CN101627475B - 固体摄像元件、固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体摄像元件、固体摄像装置及其制造方法，提供一种减少读出沟道的面积，且受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例较大的CCD固体摄像元件。提供一种固体摄像元件，其特征在于，包括：第1导电型半导体层；形成在第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层；形成在第1导电型柱状半导体层的上部，且电荷量根据受光的不同而变化的第2导电型光电转换区域；以及与第1导电型柱状半导体的上端隔着规定间隔而形成在第2导电型光电转换区域的表面的第1导电型高浓度杂质区域，在第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜而形成有传送电极，在传送电极的下方形成有第2导电型CCD沟道区域，在第2导电型光电转换区域与第2导电型CCD沟道区域所夹着的区域形成有读出沟道。

Description

固体摄像元件、固体摄像装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及固体摄像元件、固体摄像装置及其制造方法，特别涉及CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)固体摄像元件、CCD固体摄像装置及其制造方法。
背景技术
以往用在摄像机(video camera)等的固体摄像元件中，将光检测元件排列成矩阵状，且在光检测元件列之间具有用以读出在该光检测元件列所产生的信号电荷的垂直电荷耦合元件(垂直CCD：Charge Coupled Device)。
接着，表示上述以往的固体摄像元件的构造(例如参照专利文献1)。图1表示以往的固体摄像元件的单位像素的剖视图。光电二极管(PD，photo diode)由形成在形成于n型基板11上的p型井区域12内且具有作为电荷蓄积层的功能的n型光电转换区域13、以及形成在n型光电转换区域13上的p+型区域14所构成。
此外，n型CCD沟道(channel)区域16作为n型杂质添加区域而形成在p型井区域12内。在n型CCD沟道区域16与将信号电荷读出于该n型CCD沟道区域16一侧的光电二极管之间设有由p型杂质添加区域所形成的读出沟道。接着，在光电二极管产生的信号电荷在暂时蓄积于n型光电转换区域13之后，经由读出沟道而被读出。
另一方面，在n型CCD沟道区域16与其他光电二极管之间设有p+型元件分离区域15。利用该p+型元件分离区域15，以使光电二极管与n型CCD沟道区域16进行电分离，并且使n型CCD沟道区域16彼此也以不相互接触的方式分离。
在半导体基板的表面隔着Si氧化膜17而形成有以通过光电二极管间的方式沿水平方向延伸的传送电极18。另外，传送电极18中的、经由位于施加有读出信号的电极的下方的读出沟道，由光电二极管产生的信号电荷被读出到n型CCD沟道区域16。
形成有传送电极18的半导体基板的表面形成有金属遮蔽膜20。金属遮蔽膜20在各光电二极管上具有作为光透射部的金属遮蔽膜开口部24，该光透射部使作为受光部的p+型区域14所接受的光透射。
专利文献1：日本特开2000-101056号公报
发明内容
如上所述，在以往的固体摄像元件中，光电二极管(PD)、读出沟道、n型CCD沟道区域、p+型元件分离区域形成为平面，在受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例增大时会有极限。因此，本发明的目的在于提供一种减少读出沟道的面积，且受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例较大的CCD固体摄像元件。
本发明的第1技术方案提供一种固体摄像元件，其特征在于，包括：第1导电型半导体层；形成在第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层；形成在第1导电型柱状半导体层的上部，且电荷量根据受光的不同而变化的第2导电型光电转换区域；以及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔而形成在第2导电型光电转换区域的表面的第1导电型高浓度杂质区域，在第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极(gate)绝缘膜而形成有传送电极，在传送电极的下方形成有第2导电型CCD沟道区域，在第2导电型光电转换区域与第2导电型CCD沟道区域所夹着的区域形成有读出沟道。
本发明的第2技术方案提供一种固体摄像装置，以行列状排列有固体摄像元件，其特征在于，包括：第1导电型半导体层；形成在第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层；形成在第1导电型柱状半导体层的上部，且电荷量根据受光的不同而变化的第2导电型光电转换区域；以及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔而形成在第2导电型光电转换区域的表面的第1导电型高浓度杂质区域，在第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜而形成有传送电极，在传送电极的下方形成有第2导电型CCD沟道区域，在第2导电型光电转换区域与第2导电型CCD沟道区域所夹着的区域形成有读出沟道。
优选第2导电型CCD沟道区域至少由在相邻的上述第1导电型柱状半导体层列之间的各列间沿列方向延伸的第2导电型杂质区域所构成，且以使第2导电型CCD沟道区域不会相互接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质构成的元件分离区域。
更优选的是，包括在第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜而形成的传送电极的多个传送电极在相邻第1导电型柱状半导体层行之间的各行间沿行方向延伸，且以沿着第2导电型CCD沟道区域传送固体摄像元件所产生的信号电荷的方式分开规定间隔而排列。
本发明的第3技术方案提供一种固体摄像装置，该固体摄像装置是使第1固体摄像元件列和第2固体摄像元件列隔着第2间隔排列而成的元件列的组朝第1方向偏移规定量且隔着第2间隔排列多组的固体摄像装置，该第1固体摄像元件列中以第1间隔沿第1方向排列有多个固体摄像元件，该第2固体摄像元件列中以第1间隔沿第1方向排列有多个固体摄像元件、且相对于第1固体摄像元件列朝第1方向偏移规定量配置，该固体摄像装置的特征在于，包括：第1导电型半导体层；形成在第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层；形成在第1导电型柱状半导体层的上部，且电荷量根据受光的不同而变化的第2导电型光电转换区域；以及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔而形成在第2导电型光电转换区域的表面的第1导电型高浓度杂质区域，在第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜而形成有传送电极，在传送电极的下方形成有第2导电型CCD沟道区域，在第2导电型光电转换区域与第2导电型CCD沟道区域所夹着的区域形成有读出沟道。
优选的是，第2导电型CCD沟道区域至少由在相邻柱状半导体层列之间的各列间，通过该相邻第1导电型柱状半导体层列的各柱状半导体层之间而沿列方向延伸的第2导电型杂质区域所构成，且以使第2导电型CCD沟道区域不会相互接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域。
更优选的是，传送电极在相邻柱状半导体层行之间的各行间，以通过相邻柱状半导体层行的各柱状半导体层之间而沿行方向延伸，以沿着第2导电型CCD沟道区域传送在固体摄像元件所产生的信号电荷的方式离开规定间隔而排列。
本发明的第4技术方案提供一种固体摄像元件的制造方法，其特征在于，包括：形成第1导电型半导体层、第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层、第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；在第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序；在第1导电型柱状半导体层的侧面形成栅极绝缘膜的工序；以及在第2导电型CCD沟道区域的上方，在第1导电型柱状半导体层的侧面隔着上述栅极绝缘膜而形成传送电极的工序。
优选的是，形成第1导电型半导体层、第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层、第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序进一步包括：形成比第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层的工序；在比第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层上形成第2导电型的半导体层的工序；在第2导电型的半导体层上形成第1导电型的高浓度杂质半导体层的工序；对于比第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层、第2导电型的半导体层及第1导电型的高浓度杂质半导体层进行选择性蚀刻，形成第1导电型半导体层、第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层、第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及第2导电型光电转换区域上面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；在第1导电型半导体层的表面、第2导电型光电转换区域的侧面以及第1导电型柱状半导体层的侧面形成氧化膜的工序；将通过离子注入而在第2导电型光电转换区域的侧面表面制作第1导电型高浓度杂质区域时的掩模材堆积在第1导电型柱状半导体层的侧面的工序；以及通过离子注入而在第2导电型光电转换区域的侧面表面制作第1导电型高浓度杂质区域的工序。
本发明的第5技术方案提供一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，包括：形成第1导电型半导体层、第1导电型半导体层上的多个第1导电型柱状半导体层、多个第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；在第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序；在多个第1导电型柱状半导体层的侧面形成栅极绝缘膜的工序；以及在第2导电型CCD沟道区域的上方，至少在多个第1导电型柱状半导体层的侧面隔着上述栅极绝缘膜而形成传送电极的工序。
优选的是，形成第1导电型半导体层、第1导电型半导体层上的多个第1导电型柱状半导体层、多个第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序进一步包括：形成比第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层的工序；在比第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层上形成第2导电型的半导体层的工序；在第2导电型的半导体层上形成第1导电型的高浓度杂质半导体层的工序；对于比第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层、第2导电型的半导体层及第1导电型的高浓度杂质半导体层进行选择性蚀刻，形成第1导电型半导体层、第1导电型半导体层上的多个第1导电型柱状半导体层、多个第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及第2导电型光电转换区域上面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；在第1导电型半导体层的表面、第2导电型光电转换区域的侧面以及第1导电型柱状半导体层的侧面形成氧化膜的工序；将通过离子注入而在第2导电型光电转换区域的侧面表面制作第1导电型高浓度杂质区域时的掩模材堆积在多个第1导电型柱状半导体层之间的工序；以及通过离子注入而在第2导电型光电转换区域的侧面表面制作第1导电型高浓度杂质区域的工序。
优选的是，在第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序是在多个第1导电型柱状半导体层间的第1导电型半导体层表面形成第2导电型杂质区域，且在第2导电型杂质区域形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域，且形成至少在相邻的上述第1导电型柱状半导体层列之间的各列之间沿列方向延伸且彼此分离的第2导电型CCD沟道区域的工序。
优选的是，在第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序进一步包括：在多个第1导电型柱状半导体层的侧面及第2导电型光电转换区域的侧面形成氮化膜的工序；在多个第1导电型柱状半导体层间的上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型杂质区域的工序；将用以形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域的掩模材堆积在上述第2导电型杂质区域上的工序；以及通过离子注入而将由第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域形成在第2导电型杂质区域的工序，因而至少在相邻的第1导电型柱状半导体层列之间的各列间形成沿列方向延伸且彼此分离的第2导电型CCD沟道区域。
更优选的是，在多个第1导电型柱状半导体层的侧面及第2导电型光电转换区域的侧面形成氮化膜的工序在通过该工序的前工序所形成的构造的表面形成氮化膜，且通过进行回蚀(etchback)，在多个第1导电型柱状半导体层的侧面、第2导电型光电转换区域的侧面及第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的侧面，使氮化膜残留成侧壁间隔件状。
在以往的CCD固体摄像元件中，光电二极管(PD)、读出沟道、n型CCD沟道区域、p+型元件分离区域形成为平面，在受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例增大时会有极限，但是若根据本发明，通过将读出沟道配置成非水平，能提供一种大幅减少读出沟道的占有面积，且受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例较大的CCD固体摄像元件。
附图说明
图1表示以往固体摄像元件的单位像素的剖视图。
图2本发明的一个CCD固体摄像元件的概略图。
图3本发明的一个C CD固体摄像元件的俯视图。
图4是图3的X1-X1’剖视图。
图5是图3的Y1-Y1’剖视图。
图6是以行列状配置的CCD固体摄像元件的概略图。
图7是以行列状配置的CCD固体摄像元件的俯视图。
图8是图7的X2-X2’剖视图。
图9图7的Y2-Y2’剖视图。
图10是配置成蜂巢状的CCD固体摄像元件的概略图。
图11是配置成蜂巢状的CCD固体摄像元件的俯视图。
图12是图11的X3-X3’剖视图。
图13是图11的Y3-Y3’剖视图。
图14(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图14(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图15(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图15(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图16(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图16(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图17(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图17(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图18(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图18(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图19(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图19(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图20(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图20(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图21(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图21(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图22(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图22(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图23(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图23(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图24(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图24(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图25(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图25(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图26(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图26(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图27(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图27(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图28(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图28(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图29(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图29(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
图30(a)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的X2-X2’剖视工序图。
图30(b)是表示本发明的固体摄像元件的制造例的Y2-Y2’剖视工序图。
附图标记说明
11、111、164、211、n型基板；12、112、165、212、p型井区域；13、113、166、167、168、169、172、217、218、242、243、n型光电转换区域；14、114、153、154、155、156、157、158、302、221、222、223、224、225、226、227、228、229、230、p+型区域；15、115、162、163、p+型元件分离区域；16、116、159、160、161、207、208、209、210、n型CCD沟道区域；17、Si氧化膜；18、118、119、141、142、143、144、145、146、201、202、203、204、205、206、传送电极；20、120、170、241、金属遮蔽膜；24、金属遮蔽膜开口部；121、180、250、309、氧化膜；130、受光部(光电二极管)；131、181、183、251、253、柱状半导体层；132、182、184、252、254、读出沟道；133、185、186、255、256、栅极绝缘膜；147、148、149、150、151、152、231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、光电二极管(PD)；213、214、215、216、p+型元件分离区域；301、315、n型区域；303、304、305、306、氧化膜掩模；307、308、柱状半导体；310、320、多晶硅；311、312、313、314、侧壁间隔件；316、317、318、321、322、323、324、325、326、抗蚀剂；319、栅极氧化膜。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施方式。
将本发明第1实施方式的一个CCD固体摄像元件的概略图及俯视图分别表示于图2及图3。此外，图4是图3的X1-X1’剖视图，图5是图3的Y1-Y1’剖视图。
在n型基板111上形成有p型井区域112，在p型井区域112上进一步形成有p型的柱状半导体层131。在p型柱状半导体层131的上部形成有电荷量根据受光的不同而变化的n型光电转换区域113，此外，在该n型光电转换区域113的表面上与p型柱状半导体层131的上端隔着规定间隔而形成有p+型区域114。由p+型区域114及n型光电转换区域113形成受光部(光电二极管)130。此外，在p型柱状半导体层131的侧面隔着栅极绝缘膜133而形成有传送电极118、119。在传送电极118、119的下方形成有n型CCD沟道区域116。在p型柱状半导体层的上部的n型光电转换区域113及n型CCD沟道区域116所夹着的区域形成有读出沟道132。此外，以将元件分离的方式，在传送电极118、119的下方形成有p+型元件分离区域115。在p+型区域114连接有金属遮蔽膜120。形成氧化膜121作为层间绝缘膜。
在对传送电极118或119施加读出信号时，经由读出沟道132将蓄积在光电二极管130的信号电荷读出在n型CCD沟道区域116。此外，所读出的信号电荷通过传送电极118、119而沿垂直(Y1-Y1’)方向传送。
接着，将本发明第2实施方式的以行列状配置有多个第1实施方式的CCD固体摄像元件的固体摄像装置的一部分的概略图及俯视图分别表示于图6及图7。
在图6及图7中，以规定间隔(垂直像素间距VP)将包括具有p+型区域153、155、157的光电二极管(PD)147、149、151的固体摄像元件沿垂直(Y2-Y2’)方向(列方向)排列在半导体基板上(第1固体摄像元件列)。使与第1固体摄像元件列的固体摄像元件的各元件垂直方向的位置相同而相邻，以与第1固体摄像元件列相同的规定间隔(垂直像素间距VP)沿垂直方向排列包括具有p+型区域154、156、158的光电二极管(PD)148、150、152的固体摄像元件(第2固体摄像元件列)。第1固体摄像元件列及第2固体摄像元件列以与垂直像素间距相同的间隔(水平像素间距HP)配置。如上所示，具有光电二极管147、149、151、148、150、152的固体摄像元件以所谓的行列状排列。
在相邻排列的第1固体摄像元件列的p型柱状半导体层与第2固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间设有用以读出在光电二极管147、149、151所产生的信号电荷且沿垂直方向传送的n型CCD沟道区域160。同样地，为了读出在其他光电二极管所产生的信号电荷且沿垂直方向传送，而设有n型CCD沟道区域159、161。n型CCD沟道区域在以行列状排列的p型柱状半导体层之间沿垂直方向延伸。并且，以使n型CCD沟道区域彼此相互分离而不相接触的方式设置p+型元件分离区域162、163。在本实施方式中，p+型元件分离区域162、163沿着第1及第2固体摄像元件列的轴线以及p型柱状半导体层的外缘而设置，但是p+型元件分离区域只要能以使相邻的n型CCD沟道区域不相互接触的方式设置即可，例如，也可由图7的配置朝X2方向偏移而配置p+型元件分离区域162、163。
在沿水平(X2-X2’)方向(行方向)排列具有光电二极管151、152的固体摄像元件的第1固体摄像元件行的p型柱状半导体层、与沿水平方向排列具有光电二极管149、150的固体摄像元件的第2固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间，设有沿垂直方向传送由光电二极管读出至n型CCD沟道区域159、160、161的信号电荷的传送电极146、145、144。此外，在沿水平方向排列具有光电二极管149、150的固体摄像元件的第2固体摄像元件列的p型柱状半导体层、与沿水平方向排列具有光电二极管147、148的固体摄像元件的第3固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间设有传送电极143、142、141。在对传送电极143施加读出信号时，经由读出沟道，将蓄积在光电二极管149、150的信号电荷读出于n型CCD沟道区域160、161。传送电极在以行列状排列的p型柱状半导体层之间沿水平方向延伸。
另外，光电二极管147由p+型区域153及n型光电转换区域166所构成，而且，光电二极管148由p+型区域154及n型光电转换区域167所构成。
图8是图7的X2-X2’剖视图，图9图7的Y2-Y2’剖视图。
以下对图7中第二行第一列的固体摄像元件加以说明。在n型基板164上形成有p型井区域165，在p型井区域165上进一步形成有p型柱状半导体层181。在p型柱状半导体层181的上部形成有电荷量根据受光的不同而变化的n型光电转换区域168，此外，在该n型光电转换区域168的表面上与p型柱状半导体层181的上端隔着规定间隔而形成有p+型区域155。由p+型区域155及n型光电转换区域168形成光电二极管149。此外，在p型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜185而形成有传送电极143、144。在传送电极143、144的下方形成有n型CCD沟道区域160。在p型柱状半导体层181的上部的n型光电转换区域168及n型CCD沟道区域160所夹着的区域形成有读出沟道182。
接着，对图7中第二行第二列的固体摄像元件加以说明。在n型基板164上形成有p型井区域165，在p型井区域165上进一步形成有p型柱状半导体层183。在p型柱状半导体层183的上部形成有电荷量根据受光的不同而变化的n型光电转换区域169，此外，在该n型光电转换区域169的表面上与p型柱状半导体层183的上端隔着规定间隔而形成有p+型区域156。由p+型区域156及n型光电转换区域169形成受光部(光电二极管)150。此外，在p型柱状半导体层183的侧面隔着栅极绝缘膜186而形成有传送电极143、144。在传送电极143、144的下方形成有n型CCD沟道区域161。在p型柱状半导体层183上部的n型光电转换区域169及n型CCD沟道区域161所夹着的区域形成有读出沟道184。
在p+型区域155、156、153、157连接有金属遮蔽膜170。在各元件间形成有氧化膜180作为层间绝缘膜。接着，以使n型CCD沟道区域彼此相互分离而不会接触的方式设置p+型元件分离区域162、163。在本实施方式中，p+型元件分离区域162、163沿着第1及第2固体摄像元件列的轴线以及p型柱状半导体层的外缘而设置，但是p+型元件分离区域只要能以使相邻的n型CCD沟道区域不相互接触的方式设置即可，例如，也可由图7的配置朝X2方向偏移而配置p+型元件分离区域162、163。另外，光电二极管151由p+型区域157及n型光电转换区域172所构成。
如上所述，在相邻固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间设有以通过相邻固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间的方式沿行方向延伸的传送电极141、142、143、144、145、146，这些电极离开规定间隔而配置。与p型柱状半导体层相邻的传送电极141、143、144、146隔着栅极氧化膜而形成在p型柱状半导体层的侧面。传送电极141、142、143、144、145、146与n型CCD沟道区域一起构成用以将在光电二极管产生的信号电荷沿垂直方向传送的垂直电荷传送装置(VC CD)。VCCD形成为3相驱动(φ1～φ3)，通过对于各光电二极管以不同相位驱动的三个传送电极，将在光电二极管产生的信号电荷沿垂直方向传送。在本实施方式中，VCCD虽是3相驱动，但是也可将VCCD形成为由适当的任意数目的相进行驱动的结构，这对于该技术领域人员是显而易见的。
在第2实施方式中，表示以行列状排列好CCD固体摄像元件的固体摄像装置，但如图10、图11、图12、图13所示，也可将CCD固体摄像元件配置成蜂巢状。因此，以本发明的第3实施方式而言，对将第1实施方式的CCD固体摄像元件配置成蜂巢状的固体摄像装置加以说明。将CCD固体摄像元件配置成蜂巢状的固体摄像装置的一部分的概略图及俯视图分别表示于图10及图11。
在图10及图11中，将包括具有p+型区域228、223的光电二极管(PD)236、231的固体摄像元件以规定间隔(垂直像素间距VP)沿垂直(Y3-Y3’)方向(列方向)排列在半导体基板上(第1固体摄像元件列)。与第1固体摄像元件列隔着与垂直像素间距相同间隔(水平像素间距HP)的1/2，以与第1固体摄像元件列相同的规定间隔沿垂直方向排列包括具有p+型区域226、221的光电二极管234、239的固体摄像元件，而且相对于第1固体摄像元件列沿垂直方向偏移垂直像素间距VP的1/2地配置(第2固体摄像元件列)。此外，与第2固体摄像元件列隔着与垂直像素间距相同间隔(水平像素间距HP)的1/2，以与第1固体摄像元件列相同的规定间隔沿垂直方向排列包括具有p+型区域229、224的光电二极管237、232的固体摄像元件，而且相对于第2固体摄像元件列沿垂直方向偏移垂直像素间距VP的1/2地配置(第3固体摄像元件列)。同样地，与第3固体摄像元件列隔着与垂直像素间距相同间隔(水平像素间距HP)的1/2，以与第1固体摄像元件列相同的间隔沿垂直方向排列包括具有p+型区域227、222的光电二极管235、240的固体摄像元件，而且相对于第3固体摄像元件列沿垂直方向偏移垂直像素间距VP的1/2地配置(第4固体摄像元件列)，而且与第4固体摄像元件列隔着与垂直像素间距相同间隔(水平像素间距HP)的1/2，以与第1固体摄像元件列相同的间隔沿垂直方向排列包括具有p+型区域230、225的光电二极管238、233的固体摄像元件，而且相对于第4固体摄像元件列沿垂直方向偏移垂直像素间距VP的1/2地配置(第5固体摄像元件列)。即，具有光电二极管236、231、234、239、237、232、235、240、238、233的固体摄像元件排列成所谓的蜂巢状。
在相邻排列的第1固体摄像元件列的p型柱状半导体层与第2固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间，设有用以读出在光电二极管236、231所产生的信号电荷且沿垂直方向传送的n型CCD沟道区域207。同样地，在第2固体摄像元件列的p型柱状半导体层与第3固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间、在第3固体摄像元件列的p型柱状半导体层与第4固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间、以及在第4固体摄像元件列的p型柱状半导体层与第5固体摄像元件列的p型柱状半导体层之间分别设有：用以读出在光电二极管234、239所产生的信号电荷且沿垂直方向传送的n型CCD沟道区域208；用以读出在光电二极管237、232所产生的信号电荷且沿垂直方向传送的n型CCD沟道区域209；以及用以读出在光电二极管235、240所产生的信号电荷且沿垂直方向传送的n型CCD沟道区域210。这些n型CCD沟道区域一边在排列成蜂巢状的p型柱状半导体层之间蜿蜒，一边沿垂直方向延伸。此外，以使n型CCD沟道区域彼此相互分离而不会接触的方式设置p+型元件分离区域213、214、215、216。在本实施方式中，p+型元件分离区域213、214、215、216虽沿着第1～5的固体摄像元件列的轴线及沿着p型柱状半导体层的外缘而设置，但是p+型元件分离区域只要能以使相邻的n型CCD沟道区域不会相互接触的方式设置即可，例如可将p+型元件分离区域213、214、215、216由图11的配置朝X3方向偏移而配置。
在将具有光电二极管236、237、238的固体摄像元件沿水平(X3-X3’)方向(行方向)排列的第1固体摄像元件行的p型柱状半导体层、与将具有光电二极管234、235的固体摄像元件沿水平方向排列的第2固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间设有传送电极206、205。同样地，在将具有光电二极管234、235的固体摄像元件沿水平方向排列的第2固体摄像元件行的p型柱状半导体层、与将具有光电二极管231、232、233的固体摄像元件沿水平方向排列的第3固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间、以及在将具有光电二极管231、232、233的固体摄像元件沿水平方向排列的第3固体摄像元件行的p型柱状半导体层、与具有光电二极管239、240的固体摄像元件沿水平方向排列的第4固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间分别设有传送电极204、203及传送电极202、201。这些传送电极一边在以蜂巢状排列的p型柱状半导体层之间蜿蜒一边沿水平方向延伸。
另外，光电二极管239由p+型区域221及n型光电转换区域217所构成，而且光电二极管240由p+型区域222及n型光电转换区域218所构成。
图12是图11的X3-X3’剖视图，图13是图11的Y3-Y3’剖视图。
以下说明图11中的第二行第一列的固体摄像元件。在n型基板211上形成有p型井区域212，在p型井区域212上进一步形成有p型柱状半导体层251。在p型柱状半导体层251的上部形成有电荷量根据受光的不同而变化的n型光电转换区域242，此外，在该n型光电转换区域242的表面上与p型柱状半导体层251的上端隔着规定间隔而形成有p+型区域226。此外，在p型柱状半导体层251的侧面隔着栅极绝缘膜255而形成有传送电极204、205。在传送电极204、205的下方形成有n型CCD沟道区域208。在p型柱状半导体层251上部的n型光电转换区域242与n型CCD沟道区域208所夹着的区域形成有读出沟道252。
接着，说明图11中的第二行第四列的固体摄像元件。在n型基板211上形成有p型井区域212，在p型井区域212上进一步形成有p型柱状半导体层253。在p型柱状半导体层253的上部形成有电荷量根据受光的不同而变化的n型光电转换区域243，此外，在该n型光电转换区域243的表面上与p型柱状半导体层的上端隔着规定间隔而形成有p+型区域227。此外，在p型柱状半导体层253的侧面隔着栅极绝缘膜256而形成有传送电极204、205。在传送电极204、205的下方形成有n型CCD沟道区域210。在p型柱状半导体层253上部的n型光电转换区域243与n型CCD沟道区域210所夹着的区域形成有读出沟道254。
接着，以使n型CCD沟道区域彼此分离而不相接触的方式设置p+型元件分离区域213、214、215、216。在本实施方式中，p+型元件分离区域213、214、215、216沿着第1～5固体摄像元件列的轴线以及p型柱状半导体层的外缘而设置，p+型元件分离区域只要能使相邻的n型CCD沟道区域不会相互接触的方式设置即可，例如也可将p+型元件分离区域213、214、215、216由图11的配置朝X3方向偏移而配置。
如上所述，在相邻固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间设有以通过相邻固体摄像元件行的p型柱状半导体层之间的方式沿行方向延伸的传送电极201、202、203、204、205、206。传送电极201、202、203、204、205、206隔着栅极氧化膜而形成在p型柱状半导体层的侧面且离开规定间隔而配置。传送电极201、202、203、204、205、206与n型CCD沟道区域一起构成将在光电二极管产生的信号电荷沿垂直方向传送的垂直电荷传送装置(VCCD)。VCCD形成为4相驱动(φ1～φ4)，通过对于各光电二极管以不同的相位驱动的4个传送电极，将在光电二极管产生的信号电荷沿垂直方向传送。在本实施方式中，VCCD虽是4相驱动，但是也可将VCCD形成为由适当的任意数目的相进行驱动的结构，这对于该技术领域人员是显而易见的。
传送电极201、202、203、204、205、206的表面通过氧化膜(平坦化膜)250覆盖，且在该氧化膜上形成有金属遮蔽膜241。金属遮蔽膜241在每一光电二极管上具有圆形开口部，以作为使在受光部即p+型区域所接受的光透射的光透射部。
另外，虽省略图示，但与一般的CCD图像传感器一样，在上述金属遮蔽膜上隔着保护膜或平坦化膜而形成有滤色片(color filter)、微透镜(micro lens)等。
接着，参照图14～图30，说明用以形成本发明的实施方式的固体摄像元件、固体摄像装置的制造工序的一例。
图14～图30的(a)、(b)分别与图7的X2-X2’、Y2-Y2’截面相对应。
在硅n型基板164上形成p型井区域165，在其上部形成n型区域301，且形成p+型区域302(图14(a)、图14(b))。
接着，堆积氧化膜，且进行蚀刻，从而形成氧化膜掩模303、304、305、306(图15(a)、图15(b))。
对硅进行蚀刻而形成柱状半导体181、183、307、308(图16(a)、图16(b))。
为了防止离子注入时的离子穿隧(ion channeling)，而形成氧化膜309(图17(a)、图17(b))。
为了形成离子注入时的掩模，堆积多晶硅310，且平坦化并进行回蚀(图18(a)、图18(b))。以掩模材而言，也可使用抗蚀剂等其他材料。
进行离子注入，以形成p+型区域155、156、153、157(图19(a)、图19(b))。
对多晶硅进行蚀刻而将其去除(图20(a)、图20(b))。
为了形成离子注入时的掩模，堆积氮化膜，且进行回蚀(etch back)，并以侧壁间隔件311、312、313、314状残留在柱状半导体侧壁(图21(a)、图21(b))。
之后形成作为n型C CD沟道区域的n型区域315(图22(a)、图22(b))。
形成作为用以形成p+型元件分离区域的掩模材的抗蚀剂316、317、318(图23(a)、图23(b))。
进行离子注入，以形成p+型元件分离区域162、163(图24(a)、图24(b))。
将抗蚀剂剥离，将氮化膜剥离，将氧化膜剥离(图25(a)、图25(b))。
进行栅极氧化，形成栅极氧化膜319，堆积多晶硅320，且进行平坦化，并进行回蚀(图26(a)、图26(b))。
形成用以形成传送电极的抗蚀剂321、322、323、324、325、326(图27(a)、图27(b))。
对多晶硅进行蚀刻，形成传送电极141、142、143、144、145、146(图28(a)、图28(b))。
将抗蚀剂剥离，堆积氧化膜180，且进行平坦化，并进行回蚀(图29(a)、图29(b))。
堆积金属遮蔽膜170，且进行平坦化，并进行回蚀(图30(a)、图30(b))。
在上述实施方式中，通过对半导体层进行蚀刻而形成柱状半导体层，但是也可利用其他方法，例如通过外延(epitaxial)生长来形成柱状半导体层。
在以上实施方式中，固体摄像元件及固体摄像装置的柱状半导体层虽形成于在n型基板上所形成的p型井区域上，但并非局限于此，例如也可设为形成于在基板上所形成的绝缘膜上的硅层上(例如SOI基板上)。
此外，在以上实施方式中，形成在p型柱状半导体层的上部的n型光电转换区域为与p型柱状半导体层相同直径的柱状，但也可形成为除此以外的适当的任意形状。
此外，在以上实施方式中，传送电极可使用半导体制程或固体器件中一般使用的电极材料来构成。可列举如：低电阻多晶硅、钨(W)、钼(Mo)、硅化钨(WSi)、硅化钼(MoSi)、硅化钛(TiSi)、硅化钽(TaSi)及硅化铜(CuSi)。此外，也可将这些电极材料在不隔着绝缘膜的情况下层叠多层而形成传送电极。
此外，金属遮蔽膜可通过例如铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)等金属膜、或由铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)等金属的2种以上所构成的合金膜、或选自包括上述金属膜及上述合金膜的组的2种以上所组合的多层金属膜等所形成。
以上，对于本发明，虽用于例示而说明了几种实施方式，但本发明并非限定于此，在未脱离本发明的范围及主旨的情况下，在方式及详细内容上可进行各种变形及修正，这对本领域技术人员是显而易见的。

Claims (14)

1.一种固体摄像元件，其特征在于，包括：
第1导电型半导体层；
形成在上述第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层；
形成在上述第1导电型柱状半导体层的上部，且电荷量根据受光的不同而变化的第2导电型光电转换区域；
与上述第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔而形成在上述第2导电型光电转换区域的表面的第1导电型高浓度杂质区域，
在上述第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜而形成有传送电极，
在上述传送电极的下方形成有第2导电型CCD沟道区域，
在上述第2导电型光电转换区域与上述第2导电型CCD沟道区域所夹着的区域形成有读出沟道。
2.一种固体摄像装置，以行列状排列有多个权利要求1中所记载的固体摄像元件。
3.根据权利要求2所记载的固体摄像装置，其特征在于，上述第2导电型CCD沟道区域由至少在相邻的上述第1导电型柱状半导体层列之间的各列之间沿列方向延伸的第2导电型杂质区域所构成，
且以使上述第2导电型CCD沟道区域不会相互接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质构成的元件分离区域。
4.根据权利要求3所记载的固体摄像装置，其特征在于，包括在上述第1导电型柱状半导体层的侧面隔着栅极绝缘膜所形成的传送电极在内的多个传送电极，在相邻的上述第1导电型柱状半导体层行之间的各行之间沿行方向延伸，且以沿着上述第2导电型CCD沟道区域传送在上述固体摄像元件所产生的 信号电荷的方式分开规定间隔而排列。
5.一种固体摄像装置，第1固体摄像元件列和第2固体摄像元件列在水平像素方向上隔有间隔排列而成的元件列的组朝下述列方向偏移规定量且在水平像素方向上隔有上述间隔排列多组，上述第1固体摄像元件列中以规定间隔沿列方向排列有多个权利要求1所述的固体摄像元件，上述第2固体摄像元件列中以上述规定间隔沿上述列方向排列有多个权利要求1所述的固体摄像元件、且相对于上述第1固体摄像元件列朝上述列方向偏移规定量配置。
6.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，上述第2导电型CCD沟道区域由至少在相邻的上述柱状半导体层列之间的各列之间通过该相邻第1导电型柱状半导体层列的各柱状半导体层之间而沿列方向延伸的第2导电型杂质区域所构成，
且以使上述第2导电型CCD沟道区域不会相互接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域。
7.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其特征在于，上述传送电极在相邻柱状半导体层行之间的各行之间，以通过该相邻柱状半导体层行的各柱状半导体层之间而沿行方向延伸、且沿着上述第2导电型CCD沟道区域传送在上述固体摄像元件所产生的信号电荷的方式分开规定间隔而排列。
8.一种固体摄像元件的制造方法，其特征在于，包括：
形成第1导电型半导体层、该第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层、该第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与该第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；
在上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道 区域的工序；
在上述第1导电型柱状半导体层的侧面形成栅极绝缘膜的工序；
在上述第2导电型CCD沟道区域的上方，在上述第1导电型柱状半导体层的侧面隔着上述栅极绝缘膜而形成传送电极的工序。
9.根据权利要求8所述的固体摄像元件的制造方法，其特征在于，
形成上述第1导电型半导体层、该第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层、该第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与该第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序进一步包括：
形成比上述第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层的工序；
在比上述第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层上形成第2导电型的半导体层的工序；
在上述第2导电型的半导体层上形成第1导电型的高浓度杂质半导体层的工序；
对于比上述第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层、上述第2导电型的半导体层及第1导电型的高浓度杂质半导体层进行选择性蚀刻，形成上述第1导电型半导体层、该第1导电型半导体层上的第1导电型柱状半导体层、该第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及该第2导电型光电转换区域上面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；
在上述第1导电型半导体层的表面、上述第2导电型光电转换区域的侧面以及上述第1导电型柱状半导体层的侧面形成氧 化膜的工序；
将通过离子注入而在上述第2导电型光电转换区域的侧面表面制作上述第1导电型高浓度杂质区域时的掩模材堆积在上述第1导电型柱状半导体层的侧面的工序；
通过离子注入而在上述第2导电型光电转换区域的侧面表面制作上述第1导电型高浓度杂质区域的工序。
10.一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，包括：
形成第1导电型半导体层、该第1导电型半导体层上的多个第1导电型柱状半导体层、该多个第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与该第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；
在上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序；
在上述多个第1导电型柱状半导体层的侧面形成栅极绝缘膜的工序；
在上述第2导电型CCD沟道区域的上方，形成多个包括至少在上述多个第1导电型柱状半导体层的侧面隔着上述栅极绝缘膜而形成的传送电极在内的传送电极的工序。
11.根据权利要求10所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
形成上述第1导电型半导体层、该第1导电型半导体层上的多个第1导电型柱状半导体层、该多个第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及与该第1导电型柱状半导体层的上端隔着规定间隔的该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的工序进一步包括：
形成比上述第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体 层的工序；
在比上述第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层上形成第2导电型的半导体层的工序；
在上述第2导电型的半导体层上形成第1导电型的高浓度杂质半导体层的工序；
对于比上述第1导电型半导体层厚的第1导电型的半导体层、上述第2导电型的半导体层及第1导电型的高浓度杂质半导体层进行选择性蚀刻，形成上述第1导电型半导体层、该第1导电型半导体层上的多个第1导电型柱状半导体层、该多个第1导电型柱状半导体层上部的第2导电型光电转换区域及该第2导电型光电转换区域上面的第1导电型高浓度杂质区域的工序；
在上述第1导电型半导体层的表面、上述第2导电型光电转换区域的侧面以及上述第1导电型柱状半导体层的侧面形成氧化膜的工序；
将通过离子注入而在上述第2导电型光电转换区域的侧面表面制作上述第1导电型高浓度杂质区域时的掩模材堆积在上述多个第1导电型柱状半导体层之间的工序；
通过离子注入而在上述第2导电型光电转换区域的侧面表面制作上述第1导电型高浓度杂质区域的工序。
12.根据权利要求10或11所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，在上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序，是在上述多个第1导电型柱状半导体层间的上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型杂质区域，且在该第2导电型杂质区域形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域，且形成至少在相邻的上述第1导电型柱状半导体层列之间的各列之间沿列方向延伸且彼此分离的第2导电型CCD沟道区域的工序。 
13.根据权利要求10或11所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，在上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型CCD沟道区域的工序进一步包括：
在上述多个第1导电型柱状半导体层的侧面及第2导电型光电转换区域的侧面形成氮化膜的工序；
在上述多个第1导电型柱状半导体层间的上述第1导电型半导体层表面形成第2导电型杂质区域的工序；
将用以形成由上述第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域的掩模材堆积在上述第2导电型杂质区域上的工序；
通过离子注入而将由上述第1导电型高浓度杂质所构成的元件分离区域形成在上述第2导电型杂质区域的工序，
因此至少在相邻的上述第1导电型柱状半导体层列之间的各列之间形成沿列方向延伸且彼此分离的第2导电型CCD沟道区域。
14.根据权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，在上述多个第1导电型柱状半导体层的侧面及第2导电型光电转换区域的侧面形成氮化膜的工序，是在由该工序的前工序所形成的构造的表面形成氮化膜，且进行回蚀，从而在上述多个第1导电型柱状半导体层的侧面、上述第2导电型光电转换区域的侧面及该第2导电型光电转换区域表面的第1导电型高浓度杂质区域的侧面，使氮化膜残留成侧壁间隔件状。 
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