(57)【要約】【課題】１つの実施形態は、例えば、残像の発生を抑制できる固体撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】１つの実施形態によれば、複数の画素を有する固体撮像装置が提供される。複数の画素のそれぞれは、電荷蓄積領域と電荷電圧変換領域と転送電極とを有する。転送電極は、電荷蓄積領域に蓄積された電荷を電荷電圧変換領域へ転送するためのチャネルを形成する。電荷蓄積領域は、第１の領域と第２の領域とを有する。第２の領域は、第１の領域より転送電極から遠くに配され且つ転送電極に近づくようにスリット状に延びている。電荷蓄積領域は、第１の領域の不純物濃度に比べて第２の領域の不純物濃度が薄くなっている。【選択図】図４
2016092035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備え、
前記複数の画素のそれぞれは、
電荷蓄積領域と、
電荷電圧変換領域と、
前記電荷蓄積領域に蓄積された電荷を前記電荷電圧変換領域へ転送するためのチャネルを形成する転送電極と、
を有し、
前記電荷蓄積領域は、不純物を含む第１の領域と前記第１の領域より前記転送電極から遠くに配され且つ前記転送電極に近づくようにスリット状に延びた不純物を含む第２の領域とを有し、前記第１の領域の不純物濃度に比べて前記第２の領域の不純物濃度が薄くなっている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記電荷蓄積領域は、それぞれ不純物を含む複数の前記第２の領域を有し、
前記複数の第２の領域は、前記電荷蓄積領域における前記転送電極から遠い側の端縁に沿って配列されている
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】
前記電荷蓄積領域は、前記第１の領域より前記転送電極から遠くに配され且つ前記複数の第２の領域の間に配されたそれぞれ不純物を含む複数の第３の領域をさらに有し、
前記複数の第３の領域のそれぞれの不純物濃度に比べて前記複数の第２の領域のそれぞれの不純物濃度が薄くなっている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
それぞれ電荷蓄積領域を含む複数の画素を有する固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板の上に前記複数の画素のそれぞれの転送電極を形成することと、
前記半導体基板内の前記電荷蓄積領域となるべき領域における第１の領域を露出し前記第１の領域より前記転送電極から遠くに配され且つ前記転送電極に近づくようにスリット状に延びた第２の領域を遮蔽するマスクパターンを用いて前記第１の領域に不純物を導入することと、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記マスクパターンは、前記第１の領域より前記転送電極から遠くに配され且つ前記第２の領域に隣接する第３の領域をさらに露出し、
前記不純物の導入は、前記マスクパターンを用いて前記第１の領域及び前記第３の領域に不純物を導入することを含む
ことを特徴とする請求項４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】
実施形態は、固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の画素を有する固体撮像装置の各画素では、光に応じた電荷が電荷蓄積領域に蓄積され、電荷蓄積領域の電荷を転送電極により電荷電圧変換領域へ転送し、電荷電圧変換領域の電圧に応じた画素信号が信号線へ出力される。このとき、画素信号に応じて得られる画像の画質を向上するためには、一部の電荷が転送されずに電荷蓄積領域内に残ることに起因した残像の発生を抑制することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６４７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つの実施形態は、例えば、残像の発生を抑制できる固体撮像装置及び固体撮像装置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】
【０００５】
１つの実施形態によれば、複数の画素を有する固体撮像装置が提供される。複数の画素のそれぞれは、電荷蓄積領域と電荷電圧変換領域と転送電極とを有する。転送電極は、電荷蓄積領域に蓄積された電荷を電荷電圧変換領域へ転送するためのチャネルを形成する。電荷蓄積領域は、第１の領域と第２の領域とを有する。第２の領域は、第１の領域より転送電極から遠くに配され且つ転送電極に近づくようにスリット状に延びている。電荷蓄積領域は、第１の領域の不純物濃度に比べて第２の領域の不純物濃度が薄くなっている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態にかかる固体撮像装置を適用した撮像システムの構成を示す断面図。
【図２】実施形態にかかる固体撮像装置を適用した撮像システムの構成を示すブロック図。
【図３】実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す回路図。
【図４】実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す平面図、断面図、及び不純物濃度分布図。
【図５】実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す平面図、断面図、及び不純物濃度分布図。
【図６】実施形態にかかる固体撮像装置の動作を示す平面図及びポテンシャル分布図。
【図７】実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す平面図及び断面図。
【図８】実施形態の変形例にかかる固体撮像装置の構成を示す平面図及び断面図。
【図９】実施形態の他の変形例にかかる固体撮像装置の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（実施形態）
実施形態にかかる固体撮像装置について説明する。固体撮像装置は、例えば、図１及び図２に示す撮像システムに適用される。図１及び図２は、撮像システムの概略構成を示す図である。図１において、ＯＰは光軸を示している。
【０００９】
撮像システム１は、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどであってもよいし、カメラモジュールが電子機器に適用されたもの（例えばカメラ付き携帯端末等）でもよい。撮像システム１は、図２に示すように、撮像部２及び後段処理部３を有する。撮像部２は、例えば、カメラモジュールである。撮像部２は、撮像光学系４及び固体撮像装置５を有する。後段処理部３は、ＩＳＰ（Ｉｍａｇｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）６、記憶部７、及び表示部８を有する。
【００１０】
撮像光学系４は、撮影レンズ４７、ハーフミラー４９、メカシャッタ４６、レンズ４４、プリズム４５、及びファインダー４８を有する。撮影レンズ４７は、撮影レンズ４７ａ，４７ｂ、絞り（図示せず）、及びレンズ駆動機構４７ｃを有する。絞りは、撮影レンズ４７ａと撮影レンズ４７ｂとの間に配され、撮影レンズ４７ｂへ導かれる光量を調節する。なお、図１では、撮影レンズ４７が２枚の撮影レンズ４７ａ，４７ｂを有する場合が例示的に示されているが、撮影レンズ４７は多数枚の撮影レンズを有していてもよい。
【００１１】
固体撮像装置５は、撮影レンズ４７の予定結像面に配置されている。例えば、撮影レンズ４７は、入射した光を屈折させて、ハーフミラー４９及びメカシャッタ４６経由で固体撮像装置５の撮像面へ導き、固体撮像装置５の撮像面に被写体の像を形成する。固体撮像装置５は、被写体像に応じた画像信号を生成する。
【００１２】
固体撮像装置５は、図３に示すように、イメージセンサ９０、及び信号処理回路９１を有する。図３は、固体撮像装置５の回路構成を示す図である。イメージセンサ９０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよいし、ＣＣＤイメージセンサであっても良い。イメージセンサ９０は、画素配列ＰＡ、垂直シフトレジスタ９３、タイミング制御部９５、相関二重サンプリング部（ＣＤＳ）９６、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）９７及びラインメモリ９８を有する。
【００１３】
画素配列ＰＡでは、複数の画素Ｐが配列されている。各画素Ｐは、各画素Ｐへの入射光量に応じた画像信号を生成する。生成された画像信号は、タイミング制御部９５及び垂直シフトレジスタ９３によりＣＤＳ９６側へ読み出され、ＣＤＳ９６／ＡＤＣ９７を経て画像データへ変換され、ラインメモリ９８経由で信号処理回路９１に出力される。信号処理回路９１では、信号処理が行われる。これらの信号処理された画像データは、ＩＳＰ６に出力される。
【００１４】
固体撮像装置５の各画素Ｐでは、光に応じて発生した電荷が電荷蓄積領域に蓄積され、電荷蓄積領域の電荷を転送電極により電荷電圧変換領域へ転送し、電荷電圧変換領域の電圧に応じた画素信号が信号線へ出力される。このとき、画素信号に応じて得られる画像の画質を向上するためには、一部の電荷が転送されずに電荷蓄積領域内に残ることに起因した残像の発生を抑制することが望まれる。
【００１５】
そこで、本実施形態では、固体撮像装置５の各画素Ｐにおいて、転送電極に近づくようにスリット状に延びた不純物濃度の低い領域を電荷蓄積領域内に設けることで、電荷転送時に電荷蓄積領域内に残る電荷量を低減し残像の発生を抑制させる。
【００１６】
具体的には、固体撮像装置５では、複数の画素Ｐが１次元的に又は２次元的に配列されている。各画素Ｐは、例えば、図４及び図５に示すように構成されている。図４（ａ）及び図５（ａ）は、画素Ｐの構成を示す平面図である。図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、画素Ｐの構成を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切った場合の断面（Ｘ−Ｚ断面）を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線で切った場合の断面（Ｙ−Ｚ断面）を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）では、半導体基板ＳＢの表面ＳＢａに略垂直な方向をＺ方向とし、半導体基板ＳＢの表面ＳＢａに沿った面内で直交する２方向をＸ方向及びＹ方向として示している。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切った場合の断面におけるＸ方向に沿った位置（Ｘ位置）に応じた電荷蓄積領域１０内の不純物濃度の分布を示す図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線で切った場合の断面におけるＹ方向に沿った位置（Ｙ位置）に応じた電荷蓄積領域１０内の不純物濃度の分布を示す図である。図５（ｄ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線で切った場合の断面におけるＹ方向に沿った位置（Ｙ位置）に応じた電荷蓄積領域１０内の不純物濃度の分布を示す図である。
【００１７】
画素Ｐは、光電変換部ＰＤ、転送電極ＴＧ、及び電荷電圧変換領域ＦＤを備える。
【００１８】
光電変換部ＰＤは、電荷蓄積領域１０及び保護領域２０を有する。保護領域２０は、電荷蓄積領域１０を保護するように半導体基板ＳＢ内における半導体基板ＳＢの表面ＳＢａ近傍に設けられている。保護領域２０は、第２導電型（例えば、Ｐ型）の不純物をウェル領域６０より濃い濃度で含む。Ｐ型の不純物は、例えば、ボロンである。電荷蓄積領域１０及び保護領域２０の境界面は、電荷蓄積領域１０の上面１０ｃとなっており、半導体基板ＳＢの表面ＳＢａに沿った面になっている。
【００１９】
電荷蓄積領域１０は、半導体基板ＳＢ内における保護領域２０より深い位置に設けられている。電荷蓄積領域１０は、素子分離領域５０により、隣接する画素Ｐの電荷蓄積領域（図示せず）から電気的に分離されている。素子分離領域５０は、第２導電型の不純物をウェル領域６０より高い濃度で含む半導体で形成されていてもよいし、シリコン酸化物等の絶縁物で形成されていてもよい。
【００２０】
電荷蓄積領域１０は、第１導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウェル領域６０における第２導電型の不純物の濃度より濃い濃度で含む。第１導電型は、第２導電型の反対導電型である。Ｎ型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。
【００２１】
電荷蓄積領域１０は、転送電極ＴＧに近づくようにスリット状に延びた部分領域における第１導電型として機能するネット不純物濃度が、転送電極ＴＧ付近の部分領域における第１導電型として機能するネット不純物濃度より薄くなっている。第１導電型として機能するネット不純物濃度は、第１導電型の不純物濃度から第２導電型の不純物濃度を減算して得られる。
【００２２】
例えば電荷蓄積領域１０で蓄積すべき信号電荷が電子である場合、第１導電型はＮ型である。このとき、電荷蓄積領域１０では、図４（ｃ）に示すように、Ｘ方向における一端側から他端側へ進むに従い、ネット不純物濃度が濃い部分領域と薄い部分領域とが交互に現れる。Ｎ型として機能するネット不純物濃度は、Ｎ型の不純物濃度からＰ型の不純物濃度を減算して得られる。
【００２３】
図４（ｃ）では、縦軸がＮ型として機能するネット不純物濃度（Ｎ型−Ｐ型濃度）を示し、横軸がＸ方向に沿った位置（Ｘ位置）を示している。図４（ｃ）では、電荷蓄積領域１０において、Ｘ方向における一端側から他端側へ進むに従い、Ｎ型−Ｐ型濃度がＮ１→Ｎ２（＜Ｎ１）→Ｎ１→Ｎ２（＜Ｎ１）→Ｎ１→Ｎ２（＜Ｎ１）→Ｎ１→Ｎ２（＜Ｎ１）→Ｎ１→Ｎ２（＜Ｎ１）→Ｎ１→Ｎ２（＜Ｎ１）→Ｎ１と変化する場合が例示されている。ネット不純物濃度Ｎ２は、例えば、ウェル領域６０のネット不純物濃度に略均等であってもよい。
【００２４】
また、電荷蓄積領域１０では、図５（ｃ）に示すように、スリット状の部分領域を含む断面においてＹ方向に沿って転送電極ＴＧに近づくにつれて、Ｎ型として機能するネット不純物濃度がステップ状に濃くなっている。それに対して、図５（ｄ）に示すように、スリット状の部分領域を含まない断面においてＹ方向に沿って転送電極ＴＧに近づくにつれて、Ｎ型として機能するネット不純物濃度が略一定で濃くなっている。
【００２５】
図５（ｃ）では、スリット状の部分領域を含む断面（Ｂ−Ｂ断面）について、縦軸がＮ型として機能するネット不純物濃度（Ｎ型−Ｐ型濃度）を示し、横軸がＹ方向に沿った位置（Ｙ位置）を示している。図５（ｃ）では、電荷蓄積領域１０において、Ｙ方向に沿って転送電極ＴＧに近づくにつれてＮ型−Ｐ型濃度がＮ２（＜Ｎ１）→Ｎ１と変化する場合が例示されている。それに対して、図５（ｄ）では、スリット状の部分領域を含まない断面（Ｃ−Ｃ断面）について、縦軸がＮ型として機能するネット不純物濃度（Ｎ型−Ｐ型濃度）を示し、横軸がＹ方向に沿った位置（Ｙ位置）を示している。図５（ｄ）では、電荷蓄積領域１０において、Ｙ方向に沿って転送電極ＴＧに近づくにつれてＮ型−Ｐ型濃度がＮ１で略一定になっている場合が例示されている。
【００２６】
例えば、電荷蓄積領域１０は、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、複数の部分領域１１，１２ａ〜１２ｆ，１３ａ〜１３ｇを有する。部分領域１１は、部分領域１２ａ〜１２ｆ，１３ａ〜１３ｇより転送電極ＴＧの近くに位置にする。部分領域１１は、Ｎ型−Ｐ型濃度がＮ１となるように構成されている。すなわち、部分領域１１は、複数の部分領域１１，１２ａ〜１２ｆ，１３ａ〜１３ｇのうち、転送電極ＴＧの最も近くに位置し、Ｎ型−Ｐ型濃度が濃くなるように構成されている。
【００２７】
部分領域１２ａ〜１２ｆは、部分領域１１より転送電極ＴＧから遠くに配されるとともに、部分領域１３ａ〜１３ｇの間に配される。部分領域１２ａ〜１２ｆは、Ｎ型−Ｐ型濃度がＮ２（＜Ｎ１）となるように構成されている。部分領域１２ａ〜１２ｆのＮ型−Ｐ型濃度Ｎ２は、ウェル領域６０のＮ型−Ｐ型濃度に略均等であってもよい。部分領域１２ａ〜１２ｆは、電荷蓄積領域１０の上面１０ｃに垂直な方向から透視した場合に略Ｉ形状を有している。
【００２８】
例えば、複数の部分領域１２ａ〜１２ｆは、互いに離間しながら、電荷蓄積領域１０における転送電極ＴＧから遠い側の端縁１０ｅに沿って（Ｘ方向に沿って）配列されている。複数の部分領域１２ａ〜１２ｆは、電荷蓄積領域１０の重心を通りＹ方向に沿って延びた線（例えば、図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線）に関して略線対称に分布するように配列され得る。
【００２９】
また、各部分領域１２ａ〜１２ｆは、端縁１０ｅから転送電極ＴＧに近づくようにＹ方向（端縁１０ｅに略垂直な方向）に沿って延びている。各部分領域１２ａ〜１２ｆの幅（Ｘ方向における幅）は、Ｙ方向に一様であり、下限幅より太く且つ上限幅より細い。各部分領域１２ａ〜１２ｆの下限幅は、ネット不純物濃度Ｎ２によって電荷蓄積領域１０のポテンシャル分布に影響を与え得る下限となる幅である。各部分領域１２ａ〜１２ｆの上限幅は、電荷蓄積領域１０の飽和電荷量から決定される幅である。各部分領域１２ａ〜１２ｆの幅が太くなると飽和電荷量は減少する。
【００３０】
各部分領域１２ａ〜１２ｆの長さ（Ｙ方向に沿った長さ）は、電荷蓄積領域１０のＹ方向における幅の略半分以上であり且つ電荷蓄積領域１０のＹ方向における幅より小さくすることができる。
【００３１】
部分領域１３ａ〜１３ｇは、部分領域１１より転送電極ＴＧから遠くに配されるとともに、部分領域１２ａ〜１２ｆに対してＸ方向に隣接して配される。部分領域１３ａ〜１３ｇは、Ｎ型−Ｐ型濃度がＮ１となるように構成されている。すなわち、部分領域１３ａ〜１３ｇは、Ｎ型−Ｐ型濃度が部分領域１１と均等になるように配されている。Ｎ型−Ｐ型濃度がＮ１である領域は、部分領域１１及び部分領域１３ａ〜１３ｇを合わせた領域であり、電荷蓄積領域１０の上面１０ｃに垂直な方向から透視した場合に略熊手形状を有している。
【００３２】
例えば、複数の部分領域１３ａ〜１３ｇは、電荷蓄積領域１０における転送電極ＴＧから遠い側の端縁１０ｅに沿ってＸ方向に配列されている。複数の部分領域１３ａ〜１３ｇは、電荷蓄積領域１０の重心を通りＹ方向に沿って延びた線（例えば、図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線）に関して略線対称に分布するように配列され得る。また、各部分領域１３ａ〜１３ｇは、端縁１０ｅから転送電極ＴＧに近づくようにＹ方向に沿って延びている。
【００３３】
光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードであり、導かれた光に対してＰＮ接合領域で光電変換を行い、光に応じた電荷を発生させて例えば電荷蓄積領域１０に蓄積する。
【００３４】
転送電極ＴＧは、半導体基板ＳＢ上における光電変換部ＰＤに隣接した位置に配されている。転送電極ＴＧは、電荷蓄積領域１０及び電荷電圧変換領域ＦＤとともに転送トランジスタを構成している。この転送トランジスタは、アクティブレベルの制御信号が転送電極ＴＧに供給された際にオンすることにより、電荷蓄積領域１０に蓄積された電荷を電荷電圧変換領域ＦＤへ転送する。すなわち、転送電極ＴＧは、アクティブレベルの制御信号が供給された際に、電荷蓄積領域１０に蓄積された電荷を電荷電圧変換領域ＦＤへ転送するためのチャネルを形成する。
【００３５】
電荷電圧変換領域ＦＤは、半導体基板ＳＢのウェル領域６０内に配されている。電荷電圧変換領域ＦＤは、第１導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウェル領域６０における第２導電型の不純物の濃度よりも濃い濃度で含む。電荷電圧変換領域ＦＤは、転送トランジスタにより転送された電荷を電圧に変換する。図示しない増幅トランジスタは、その変換された電圧に応じた信号を信号線へ出力する。
【００３６】
ここで、仮に、電荷蓄積領域１０内の不純物濃度が一様であると、転送トランジスタがオフされている際における電荷蓄積領域１０内のＹ方向のポテンシャル分布は、図６（ｅ）に破線で示すようになる。すなわち、最大ポテンシャル位置Ｙｐ１が電荷蓄積領域１０の中央位置Ｙｃ近傍になる。これにより、転送トランジスタがオンされた際に、図６（ｄ）に破線で示すように、電荷蓄積領域１０と転送電極ＴＧとの間の領域近傍に電位障壁Ｖｂが形成されやすい。電荷蓄積領域１０と転送電極ＴＧとの間の領域近傍に電位障壁Ｖｂが形成されると、電荷蓄積領域１０に蓄積されていた一部の電荷が転送されずに電荷蓄積領域１０内に残る。これにより、固体撮像装置５で得られた画像信号に応じた画像における残像の発生が起こり得る。
【００３７】
それに対して、本実施形態では、転送電極ＴＧに遠い側から転送電極ＴＧに近づくようにスリット状に延びた不純物濃度の低い部分領域１２ａ〜１２ｆを電荷蓄積領域１０内に設ける。このため、転送トランジスタがオフされている際における電荷蓄積領域１０内のＹ位置ごとのポテンシャル分布は、図６（ｃ）に示すようになる。図６（ｂ）のＦ−Ｆ断面（図６（ｃ）の二点鎖線）に比べて、図６（ｂ）のＧ−Ｇ断面（図６（ｃ）の一点鎖線）及び図６（ｂ）のＨ−Ｈ断面（図６（ｃ）の実線）において、部分領域１２ａ〜１２ｆによりポテンシャルが低ポテンシャル側に持ち上げられる。これにより、図６（ｅ）に実線で示すように、最大ポテンシャル位置Ｙｐ２が電荷蓄積領域１０の中央位置Ｙｃより転送電極ＴＧに近い位置になる。例えば、最大ポテンシャル位置Ｙｐ２が図６（ｂ）のＦ−Ｆ断面（図６（ｃ）の二点鎖線）の位置になる。これにより、転送トランジスタがオンされた際に、図６（ｄ）に実線で示すように、電荷蓄積領域１０と転送電極ＴＧとの間の領域近傍に電位障壁Ｖｂが形成されにくい。この結果、電荷転送時に電荷蓄積領域１０内に残る電荷量を低減でき、固体撮像装置５で得られた画像信号に応じた画像における残像の発生を抑制できる。
【００３８】
あるいは、仮に、複数の部分領域１２ａ〜１２ｆが互いにつなげられて矩形状の部分領域として電荷蓄積領域１０内に設けられていると、図６（ｂ）のＦ−Ｆ断面（図６（ｃ）の二点鎖線）に比べて、図６（ｂ）のＧ−Ｇ断面（図６（ｃ）の一点鎖線）及び図６（ｂ）のＨ−Ｈ断面（図６（ｃ）の実線）において、矩形状の部分領域によりポテンシャルが低ポテンシャル側に一様に持ち上げられる。これにより、電荷蓄積領域１０の飽和電荷量が小さくなりやすく、信号のダイナミックレンジの拡大が困難になる。
【００３９】
それに対して、本実施形態では、転送電極ＴＧに遠い側から転送電極ＴＧに近づくようにスリット状に延びた不純物濃度の低い部分領域１２ａ〜１２ｆを電荷蓄積領域１０内に設ける。このため、Ｘ方向で見た場合に、転送トランジスタがオフされている際における部分領域１２ａ〜１２ｆのポテンシャルは低ポテンシャル側に一様に持ち上げられるのではなく、図６（ｃ）に示すように、Ｘ位置の中央部分で一番高いポテンシャルになり両側の素子分離領域５０に向かって低くなっていく。これにより、電荷蓄積領域１０の飽和電荷量を増加できる。
【００４０】
次に、固体撮像装置５の製造方法について図７を用いて説明する。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、固体撮像装置５の製造方法を示す平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の平面図をＤ−Ｄ線に沿って切った場合の断面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）の平面図をＥ−Ｅ線に沿って切った場合の断面図である。
【００４１】
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す工程では、半導体基板ＳＢを準備する。半導体基板ＳＢは、第２導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｐ型の不純物は、例えば、ボロンなどである。ウェル領域６０は、例えば、第２導電型の不純物を含む半導体で形成する。
【００４２】
半導体基板ＳＢ内に、素子分離領域５０を形成する。例えば素子分離領域５０を第２導電型の不純物を含む半導体で形成する場合、イオン注入法により、第２導電型の不純物を、ウェル領域６０より高い濃度になる注入量（ドーズ量）で加速電圧（注入エネルギー）を変えながら複数回導入する。あるいは、例えば素子分離領域５０を絶縁物で形成する場合、半導体基板ＳＢに溝を形成し、形成された溝に絶縁物を埋め込む。
【００４３】
また、半導体基板ＳＢ上に、転送電極ＴＧを形成する。例えば半導体基板ＳＢの表面ＳＢａの全面にゲート絶縁膜を形成後導電物質（金属又は導電性を持たせたポリシリコン）の膜を堆積し、堆積された導電物質の膜をパターニングする。これにより、転送電極ＴＧを形成する。そして、電荷電圧変換領域ＦＤとなるべき領域と転送電極ＴＧの一部とを選択的に露出するレジストパターン（図示せず）を形成する。レジストパターン及び転送電極ＴＧをマスクとして、電荷電圧変換領域ＦＤとなるべき領域に第１導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を導入する。これにより、電荷電圧変換領域ＦＤを形成する。
【００４４】
さらに、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉと転送電極ＴＧの一部を選択的に露出し領域１２ａｉ〜１２ｆｉを遮蔽するレジストパターンＲＰ１を形成する。領域１１ｉは、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける部分領域１１（図４（ａ）参照）に対応した領域である。領域１３ａｉ〜１３ｇｉは、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける部分領域１３ａ〜１３ｇ（図４（ａ）参照）に対応した領域である。領域１２ａｉ〜１２ｆｉは、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける部分領域１２ａ〜１２ｆ（図４（ａ）参照）に対応した領域である。レジストパターンＲＰ１は、平面視において、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉと転送電極ＴＧの一部に対応した開口パターンＲＰ１１を有している。レジストパターンＲＰ１は、領域１２ａｉ〜１２ｆｉに対応した遮蔽パターンＲＰ１２ａ〜ＰＲ１２ｆを有している。開口パターンＲＰ１１は、平面視において、略熊手形状を有している。各遮蔽パターンＲＰ１２ａ〜ＰＲ１２ｆは、平面視において、略Ｉ形状を有している。これにより、レジストパターンＲＰ１は、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉと転送電極ＴＧの一部を選択的に露出するとともに、領域１２ａｉ〜１２ｆｉ、転送電極ＴＧの残りの一部、電荷電圧変換領域ＦＤ、素子分離領域５０を覆う。
【００４５】
そして、イオン注入法により、レジストパターンＲＰ１をマスクとして半導体基板ＳＢに第１導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を導入する。すなわち、レジストパターンＲＰ１をマスクとして、第１導電型の不純物イオンを半導体基板ＳＢに注入する。Ｎ型の不純物は、例えば、リン、砒素などである。このとき、領域１１ｉ，１３ａ〜１３ｇのネット不純物濃度がＮ１になるような注入量（ドーズ量）で、半導体基板ＳＢに第１導電型の不純物イオンを注入する。
【００４６】
これにより、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉにＮ１の濃度で不純物が導入される。すなわち、部分領域１１，１３ａ〜１３ｇにＮ１の濃度で不純物が導入され、部分領域１２ａ〜１２ｆがウェル領域６０の濃度のままとされる（図５（ｂ）〜図５（ｄ）参照）。その後、レジストパターンＲＰ１を除去する。
【００４７】
そして、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａの表面を選択的に露出するレジストパターン（図示せず）を形成し、形成されたレジストパターンをマスクとして半導体基板ＳＢに第２導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を導入する。すなわち、レジストパターンをマスクとして、第２導電型の不純物イオンを半導体基板ＳＢに注入する。このとき、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける表面近傍の領域に注入されるような加速電圧（注入エネルギー）で、半導体基板ＳＢに第２導電型の不純物イオンを注入する。
【００４８】
これにより、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａ内において第２導電型の不純物イオンが注入された領域が保護領域２０として形成される。保護領域２０は、半導体基板ＳＢにおける表面ＳＢａ近傍に配された半導体領域になっている。それとともに、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａ内において第２導電型の不純物イオンが注入されなかった領域が電荷蓄積領域１０として残される。電荷蓄積領域１０は、半導体基板ＳＢにおける表面ＳＢａより深い位置に配された半導体領域になっている（図４（ｂ）参照）。
【００４９】
以上のように、実施形態では、固体撮像装置５の各画素Ｐの電荷蓄積領域１０において、部分領域１１に比べて、部分領域１１より転送電極ＴＧから遠くに配され且つ転送電極ＴＧに近づくようにスリット状に延びた部分領域１２ａ〜１２ｆの不純物濃度が薄くなっている。これにより、転送トランジスタがオフされている際における電荷蓄積領域１０内のＹ方向のポテンシャル分布において、転送電極ＴＧから遠い側で部分領域１２ａ〜１２ｆによりポテンシャルを低ポテンシャル側に持ち上げることができる。これにより、図６（ｅ）に実線で示すように、最大ポテンシャル位置Ｙｐ２が電荷蓄積領域１０の中央位置Ｙｃより転送電極ＴＧに近い位置になる。これにより、転送トランジスタがオンされた際に、図６（ｄ）に実線で示すように、電荷蓄積領域１０と転送電極ＴＧとの間の領域近傍に電位障壁Ｖｂが形成されにくい。この結果、電荷転送時に電荷蓄積領域１０内に残る電荷量を低減でき、固体撮像装置５で得られた画像信号に応じた画像における残像の発生を抑制できる。
【００５０】
また、実施形態では、固体撮像装置５の各画素Ｐの電荷蓄積領域１０において、複数の部分領域１２ａ〜１２ｆが、互いに離間しながら、転送電極ＴＧから遠い側の端縁１０ｅに沿って配列されている。これにより、電荷蓄積領域１０において、転送トランジスタがオフされている際に転送電極ＴＧから遠い側で部分領域１２ａ〜１２ｆによりポテンシャルを低ポテンシャル側に持ち上げることができる。また、Ｘ−Ｚ断面で見た場合に、転送トランジスタがオフされている際における部分領域１２ａ〜１２ｆのポテンシャルは低ポテンシャル側に一様に持ち上げられるのではなく、図６（ｃ）に示すように、Ｘ位置の中央部分で一番高いポテンシャルになり両側の素子分離領域５０に向かって低くなっていく。これにより、電荷蓄積領域１０の飽和電荷量を増加できる。
【００５１】
また、実施形態では、固体撮像装置５の製造方法において、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉを選択的に露出し領域１２ａｉ〜１２ｆｉを遮蔽するマスクパターンＲＰ１を用いて領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉに不純物を導入する。領域１２ａｉ〜１２ｆｉは、領域１１ｉより転送電極ＴＧから遠くに配され且つ転送電極ＴＧに近づくようにスリット状に延びた領域である。これにより、固体撮像装置５の各画素Ｐの電荷蓄積領域１０において、部分領域１１より転送電極ＴＧから遠くに配され且つ転送電極ＴＧに近づくようにスリット状に延びた部分領域であって部分領域１１より不純物濃度が薄い部分領域１２ａ〜１２ｆを形成することができる。
【００５２】
また、実施形態では、固体撮像装置５の製造方法において、電荷蓄積領域１０における部分領域１１，１２ａ〜１２ｆ，１３ａ〜１３ｇの形成を１回の不純物導入工程で一括して行うことができる。これにより、転送トランジスタのオフ時における最大ポテンシャル位置Ｙｐ２を電荷蓄積領域１０の中央位置Ｙｃより転送電極ＴＧに近い位置にするための構成を簡易な工程で形成できる。
【００５３】
なお、固体撮像装置５の製造方法において、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａへの不純物の導入方法はイオン注入法に限定されず他の方法を用いることができる。
【００５４】
イオン注入法に代えて固相拡散法を用いる場合、例えば、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す工程において、転送電極ＴＧ及び電荷電圧変換領域ＦＤを形成した後に、半導体基板ＳＢ及び転送電極ＴＧを覆う酸化膜７０ｉ（図示せず）を堆積する。酸化膜７０ｉの表面における領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉに対応した領域を選択的に露出するレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１をマスクとしてドライエッチングにより酸化膜７０ｉを加工して開口パターンＲＰ１１に対応した開口パターン７１を酸化膜７０に形成する。これにより、酸化膜７０は、ハードマスクとして、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉを選択的に露出するとともに、領域１２ａｉ〜１２ｆｉ、転送電極ＴＧ、電荷電圧変換領域ＦＤ、素子分離領域５０を覆う。そして、イオン注入を行う代わりに、固相拡散法を行う。すなわち、ＣＶＤ法により、第１導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を含む膜を酸化膜７０の開口パターン７１に埋め込む。半導体基板ＳＢを加熱し、その膜に含まれた第１導電型の不純物を領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉに拡散させる。このとき、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉのネット不純物濃度がＮ１になるように、膜に含ませる不純物の濃度や加熱温度を調整する。これにより、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉにＮ１の濃度で不純物が導入される。その後、酸化膜７０を除去する。
【００５５】
イオン注入法に代えて気相拡散法を用いる場合、例えば、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す工程において、転送電極ＴＧ及び電荷電圧変換領域ＦＤを形成した後に、半導体基板ＳＢ及び転送電極ＴＧを覆う酸化膜７０ｉ（図示せず）を堆積する。酸化膜７０ｉの表面における領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉに対応した領域を選択的に露出するレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１をマスクとしてドライエッチングにより酸化膜７０ｉを加工して開口パターンＲＰ１１に対応した開口パターン７１を酸化膜７０に形成する。これにより、酸化膜７０は、ハードマスクとして、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉを選択的に露出するとともに、領域１２ａｉ〜１２ｆｉ、転送電極ＴＧ、電荷電圧変換領域ＦＤ、素子分離領域５０を覆う。そして、イオン注入を行う代わりに、気相拡散法を行う。すなわち、第１導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を含む不純物ガスを半導体基板ＳＢに供給する。この状態で半導体基板ＳＢを加熱し、不純物ガスに含まれた第１導電型の不純物を領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉに拡散させる。このとき、領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉのネット不純物濃度がＮ１になるように、不純物ガスの供給量や加熱温度を調整する。これにより、電荷蓄積領域１０となるべき領域１０ａにおける領域１１ｉ，１３ａｉ〜１３ｇｉにＮ１の濃度で不純物が導入される。その後、酸化膜７０を除去する。
【００５６】
また、実施形態では第１導電型がＮ型で第２導電型がＰ型の場合を例示しているが、電荷蓄積領域１０で蓄積すべき信号電荷がホールである場合、第１導電型がＰ型で第２導電型がＮ型であってもよい。
【００５７】
また、固体撮像装置２０５の各画素Ｐ２００の光電変換部ＰＤ２００において、電荷蓄積領域２１０の各部分領域２１２ａ〜２１２ｆの幅（Ｘ方向における幅）は、転送電極ＴＧに近づくにつれて段階的に細くなっていてもよい。例えば、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すように、各部分領域２１２ａ〜２１２ｆにおいて、Ｙ方向における端縁１０ｅから転送電極ＴＧ側へ進むに従い、Ｘ方向の幅がＷ３→Ｗ２（＜Ｗ３）→Ｗ１（＜Ｗ２）と変化する場合が例示されている。部分領域２１２ａ〜２１２ｆの間及び両外側にある部分領域２１３ａ〜２１３ｇは、Ｙ方向における端縁１０ｅから転送電極ＴＧ側へ進むに従い、Ｘ方向の幅が段階的に太くなる。図８（ａ）は、画素Ｐ２００の構成を示す平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＩ−Ｉ線で切った場合の断面（Ｘ−Ｚ断面）を示す図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）のＪ−Ｊ線で切った場合の断面（Ｘ−Ｚ断面）を示す図である。図８（ｄ）は、図８（ａ）のＫ−Ｋ線で切った場合の断面（Ｘ−Ｚ断面）を示す図である。言い換えると、各部分領域２１２ａ〜２１２ｆの幅は、転送電極ＴＧから遠ざかるに従って段階的に太くなっている。
【００５８】
これにより、転送トランジスタがオフされている際に電荷蓄積領域２１０内で転送電極ＴＧから遠い側でポテンシャルを効率的に持ち上げることができるので、電荷蓄積領域２１０における最大ポテンシャル位置Ｙｐ２を電荷蓄積領域１０の中央位置Ｙｃより転送電極ＴＧに近い位置にすることがさらに容易である。
【００５９】
また、電荷蓄積領域２１０における部分領域１１，２１２ａ〜２１２ｆ，２１３ａ〜２１３ｇの形成は１回の不純物導入工程で一括して行うことができる。これにより、転送トランジスタのオフ時における最大ポテンシャル位置を電荷蓄積領域２１０の中央位置より転送電極ＴＧに近い位置にするための構成を簡易な工程で形成できる。
【００６０】
あるいは、実施形態の考え方を、２画素１セル構造の画素セルを複数備えた固体撮像装置に適用してもよい。
【００６１】
例えば、図９（ａ）に示す固体撮像装置３０５の各画素セルＰ３００は、光電変換部ＰＤ３０１，ＰＤ３０２、転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２、及び電荷電圧変換領域ＦＤ３００を備える。電荷電圧変換領域ＦＤ３００は、光電変換部ＰＤ３０１及び転送電極ＴＧ３０１に対応した画素Ｐ３０１と光電変換部ＰＤ３０２及び転送電極ＴＧ３０２に対応した画素Ｐ３０２とで共有されている。
【００６２】
各画素Ｐ３０１，Ｐ３０２は、平面視において、図４及び図５に示す画素Ｐの光電変換部ＰＤの４つの角部の１つを切り欠いて切欠部ＰＤ３０１ａ，ＰＤ３０２ａとするとともに、切り欠いてできたスペースに転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２及び電荷電圧変換領域ＦＤ３００を配置させる変更を加えたものである。そして、各画素セルＰ３００は、図９（ａ）に示すように、画素Ｐ３０１の光電変換部ＰＤ３０１の切欠部ＰＤ３０１ａと画素Ｐ３０２の光電変換部ＰＤ３０２の切欠部ＰＤ３０２ａとを隣接させ、それらの間に配置される電荷電圧変換領域ＦＤ３００を共通化させる変更をさらに加えたものである。
【００６３】
このとき、図９（ａ）に示すように、画素Ｐ３０１において、電荷蓄積領域３１０におけるスリット状の部分領域３１２ａ〜３１２ｆは、転送電極ＴＧ３０１に近づくように、転送電極ＴＧ３０１の長手方向に対して略垂直に延びていてもよい。この場合、部分領域３１１は、転送電極ＴＧ３０１の長手方向に沿って延びた平面視略Ｉ形状で設けられる。スリット状の部分領域３１２ａ〜３１２ｆは、電荷蓄積領域３１０における転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２から遠い側の端縁３１０ｅ１，３１０ｅ２に対して傾斜した方向に延びることになる。部分領域３１３ａ〜３１３ｇは、部分領域３１２ａ〜３１２ｆの間及び両外側に配される。画素Ｐ３０２においても同様である。
【００６４】
このような構成によっても、各画素Ｐ３０１，Ｐ３０２の転送トランジスタがオフされている際に電荷蓄積領域３１０内で転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２から遠い側でポテンシャルを持ち上げることができるので、電荷蓄積領域３１０における最大ポテンシャル位置を電荷蓄積領域３１０の中央位置より転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２に近い位置にすることができる。
【００６５】
また、電荷蓄積領域３１０における部分領域３１１，３１２ａ〜３１２ｆ，３１３ａ〜３１３ｇの形成は１回の不純物導入工程で一括して行うことができる。これにより、転送トランジスタのオフ時における最大ポテンシャル位置を電荷蓄積領域３１０の中央位置より転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２に近い位置にするための構成を簡易な工程で形成できる。
【００６６】
あるいは、図９（ｂ）に示すように、画素Ｐ３０１’において、電荷蓄積領域３１０’におけるスリット状の部分領域３１２ａ’〜３１２ｆ’は、転送電極ＴＧ３０１に近づくように、端縁３１０ｅ１，３１０ｅ２に対して略垂直に延びていてもよい。この場合、部分領域３１１’は、端縁３１０ｅ１，３１０ｅ２に略平行である２辺と切欠部ＰＤ３０１ａを構成する斜辺とで囲まれた平面視略三角形状で設けられる。スリット状の部分領域３１２ａ’〜３１２ｃ’は、電荷蓄積領域３１０’における転送電極ＴＧ３０１から遠い側の端縁３１０ｅ１に対して略垂直に延びる。スリット状の部分領域３１２ｄ’〜３１２ｆ’は、電荷蓄積領域３１０’における転送電極ＴＧ３０１から遠い側の端縁３１０ｅ２に対して略垂直に延びる。部分領域３１３ａ’〜３１３ｇ’は、部分領域３１２ａ’〜３１２ｆ’の間及び両外側に配される。画素Ｐ３０２’においても同様である。
【００６７】
このような構成によっても、各画素Ｐ３０１’，Ｐ３０２’の転送トランジスタがオフされている際に電荷蓄積領域３１０’内で転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２から遠い側でポテンシャルを持ち上げることができるので、電荷蓄積領域３１０’における最大ポテンシャル位置を電荷蓄積領域３１０’の中央位置より転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２に近い位置にすることができる。
【００６８】
また、電荷蓄積領域３１０’における部分領域３１１’，３１２ａ’〜３１２ｆ’，３１３ａ’〜３１３ｇ’の形成は１回の不純物導入工程で一括して行うことができる。これにより、転送トランジスタのオフ時における最大ポテンシャル位置を電荷蓄積領域３１０’の中央位置より転送電極ＴＧ３０１，ＴＧ３０２に近い位置にするための構成を簡易な工程で形成できる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１  撮像システム、５，２０５，３０５  固体撮像装置、１０，２１０，３１０，３１０’  電荷蓄積領域、ＦＤ，ＦＤ３００  電荷電圧変換領域、Ｐ，Ｐ２００，Ｐ３０１，Ｐ３０２，Ｐ３０１’，Ｐ３０２’  画素、ＴＧ，ＴＧ３０１，ＴＧ３０２  転送電極。
【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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【図８】
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【図９】
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