設けられている。第１の導電型電極３８は、ゲート電極として機能するものであり、受光部３３に蓄積された信号電荷を転送部３５に転送して読み出す。
このＢＨＯＤ構造を有する第３の従来例では、埋め込みドレイン部４４への印加電圧を変更することにより、受光部３３に蓄積された過剰電荷を埋め込みドレイン部４４に排出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
縦型ＯＦＤ構造を有する第１の従来例の固体撮像装置では、入射光の長波長側の感度特性が低いという問題点があった。というのは、入射光により生成される信号電荷は、その光の波長が大きくなるほど、受光部３３（図１０）の受光面から深い位置で生成される。このため、長波長の光により受光部３３の深部で生成された信号電荷は、当該受光部３３に蓄積されずにｎ型の基板３９（図１０）に捕獲、排出されるからである。
また、横型ＯＦＤ構造を有する第２の従来例の固体撮像装置では、単位セル毎に、ｐ型の横型過剰電荷制御部４１（図１１）、及びｎ型のドレイン部４２（図１１）を受光部３３（図１１）と隣りの単位セルとの間に設ける必要があった。このため、単位セルの大きさが大きくなり、ＣＣＤチップを微細化することが難しいという問題点があった。また、この第２の従来例の固体撮像装置では、単位セル毎に、第１、第２の導電型電極３８，４３を絶縁膜３２（図１１）上に設ける必要があるので、単位セルの各面積において、光が物理的に入射できる受光部３３上の絶縁膜３２の面積（開口面積）の割合が小さかった。このため、ＣＣＤチップを微細化した場合、入射光量の低下率が大きく、感度特性が大幅に低下するという問題点があった。
また、ＢＨＯＤ構造を有する第３の従来例の固体撮像装置では、縦型ＯＦＤ構造を有する第１の従来例のものに比べて長波長側の感度特性を向上し、ＣＣＤチップの微細化も容易に行うことができる。しかしながら、受光部３３（図１２）の深部で生成した信号電荷の半分程度は、ｎ型の埋め込みドレイン部４４（図１２）に捕獲される恐れがあった。このため、長波長側の感度特性を大幅に向上することができないという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、入射光の長波長側の感度特性を大幅に向上し、かつ微細化を容易に行う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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、第１の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に形成され、前記受光部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第１の導電型の埋め込み不純物層を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【０００９】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高く構成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、より受光部の内部に拡散させることができる。
【００１０】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記半導体基板に対する前記ドレイン部の接合深さが、前記半導体基板に対する前記受光部の接合深さより小さくなるように形成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、より受光部の内部に拡散させることができる。
【００１１】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記受光部と前記ドレイン部との間に、第１の導電型の埋め込み読み出し制御部を設けている。
このように構成することにより、受光部と埋め込みドレイン部とを確実に分離することができる。
【００１２】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記半導体基板内で前記受光部と離して形成した第１の導電型の不純物層と、当該不純物層内に形成され、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する第２の導電型の転送部とを設けて、前記転送部の下方の位置に前記ドレイン部を形成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００１３】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００１４】
また、他の発明の固体撮像装置は、第１の導電型の半導体基板、
前記半導体基板内に形成され、入射光により生成した信号電荷を蓄積して前記信号電荷を転送する受光転送部、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に形成され、前記受光転送部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部、及び
前記ドレイン部の下に形成された第１の導電型の埋め込み不純物層を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００１５】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記埋め込み不純物層の不純物の濃度が、前記半導体基板の不純物の濃度より高く構成している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、より受光部の内部に拡散させることができる。
【００１６】
また、他の発明の固体撮像装置は、前記受光転送部と前記ドレイン部との間隔を、少なくとも前記受光転送部内の過剰電荷を前記ドレイン部で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、前記受光転送部と前記ドレイン部との間でパンチスルーを起こさない距離に設定している。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００１７】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、第１の導電型の半導体基板内に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積する受光部を形成する受光部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光部の下方以外の位置に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第１の導電型となる不純物を導入することにより、第１の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００１８】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記受光部形成工程と前記ドレイン部形成工程との間に、前記半導体基板内に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部内に蓄積された信号電荷を転送する第２の導電型の転送部を形成する転送部形成工程を行う。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００１９】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記転送部、前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の少なくとも２つの形成工程において、同一のレジストマスクを用いる。
このように構成することにより、固体撮像装置の製造方法を簡略化することができる。
【００２０】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記埋め込み不純物層形成工程の後に、前記受光部と前記転送部との間、及び前記受光部と前記ドレイン部との間に、第１の導電型となる不純物を導入することにより、第１の導電型の読み出し制御部、及び第１の導電型の埋め込み読み出し制御部をそれぞれ形成する。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００２１】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記読み出し制御部、及び前記埋め込み読み出し制御部の形成の際に、同一のレジストマスクを用いる。
このように構成することにより、固体撮像装置の製造方法を簡略化することができる。
【００２２】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、第１の導電型の半導体基板内に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、入射光により生成した信号電荷を蓄積して転送する受光転送部を形成する受光転送部形成工程、
前記半導体基板内の深部で前記受光転送部の下方以外の位置に、第２の導電型となる不純物を導入することにより、前記受光部の過剰電荷を排出する第２の導電型のドレイン部を形成するドレイン部形成工程、及び
前記半導体基板内で前記ドレイン部の下の位置に、第１の導電型となる不純物を導入することにより、第１の導電型の埋め込み不純物層を形成する埋め込み不純物層形成工程を備えている。
このように構成することにより、入射光により受光部で生成された信号電荷を、半導体基板、及びドレイン部の方向には拡散させず、受光部の内部へと選択的に拡散させることができる。
【００２３】
また、他の発明の固体撮像装置の製造方法は、前記ドレイン部、及び前記埋め込み不純物層の形成の際に、同一のレジストマスクを用いる。
このように構成することにより、固体撮像装置の製造方法を簡略化することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像装置、及びその製造方法を示す好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
《第１の実施形態》
図１は、本発明の第１の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。
図１において、ｐ型の半導体基板１上には、絶縁膜２が設けられている。半導体として具体的には、厚さ約５００μｍ、比抵抗率約５０Ω・ｃｍ、濃度２×１０１４atom/cm３のシリコンウェファが用いられる。半導体基板１内には、絶縁膜２の上方から入射する光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積するｎ型の受光部３、前記受光部３の側方に配置されたｐ型の不純物層４、及び前記受光部３内に蓄積された信号電荷を転送するｎ型の転送部５が設けられている。さらに、受光部３に蓄積された過剰電荷を排出するために、ｎ型の埋め込みドレイン部６が、不純物層４を介して転送部５の下方に形成されている。尚、受光部３、転送部５、及び埋め込みドレイン部６の濃度の具体例は、それぞれ５×１０１５〜５×１０１６atom/cm３、５×１０１６〜５×１０１７atom/cm３、及び５×１０１５〜５×１０１６atom/cm３である。また、受光部３、不純物層４、転送部５、及び埋め込みドレイン部６の半導体基板１の深部方向での各寸法の具体例は、それぞれ１.０〜２.０μｍ、０.５〜１.５μｍ、０.２〜０.７μｍ、及び０.５〜１.５μｍである。
転送部５と埋め込みドレイン部６との間隔（図の”Ｌ”にて図示）は、少なくとも受光部３内の過剰電荷を埋め込みドレイン部６で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、転送部５と埋め込みドレイン部６との間でパンチスルーを起こさない距離に設定されている。具体的には、転送部５と埋め込みドレイン部６との間隔は、２００ｎｍ以上であり、好ましくは５００ｎｍ程度である。尚、ここでパンチスルーとは、不純物層４が空乏化して転送部５と埋め込みドレイン部６との間にチャンネルが形成される現象をいう。また、過剰電荷は、埋め込みドレイン部６への印加電圧を変化することにより、埋め込みドレイン部６に排出される。
さらに、ｐ型の埋め込み不純物層７が、前記埋め込みドレイン部６の下に形成されている。このことにより、入射光のうち長波長の光により受光部３の深部で生成された信号電荷は、半導体基板１の深部方向（絶縁膜２と反対の方向）、及び埋め込みドレイン部６の方向には拡散せず、ｎ型の受光部３の内部へと選択的に拡散される。その結果、長波長側の感度特性を向上することができる。
また、埋め込み不純物層７にドープされるボロンなどの不純物の濃度を上記半導体基板１の不純物の濃度より高くすることにより、埋め込みドレイン部６へと拡散する確率をなおいっそう低減することができる。具体的には、埋め込み不純物層７の不純物の濃度は、１０〜１０００倍の範囲が望ましく、具体的には例えば２×１０１５〜２×１０１７atom/cm３である。また、埋め込み不純物層７は、深部方向、及び絶縁膜２と平行な方向に、例えば０.２〜０.７μｍ、及び１〜２μｍの寸法で形成される。
さらに、半導体基板１内において、受光部３と不純物層４との間には、第１のしきい値電圧（Ｖｔ）を制御するためのｐ型の読み出し制御部８が形成されている。この読み出し制御部８は、受光部２と転送部５の読み出し側とを分離する。また、転送部５の非読み出し側には、ｐ型のチャンネルストッパー９が不純物層４と接して設けられ、転送部５の非読み出し側と隣りの単位セルとを分離している。また、暗電流を防止するために、ｐ型の埋め込み拡散層１１が絶縁膜２と受光部３との間に形成されている。読み出し制御部８、及びチャンネルストッパー９の深部方向での各寸法の具体例は、０.５〜１.５μｍである。埋め込み拡散層１１は、例えば濃度１×１０１８〜１×１０１９atom/cm３であり、深さ方向、及び絶縁膜２と平行な方向にそれぞれ０.１〜０.５μｍ、及び１.５〜２.５μｍの寸法で形成されている。
また、絶縁膜２上には、転送部５、及び読み出し制御部８と対向して、例えばポリシリコンなどの第１の導電型電極１０が設けられている。この第１の導電型電極１０は、ゲート電極として機能するものであり、受光部３に蓄積された信号電荷を転送部５に転送して読み出す。
【００２６】
ここで、入射光の感度特性の計算結果について、図２を参照して説明する。
図２において、相対感度Ｑは、任意の２つの波長λ1、λ2間の積分を行う下記（１）式により求めた。また、図２の（ｃ）に示す第１の実施形態での計算結果を比較するために、図１０に示した縦型ＯＦＤ構造を有する第１の従来例での計算結果、及び図１２に示したＢＨＯＤ構造を有する第３の従来例での計算結果を図２の（ａ）、及び図２の（ｂ）にそれぞれ示す。尚、（１）式において、△ｘ△ｙは受光部３（図１）上の開口面積、すなわち、入射光が物理的に絶縁膜２（図１）を経て受光部３に入射できる絶縁膜２の面積を示し、ｔは受光部３での入射光の蓄積時間を示している。また、ｃ、λ、及びｈは、それぞれ入射光の速度、入射光の波長、及びプランク定数であり、Ｈλは入射光の強度、η（λ）は量子効率、ｈｃ／λはフォトンエネルギーをそれぞれ示している。
【００２７】
【数１】
0003934718.tif 000002
【００２８】
縦型ＯＦＤ構造を有する第１の従来例では、図２の（ａ）の曲線１２に示されるように、相対感度Ｑは入射光の波長が６００ｎｍのときをピークとして、７５０ｎｍを超えると相対感度Ｑが０.５以下となり、感度特性が大幅に低下する。ＢＨＯＤ構造を有する第３の従来例では、図２の（ｂ）の曲線１３に示されるように、相対感度Ｑは入射光の波長が６２０ｎｍのときをピークとして、９２０ｎｍを超えると相対感度Ｑが０.５以下となり、感度特性が大幅に低下する。
第１の実施形態では、図２の（ｃ）の曲線１４に示されるように、相対感度Ｑは入射光の波長が６８０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲の間でほぼピークとなり、１０１０ｎｍを超えたときに相対感度Ｑが０.５以下となる。
以上のように、第１の実施の形態のものは、第１の従来例、及び第２の従来例のものに比べて、入射光の感度特性、特に長波長側において感度特性を大幅に向上することができる。このことにより、受光部３上の開口面積を同一とした場合、感度特性は、第１の従来例、及び第２の従来例に比べて約２倍、及び約１.５倍にそれぞれ向上することができる。
【００２９】
さらに、第１の実施形態では、ｎ型の埋め込みドレイン部６（図１）を転送部５（図１）の下方に形成しているため、図１０に示した横型ＯＦＤ構造を有する第２の従来例のものに比べて、単位セル当たりの大きさを小さくすることができる。このため、単位セルの大きさを同一とした場合、第２の従来例に比べて受光部３上の開口面積を大きくすることができる。また、このことにより、第２の従来例に比べて物理的な入射光を多くすることができ、単位セル当たりの感度特性を大きくすることができる。また、上記開口面積を同一にした場合、第２の従来例に比べて、ドレイン部の大きさだけＣＣＤチップの面積を小さくすることができ、ＣＣＤチップの微細化を容易に行うことができる。
【００３０】
《第２の実施形態》
図３は、本発明の第２の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。この第２の実施形態では、固体撮像装置のＣＣＤの構成において、ｐ型の半導体基板に対するｎ型の埋め込みドレイン部の接合深さが、ｐ型の半導体基板に対するｎ型の受光部の接合深さより小さくなるように、受光部、及び埋め込みドレイン部を半導体基板内に設けた。それ以外の各部は、第１の実施形態と同様であるので、それらの重複した説明は省略する。
すなわち、図３に示すように、ｐ型の半導体基板１の表面と前記表面から深い方の埋め込みドレイン部６の一端６ａとの距離である、埋め込みドレイン部６の接合深さを、半導体基板１の表面と前記表面から深い方の受光部３の一端３ａとの距離である、受光部３の接合深さよりも小さくして、受光部３、及び埋め込みドレイン部６が半導体基板１内に形成されている。具体的には、埋め込みドレイン部６の接合深さは、１０００〜３０００ｎｍの範囲が好ましい。また、埋め込みドレイン部６の一端６ａと受光部３の一端３ａとの距離（図の”Ｄ”にて図示）は、５００〜２０００ｎｍ程度が好ましい。
このように構成することにより、第２の実施形態の固体撮像装置では、長波長の光により受光部３の深部で生成された信号電荷を、第１の実施形態のものに比べて、受光部３の内部により多く拡散することができる。その結果、第１の実施形態のものに比べて、長波長側の感度特性を向上することができる。
【００３１】
《第３の実施形態》
図４は、本発明の第３の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。この第３の実施形態では、固体撮像装置のＣＣＤの構成において、ｐ型の埋め込み読み出し制御部を受光部と埋め込みドレイン部との間に設けた。それ以外の各部は、第１の実施形態と同様であるので、それらの重複した説明は省略する。
すなわち、図４に示すように、ｐ型の埋め込み読み出し制御部１５が、受光部３と埋め込みドレイン部６との間に形成されている。この埋め込み読み出し制御部１５は、受光部３から過剰電荷を読み出すさいに、埋め込みドレイン部６に電圧が印加されるが、その第２のしきい値電圧（Ｖｔ’）を制御するためのものであり、受光部３と埋め込みドレイン部６とを分離している。
このように構成することにより、受光部３と埋め込みドレイン部６とを確実に分離することができる。このため、長波長の光により受光部３の深部で生成された信号電荷を、第１の実施形態のものに比べて、受光部３の内部により多く、かつより確実に拡散することができる。その結果、第１の実施形態のものに比べて、長波長側の感度特性を向上することができる。さらに、受光部３に蓄積された過剰電荷の排出を、第１の実施形態のものに比べて、より確実に行うことができる。
【００３２】
＜製造方法＞
次に、本実施形態の製造方法について、図５、及び図６を参照して説明する。図５、及び図６は、図４に示したＣＣＤの製造方法を示す製造工程順の断面図である。
図５の（ａ）に示すように、不純物としてボロンなどを含むｐ型の半導体基板１内に、リンなどのｎ型の不純物を注入することにより、受光部３を形成する。その後、イオン注入法により受光部３の側方にｐ型の不純物層４を形成し、さらにレジストマスク１６を用いてｎ型の不純物を注入することにより、ｐ型の不純物層４内に転送部５を形成する。
続いて、図５の（ｂ）に示すように、転送部５の形成の際に使用したレジストマスク１６を用いて、転送部５、及び不純物層４よりも深い半導体基板１の領域にｎ型の埋め込みドレイン部６をイオン注入法により形成する。さらに、上記レジストマスク１６をそのまま用いて、埋め込みドレイン部６よりも深い半導体基板１の領域にｐ型の埋め込み不純物層７をイオン注入法を用いて形成する。
このように、同一のレジストマスク１６を使用して、転送部５、埋め込みドレイン部６、及び埋め込み不純物層７を形成しているので、固体撮像装置の製造工程数を削減し、固体撮像装置の製造を簡略化することができる。
次に、図５の（ｃ）に示すように、受光部３と転送部５の非読み出し側との間にｐ型のチャンネルストッパー９を形成した後、受光部３と転送部５の読み出し側との間にレジストマスク１６’を用いてｐ型の不純物を注入することにより、ｐ型の読み出し制御部８を形成する。
尚、この工程後に、レジストマスク１６’を取り除いて半導体基板１の表面上に絶縁膜、及び導電型電極の形成を行い、さらにｐ型の埋め込み拡散層を絶縁膜と受光部との間に形成することにより、第１、及び第２の実施形態の固体撮像装置を製造することができる。
【００３３】
続いて、図６の（ａ）に示すように、上記読み出し制御部８の形成の際に使用したレジストマスク１６’をそのまま用いて、受光部３と埋め込みドレイン部６との間にｐ型の埋め込み読み出し制御部１５をイオン注入法により形成する。
このように、同一のレジストマスク１６’を使用して、読み出し制御部８、及び埋め込み読み出し制御部１５を形成しているので、固体撮像装置の製造工程数を削減し、固体撮像装置の製造を簡略化することができる。
続いて、図６の（ｂ）に示すように、レジストマスク１６’を取り除いた後に、熱酸化法により、ＳｉＯ2の絶縁膜２を形成する。その後、例えば原料ガスとしてシランガスを用いて８００〜９００℃の温度条件により行う化学蒸着法により、ポリシリコンの導電型電極１０を形成する。そして、受光部３と絶縁膜２との間に、イオン注入法により、ｐ型の埋め込み拡散層１１を形成する。尚、絶縁膜２として、ＳｉＯ2とＳｉＮとを積層したものを用いてもよい。
【００３４】
《第４の実施形態》
図７は、本発明の第４の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図である。この第４の実施形態では、固体撮像装置のＣＣＤの構成において、入射光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積し、かつ当該信号電荷を転送するｎ型の受光転送部を半導体基板内に設けて、導電型電極を絶縁膜の全面上に設けた。それ以外の点は、第１の実施形態と同様であるので、それらの重複した説明は省略する。
すなわち、図７に示すように、ｐ型の半導体基板１内には、入射光の強さに応じて信号電荷を生成、蓄積し、当該信号電荷を転送するｎ型の受光転送部１７、及び同受光転送部１７の横に配置されたチャンネルストッパー９が形成されている。さらに、受光転送部１７に蓄積された過剰電荷を排出するために、ｎ型の埋め込みドレイン部６が、チャンネルストッパー９の下方に形成されている。
受光転送部１７と埋め込みドレイン部６との最短距離は、少なくとも受光転送部１７内の過剰電荷を埋め込みドレイン部６で排出でき、かつ過剰電荷を排出するさいに、受光転送部１７と埋め込みドレイン部６との間でパンチスルーを起こさない間隔に設定されている。具体的には、受光転送部１７と埋め込みドレイン部６との最短距離は、２００ｎｍ以上であり、好ましくは５００ｎｍ程度である。尚、ここでパンチスルーとは、受光転送部１７と埋め込みドレイン部６との間の半導体基板１が空乏化して受光転送部１７と埋め込みドレイン部６との間にチャンネルが形成される現象をいう。また、過剰電荷は、埋め込みドレイン部６への印加電圧を変化することにより、埋め込みドレイン部６に排出される。
さらに、ｐ型の埋め込み不純物層７が、前記埋め込みドレイン部６の下に形成されている。このことにより、入射光のうち長波長の光により受光転送部１７の深部で生成された信号電荷は、半導体基板１の深部方向（絶縁膜２と反対の方向）、及び埋め込みドレイン部６の方向には拡散せず、ｎ型の受光転送部１７の内部へと選択的に拡散される。その結果、長波長側の感度特性を向上することができる。  また、絶縁膜２上には、その全面に渡って、第２の導電型電極１０’が設けられている。この第２の導電型電極１０’は、ゲート電極として機能するものであり、受光転送部１７に蓄積された信号電荷を転送する。
このように構成することにより、ｐ型の読み出し制御部を設けることなく固体撮像装置を構成することができるので、上述の第１〜第３の実施形態のものに比べて、単位セルの大きさを小さくすることができる。
【００３５】
＜製造方法＞
次に、本実施形態の製造方法について、図８を参照して説明する。
図８は、図７に示したＣＣＤの製造方法を示す製造工程順の断面図である。
図８の（ａ）に示すように、不純物としてボロンなどを含むｐ型の半導体基板１内に、リンなどのｎ型の不純物を注入することにより、受光転送部１７を形成する。その後、レジストマスク１８を用いてｐ型の不純物を注入することにより、２つの受光転送部１７の間にチャンネルストッパー９を形成する。
続いて、図８の（ｂ）に示すように、チャンネルストッパー９の形成の際に使用したレジストマスク１８を用いて、チャンネルストッパー９よりも深い半導体基板１の領域にｎ型の埋め込みドレイン部６をイオン注入法により形成する。さらに、上記レジスマスク１８をそのまま用いて、埋め込みドレイン部６よりも深い半導体基板１の領域にｐ型の埋め込み不純物層７をイオン注入法を用いて形成する。
このように、同一のレジストマスク１８を使用して、チャンネルストッパー９、埋め込みドレイン部６、及び埋め込み不純物層７を形成しているので、固体撮像装置の製造工程数を削減し、固体撮像装置の製造を簡略化することができる。次に、図８の（ｃ）に示すように、レジストマスク１８を取り除いた後に、熱酸化法などにより、ＳｉＯ2の絶縁膜２を形成する。その後、化学蒸着法などにより、ポリシリコンなどの導電型電極１０’を形成する。
【００３６】
上述の第１〜第４の実施形態では、ｐ型の半導体基板内に、ｎ型の受光部、転送部、埋め込みドレイン部、及び受光転送部を設け、かつｐ型の埋め込み不純物層を設けた構成について説明をした。これらの説明以外に、ｎ型の半導体基板内に、ｐ型の受光部、転送部、埋め込みドレイン部、及び受光転送部を設け、かつｎ型の埋め込み不純物層を設けた構成においても上記第１〜第４の実施形態と同様の効果が認められる。
また、上記第１〜第３の実施の形態では、ｎ型の埋め込みドレイン部を、ｐ型の不純物層を介して転送部の下方に形成した場合において説明を行ったが、受光部の下方以外の半導体基板の領域に埋め込みドレイン部を形成する場合、例えばチャンネルストッパーの下方に形成する場合でも、同様の効果が認められる。
また、図９に示す第５の実施形態のように、ｎ型の受光部の代わりに、絶縁膜２’と電極１９を有するｐ型のＭＯＳ型フォトダイオード２０を用いた構成でも同様の効果が認められる。
また、本発明の製造方法において、半導体基板内に固体撮像装置の各構成要素をイオン注入法により形成したが、熱拡散法等の他の方法を用いて構成した場合でも同様の効果が認められる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、埋め込み不純物層が、埋め込みドレイン部の下に形成されている。このことにより、入射光のうち長波長の光により受光部の深部で生成された信号電荷は、半導体基板の深部方向（絶縁膜と反対の方向）、及び埋め込みドレイン部の方向には拡散せず、ｎ型の受光部の内部へと選択的に拡散される。その結果、長波長側の感度特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図２】入射光の波長と相対感度との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の第２の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図５】図４に示したＣＣＤの製造方法を示す製造工程順の断面図。
【図６】図４に示したＣＣＤの製造方法を示す製造工程順の断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図８】図７に示したＣＣＤの製造方法を示す製造工程順の断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態である固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図１０】第１の従来例の固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図１１】第２の従来例の固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【図１２】第３の従来例の固体撮像装置のＣＣＤを示す断面図。
【符号の説明】
１    半導体基板
３    受光部
５    転送部
６    埋め込みドレイン部
７    埋め込み不純物層
８    読み出し制御部
１５  埋め込み読み出し制御部
１７  受光転送部
１６、１６’、１８  レジストマスク
【図１】
0003934718.tif 000003
【図２】
0003934718.tif 000004
【図３】
0003934718.tif 000005
【図４】
0003934718.tif 000006
【図５】
0003934718.tif 000007
【図６】
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【図７】
0003934718.tif 000009
【図８】
0003934718.tif 000010
【図９】
0003934718.tif 000011
【図１０】
0003934718.tif 000012
【図１１】
0003934718.tif 000013
【図１２】
0003934718.tif 000014