JP2002373980A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】受光する光の波長が異なる各領域における受光
部ごとに、その感度特性を最適化することができる固体
撮像装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】複数の領域に画された基板１０に、光を受
光して信号電荷を発生する受光部Ｐｈが複数形成されて
いる固体撮像装置であって、受光部Ｐｈは、基板１０の
各領域ごとに基板１０の深さ方向のポテンシャルプロフ
ァイルが異なるように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、各領域ご
とに受光する光の波長が異なる受光部を複数有する固体
撮像装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１にカラーリニアセンサの概略構成図
を示す。図１に示すカラーリニアセンサ１は、赤色光を
透過する赤色フィルタが配置されている第１ＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device)３ａと、緑色光を透過する緑色フ
ィルタが配置されている第２ＣＣＤ３ｂと、青色光を透
過する青色フィルタが配置されている第３ＣＣＤ３ｃと
から構成される撮像部２を有している。

【０００３】各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃには、受光部Ｐ
ｈが直列配置されたセンサ列４ａ，４ｂ，４ｃを有し、
各センサ列４ａ，４ｂ，４ｃに沿って水平転送部６ａ，
６ｂ，６ｃが設けられており、各センサ列４ａ，４ｂ，
４ｃの各受光部Ｐｈと水平転送部６ａ，６ｂ，６ｃとの
間には、読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ
設けられ、各水平転送部６ａ，６ｂ，６ｃの出力端には
出力部７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ設けられている。

【０００４】図２は、図１のＸ−Ｘ’線に沿った概略断
面図である。図２に示すように、ｎ型シリコン基板１０
に、ｐ型ウェル１１が形成され、ｐ型ウェル１１内に
は、ｎ型不純物領域１２が形成されている。そして、ｎ
型不純物領域１２の基板表面には、高濃度のｐ型不純物
領域１３が形成されている。上記のｐ型不純物領域１
３、ｎ型不純物領域１２およびｐ型ウェル１１により、
ｐｎｐ構造の埋め込みフォトダイオードからなる受光部
Ｐｈが形成されている。

【０００５】受光部ｐｈに隣接して、可変ポテンシャル
領域を形成するｐ型不純物領域からなる読み出しゲート
領域１４が形成され、当該読み出しゲート領域１４に隣
接して、ｎ型不純物領域からなる転送チャネル１５が形
成され、さらに、高濃度のｐ型不純物領域からなるバリ
ア領域１６が形成されている。

【０００６】基板１０上には、酸化シリコンなどの絶縁
膜２０が形成され、読み出しゲート領域１４上には、絶
縁膜２０を介して、例えばポリシリコンなどからなる読
み出しゲート電極３１が形成されている。上記の読み出
しゲート領域１４および読み出しゲート電極３１により
各読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５ｃが構成されてい
る。

【０００７】転送チャネル１５上には、絶縁膜２０を介
して、例えば、ポリシリコンなどからなる転送電極３２
が形成されている。転送電極３２は、図２に示す断面と
直交する方向において、複数の転送電極が絶縁膜を挟ん
で一部で重なりながら繰り返し配置されている。

【０００８】バリア領域１６上には、例えば、アルミニ
ウムなどの金属からなるクロック配線３３が形成されて
いる。転送電極３２とクロック配線３３は、図示しない
領域において、コンタクトを介して電気的に接続されて
おり、クロック配線３３に印加された上記のクロック信
号が、不図示のコンタクトを介して転送電極３２に印加
されることになる。

【０００９】読み出しゲート電極３１、転送電極３２、
およびクロック配線３３を被覆して全面に、例えば、酸
化シリコンからなる層間絶縁膜２１が形成されている。

【００１０】層間絶縁膜２１上には、読み出しゲート電
極３１、転送電極３２、およびクロック配線３３を被覆
するようにして、例えば、タングステン（Ｗ）などの高
融点金属からなる遮光膜４０が形成されている。当該遮
光膜４０には、受光部Ｐｈの上方に開口部４０ａが形成
されており、光は、この開口部４０ａを通じて受光部Ｐ
ｈに入射される。

【００１１】遮光膜４０およびその開口部４０ａを被覆
して、例えば、アクリル系樹脂からなる平坦化膜５０が
形成されており、平坦化膜５０上に、オンチップカラー
フィルタ（ＯＣＣＦ）６０が形成されている。オンチッ
プカラーフィルタ６０は、図２に示す断面図においては
赤（Ｒ）色に着色されており、図示しない領域におい
て、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に着色されている。

【００１２】上記の固体撮像装置の製造方法について、
図６に示すフローチャートを用いて、ｐ型ウェルの形成
工程を中心に説明する。

【００１３】図６に示すように、まず、ｎ型の半導体基
板からなるウェーハを製造ラインに投入し（ステップＳ
Ｔ１１）、当該ｎ型の基板１０の撮像部２となる全面
に、ｐ型不純物をイオン注入して、ｐ型ウェルを形成す
る（ステップＳＴ１２）。その後、注入したｐ型不純物
を活性化させるためのアニール処理を行う。

【００１４】次に、ｐ型ウェル１１内にｎ型不純物をイ
オン注入してｎ型不純物領域１２を形成し、ｐ型不純物
を高濃度にイオン注入してｐ型不純物領域１３を形成す
ることにより、受光部Ｐｈを形成する（ステップＳＴ１
３）。その後、それぞれ所定条件でイオン注入すること
により、読み出しゲート領域１４を形成し、転送チャネ
ル１５を形成し、バリア領域１６を形成する。

【００１５】次に、基板１０の上層膜を形成する（ステ
ップＳＴ１４） すなわち、基板１０に酸化シリコンなどの絶縁膜２０を
堆積させた後、ポリシリコンからなる読み出しゲート電
極３１および転送電極３２を形成し、アルミニウムなど
からなるクロック配線３３を形成し、上記の電極や配線
を被覆するようにして、層間絶縁膜２１を堆積させる。
そして、層間絶縁膜２１に転送電極３２およびクロック
配線３３に達するコンタクトホールを形成し、コンタク
トホールをポリシリコンなどの導電体で埋めることによ
り転送電極３２およびクロック配線３３を電気的に接続
させる。さらに、絶縁膜を堆積させ、層間絶縁膜２１上
に受光部Ｐｈ上に開口を有する遮光膜４０を形成し、例
えば、アクリル系樹脂を塗布してその上面が平坦化され
た平坦化膜５０を形成する。

【００１６】次に、上記の平坦化膜５０上に、例えば、
染色法により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）からなるカ
ラーフィルタ６０を形成する（ステップＳＴ１５）。以
上で、上記の固体撮像装置が製造される。

【００１７】図７（ａ）は、図２に示す断面図に対応す
る模式図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の構造におけ
る電子に対するポテンシャルの分布図である。上記の固
体撮像装置では、各カラーフィルタ６０に光が入射する
と、所定の波長領域の光が通過し、当該光が受光部Ｐｈ
に入射することとなる。基板１０に形成された受光部Ｐ
ｈに光が入射すると、当該逆バイアスされたフォトダイ
オードよりなる受光部Ｐｈで光電変換され、入射光量に
応じた量の電荷が発生する。この電荷は、ｎ型不純物領
域１２とｐ型ウェル１１とのｐｎ接合の容量に一定期間
蓄積される。

【００１８】そして、読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５
ｃにおける読み出しゲート電極３１に読み出し電圧φＲ
ＯＧが印加されると、読み出しゲート領域１４の電子に
対するポテンシャルが、ポテンシャルψＲ０からポテン
シャルψＲ１へと下がり、信号電荷ｅが各水平転送部６
ａ，６ｂ，６ｃの転送チャネル１５に転送される。この
とき、クロック配線３３を介して、転送電極３２に電圧
を印加することで、転送チャネル１５の電子に対するポ
テンシャルを、ポテンシャルψＣＨ０からポテンシャル
ψＣＨ１へと下げて、信号電荷ｅを転送チャネル１５へ
有効に転送されるようにする。

【００１９】その後、読み出し電圧φＲＯＧを下げてい
き、読み出しゲート領域１４の電子に対するポテンシャ
ルを上げていくことでさらに信号電荷ｅが転送チャネル
１５へと転送され、ひいては読み出しゲート部５ａ，５
ｂ，５ｃがオフ状態となると、読み出しゲート領域１４
において受光部Ｐｈと転送チャネル１５の電荷に対する
電位障壁ができ、受光部Ｐｈにおいて電荷の次の蓄積が
なされることになる。

【００２０】そして、２層構造の転送電極３２に対して
クロック信号φＨ１，φＨ２がクロック配線３３を介し
て、それぞれ周期的に位相をずらして印加されて、転送
チャネル１５内を電荷が水平方向に転送され、その最終
段に接続された出力部７ａ，７ｂ，７ｃから時系列な信
号として取り出されることになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ここで、３本の各ＣＣ
Ｄ３ａ，３ｂ，３ｃにおける相対的な感度バランス、す
なわち、光電変換特性を制御することができると、顧客
のニーズ等に柔軟に対応することができ、非常に有用で
ある。

【００２２】上記の固体撮像装置においては、各ＣＣＤ
３ａ，３ｂ，３ｃの感度、すなわち、入射した光量に対
して発生する信号電荷量ｅは、カラーフィルタ６０の光
透過率や、受光部Ｐｈの感度、その他、受光部Ｐｈの上
層膜厚などにより左右される。

【００２３】しかしながら、上記のカラーリニアＣＣＤ
においては、基板面内における不純物領域は全てのＣＣ
Ｄにおいて一括して形成しており、製造バラツキを除け
ば各受光部の感度は等しく形成されている。

【００２４】また、受光部Ｐｈ上の層間絶縁膜２１およ
び平坦化膜５０を含む上層膜は、その形状が下地の段差
の影響を受けてしまうことから、各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，
３ｃごとの感度バランスを上層膜の膜厚により制御する
ことは困難が伴う。

【００２５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、受光する光の波長が異なる各領域
における受光部ごとに、その感度特性を最適化すること
ができる固体撮像装置およびその製造方法を提供するこ
とにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、複数の領域に画された基
板に、光を受光して信号電荷を発生する受光部が複数形
成されている固体撮像装置であって、前記受光部は、前
記基板の各領域ごとに前記基板の深さ方向のポテンシャ
ルプロファイルが異なるように形成されている。

【００２７】前記受光部は、前記基板の各領域ごとに受
光する光の波長が異なり、当該受光する光の波長に応じ
て、前記受光部の前記ポテンシャルプロファイルが異な
るように形成されている。

【００２８】前記基板の各領域ごとにそれぞれ異なる光
透過特性をもつ複数のカラーフィルタが前記受光部の上
方に形成されており、当該カラーフィルタを通過する光
の波長に応じて、前記受光部の前記ポテンシャルプロフ
ァイルが異なるように形成されている。

【００２９】前記受光部は、第１導電型の前記基板に形
成された第２導電型ウェルと、当該第２導電型ウェルに
形成された第１導電型領域とを有し、当該第２導電型ウ
ェルと前記基板との接合界面が、前記基板の深さ方向に
おいて前記各領域ごとに異なるように形成されている。

【００３０】前記受光部は、前記第１導電型領域を有す
る前記基板の表面部に形成された第２導電型領域をさら
に有する。

【００３１】上記の本発明の固体撮像装置では、基板の
深さ方向における受光部のポテンシャルプロファイルに
起因して、逆バイアス時に基板面から所定の深さまで空
乏層が形成される。そして、基板に形成された受光部に
光が入射すると、受光部の空乏層を中心とした領域で光
電変換され、入射光量に応じた量の電荷が発生し、信号
電荷として蓄積されていく。ここで、基板の所定の深さ
まで空乏層が存在する場合に、短波長の光は、主に基板
表面の空乏層領域において光電変換され、長波長の光
は、基板内部にまで到達し、基板内部の空乏層領域にお
いて光電変換される。従って、受光部に入射する光の波
長に応じて、各領域ごとに基板の深さ方向における受光
部のポテンシャルプロファイルを変えて、上述した空乏
層領域を基板の深さ方向において変化させることで、光
電変換される光の波長領域が制御される。

【００３２】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の固体撮像装置の製造方法は、複数の領域に画された
第１導電型基板に、各領域ごとに受光する光の波長が異
なる受光部を複数形成する固体撮像装置の製造方法であ
って、前記受光部の形成工程において、前記第１導電型
基板の各領域ごとに、第２導電型不純物を別々にイオン
注入して、各領域ごとに異なる深さをもつ第２導電型ウ
ェルをそれぞれ形成する工程と、前記各領域における前
記第２導電型ウェルに第１導電型不純物を導入して第１
導電型領域を形成する工程とを有する。

【００３３】前記第２導電型ウェルを形成する工程にお
いて、前記第１導電型基板の各領域ごとに、異なる注入
エネルギーで前記第２導電型不純物をイオン注入する。

【００３４】前記第２導電型ウェルを形成する工程にお
いて、前記第１導電型基板の各領域ごとに、イオン注入
後に熱処理を行い、当該熱処理の時間を異ならせる。

【００３５】上記の本発明の固体撮像装置の製造方法で
は、受光部の形成工程において、第１導電型基板の各領
域ごとに、第２導電型不純物を別々にイオン注入して、
各領域ごとに異なる深さをもつ第２導電型ウェルをそれ
ぞれ形成している。ここで、第２導電型領域と第１導電
型領域により構成される受光部の基板の深さ方向におけ
るポテンシャルプロファイルは、第２導電型ウェルの基
板面からの深さに影響を受ける。従って、受光部に入射
する光の波長に応じて、各領域ごとに異なる深さをもつ
第２導電型ウェルをそれぞれ形成することにより、各領
域ごとに受光部のポテンシャルプロファイルを変えるこ
とができ、上述した作用を有する固体撮像装置が製造さ
れる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体撮像装置お
よびその製造方法の実施の形態について、カラーリニア
センサからなる固体撮像装置を例に図面を参照して説明
する。

【００３７】図１に、本実施形態に係る固体撮像装置の
概略構成図を示す。図１に示す固体撮像装置１は、赤色
光を透過する赤色フィルタが配置されている第１ＣＣＤ
（Charge Coupled Device)３ａと、緑色光を透過する緑
色フィルタが配置されている第２ＣＣＤ３ｂと、青色光
を透過する青色フィルタが配置されている第３ＣＣＤ３
ｃとから構成される撮像部２を有している。

【００３８】各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃには、受光部Ｐ
ｈが直列配置されたセンサ列４ａ，４ｂ，４ｃを有し、
各センサ列４ａ，４ｂ，４ｃに沿って水平転送部６ａ，
６ｂ，６ｃが設けられており、各センサ列４ａ，４ｂ，
４ｃの各受光部Ｐｈと水平転送部６ａ，６ｂ，６ｃとの
間には、読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ
設けられ、各水平転送部６ａ，６ｂ，６ｃの出力端には
出力部７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ設けられている。

【００３９】水平転送部６ａ，６ｂ，６ｃには、半導体
層内にポテンシャル井戸を形成するための各種不純物領
域と、その不純物領域の電位制御を行う、例えば、２種
類の転送電極とが繰り返し配置されている。この転送電
極が２種類の場合、それらの転送電極に対し位相が異な
る２相のクロック信号が印加されるようになっている。
上記読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５ｃがオンして水平
転送部６ａ，６ｂ，６ｃに転送された信号電荷は、例え
ば、２相のクロック信号に応じて変化するポテンシャル
井戸内を次々に一方向、すなわち、出力部７ａ，７ｂ，
７ｃに向かう方向へと転送される。

【００４０】出力部７ａ，７ｂ，７ｃは、例えば、フロ
ーティングディフュージョンアンプにより構成されてお
り、水平転送部６ａ，６ｂ，６ｃからの信号電荷を検出
して、信号電圧に変換し、当該信号電圧を増幅して画像
信号として図示しない信号処理系に出力する。なお、出
力部７ａ，７ｂ，７ｃは、フローティングディフュージ
ョンアンプによる電荷−電圧変換の他、フローティング
ゲートによる電荷−電圧変換を行うものであってもよ
い。

【００４１】図２は、図１のＸ−Ｘ’線に沿った概略断
面図である。図２に示すように、ｎ型シリコン基板１０
に、ｐ型ウェル１１が形成され、ｐ型ウェル１１内に
は、ｎ型不純物領域１２が形成されている。そして、ｎ
型不純物領域１２の基板表面には、高濃度のｐ型不純物
領域１３が形成されている。上記のｐ型不純物領域１
３、ｎ型不純物領域１２およびｐ型ウェル１１により、
ｐｎｐ構造の埋め込みフォトダイオードからなる受光部
Ｐｈが形成されている。上記の受光部Ｐｈは、ｎ型不純
物領域１２とｐ型ウェル１１との間のｐｎ接合を中心と
した領域で光電変換を行って信号電荷を発生させ、信号
電荷を当該ｐｎ接合の容量に一定期間蓄積する。

【００４２】本実施形態においては、ｐ型ウェル１１と
ｎ型シリコン基板１０との接合界面の基板表面からの距
離ｄが、各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃごとに異なるように
形成されている。

【００４３】受光部Ｐｈに隣接して、可変ポテンシャル
領域を形成するｐ型不純物領域からなる読み出しゲート
領域１４が形成され、当該読み出しゲート領域１４に隣
接して、ｎ型不純物領域からなる転送チャネル１５が形
成され、さらに、高濃度のｐ型不純物領域からなるバリ
ア領域１６が形成されている。

【００４４】基板１０上には、酸化シリコンなどの絶縁
膜２０が形成され、読み出しゲート領域１４上には、絶
縁膜２０を介して、例えばポリシリコンなどからなる読
み出しゲート電極３１が形成されている。上記の読み出
しゲート領域１４および読み出しゲート電極３１により
各読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５ｃが構成されてい
る。読み出しゲート電極３１に読み出し電圧が印加され
ることで、読み出しゲート領域１４の電子に対するポテ
ンシャルが制御される。

【００４５】転送チャネル１５上には、絶縁膜２０を介
して、例えば、ポリシリコンなどからなる転送電極３２
が形成されている。転送電極３２は、図２に示す断面と
直交する方向において、複数の転送電極が絶縁膜を挟ん
で一部で重なりながら繰り返し配置されている。従っ
て、例えば、２相のクロック信号が複数の転送電極３２
に印加されることにより、転送チャネル１５のポテンシ
ャルが順次変化し、これによって、信号電荷が一方向に
転送されていく。

【００４６】バリア領域１６上には、例えば、アルミニ
ウムなどの金属からなるクロック配線３３が形成されて
いる。転送電極３２とクロック配線３３は、図示しない
領域において、コンタクトを介して電気的に接続されて
おり、クロック配線３３に印加された上記のクロック信
号が、不図示のコンタクトを介して転送電極３２に印加
されることになる。ここで、クロック配線３３にクロッ
ク信号が印加される際に、基板表面に反転層が形成さ
れ、当該反転層により誘起された電荷が転送チャネル１
５へ流出するのを防止するために、クロック配線３３下
に、ｐ型ウェル１１よりもさらにｐ型不純物濃度の高い
バリア領域３３を形成し、反転層が形成されにくいよう
にしている。

【００４７】読み出しゲート電極３１、転送電極３２、
およびクロック配線３３を被覆して全面に、例えば、酸
化シリコンからなる層間絶縁膜２１が形成されている。

【００４８】層間絶縁膜２１上には、読み出しゲート電
極３１、転送電極３２、およびクロック配線３３を被覆
するようにして、例えば、タングステン（Ｗ）などの高
融点金属からなる遮光膜４０が形成されている。当該遮
光膜４０には、受光部Ｐｈの上方に開口部４０ａが形成
されており、光は、この開口部４０ａを通じて受光部Ｐ
ｈに入射される。

【００４９】遮光膜４０およびその開口部４０ａを被覆
して、例えば、アクリル系樹脂からなる平坦化膜５０が
形成されており、平坦化膜５０上に、オンチップカラー
フィルタ（ＯＣＣＦ）６０が形成されている。オンチッ
プカラーフィルタ６０は、図２に示す断面図においては
赤（Ｒ）色に着色されており、図示しない領域におい
て、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に着色されている。

【００５０】次に、上記構成の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。図７（ａ）は、図２に示す断面図に対応
する模式図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の構造にお
ける電子に対するポテンシャルの分布図である。上記の
固体撮像装置では、各カラーフィルタ６０に光が入射す
ると、所定の波長領域の光が通過し、当該光が受光部Ｐ
ｈに入射することとなる。基板１０に形成された受光部
Ｐｈに光が入射すると、逆バイアスされたフォトダイオ
ードよりなる受光部Ｐｈにおいて光電変換され、入射光
量に応じた量の信号電荷ｅが発生する。この信号電荷ｅ
は、ｎ型不純物領域１２とｐ型ウェル１１とのｐｎ接合
の容量に一定期間蓄積される。

【００５１】そして、読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５
ｃにおける読み出しゲート電極３１に読み出し電圧φＲ
ＯＧが印加されると、読み出しゲート領域１４の電子に
対するポテンシャルが、ポテンシャルψＲ０からポテン
シャルψＲ１へと下がり、信号電荷ｅが各水平転送部６
ａ，６ｂ，６ｃの転送チャネル１５に転送される。この
とき、クロック配線３３を介して、転送電極３２に電圧
を印加することで、転送チャネル１５の電子に対するポ
テンシャルを、ポテンシャルψＣＨ０からポテンシャル
ψＣＨ１へと下げて、信号電荷ｅを転送チャネル１５へ
有効に転送されるようにする。

【００５２】その後、読み出し電圧φＲＯＧを下げてい
き、読み出しゲート領域１４の電子に対するポテンシャ
ルを上げていくことでさらに信号電荷ｅが転送チャネル
１５へ転送され、読み出しゲート部５ａ，５ｂ，５ｃが
オフ状態となると、読み出しゲート領域１４において受
光部Ｐｈと転送チャネル１５に存在する電荷に対する電
位障壁ができ、受光部Ｐｈにおいて電荷の次の蓄積がな
されることになる。

【００５３】そして、２層構造の転送電極３２に対して
クロック信号φＨ１，φＨ２がクロック配線３３を介し
て、それぞれ周期的に位相をずらして印加されて、転送
チャネル１５内の信号電荷ｅが水平方向に転送され、そ
の最終段に接続された出力部７ａ，７ｂ，７ｃから時系
列な信号として取り出されることになる。

【００５４】以上の動作において、本実施形態に係る固
体撮像装置では、受光部Ｐｈの信号電荷ｅを発生させる
光電変換領域が、各カラーフィルタごとに異なるように
形成されている。上記の構成による本実施形態に係る固
体撮像装置の効果について説明する。図３（ａ）は、図
２に示す断面図に対応する模式図であり、図３（ｂ）は
図３（ａ）の深さ方向のＹ−Ｙ’に沿った電子に対する
ポテンシャルの分布図である。

【００５５】本実施形態に係る固体撮像装置において
は、上述したように、ｐ型ウェル１１とｎ型シリコン基
板１０との接合界面の基板表面からの距離ｄは、各ＣＣ
Ｄ３ａ，３ｂ，３ｃごとに異なるように形成されてい
る。

【００５６】基板の深さ方向において蓄積され得る信号
電荷ｅを発生する受光部Ｐｈの光電変換領域αは、実質
的に図３（ｂ）に示す領域であり、主にｐ型不純物領域
１３、ｎ型不純物領域１２、ｐ型ウェル１１からなるｐ
ｎｐ構造のフォトダイオードに逆バイアスを印加した際
の空乏層により構成される。

【００５７】この光電変換領域αは、ｐ型ウェル１１と
ｎ型シリコン基板１０との接合界面の基板表面からの距
離ｄと正の相関関係を有し、基板面からのｐ型ウェル１
１の距離ｄを、例えば１０％大きくすると、光電変換領
域αがほぼ１０％長くなり、反対に、例えば１０％小さ
くすると、光電変換領域αがほぼ１０％短くなる。

【００５８】このように、距離ｄを小さくすると、例え
ば、図４（ａ）に示すように、光電変換領域αから光電
変換領域α１へと基板の深さ方向における光電変換領域
が浅くなる。

【００５９】ここで、短波長の光は、主に基板表面にお
いて光電変換され、長波長の光は、基板内部において光
電変換されることから、光電変換領域α１のように基板
の深さ方向において浅い場合には、可視光のうちでも波
長の長い赤色光などは、電荷ｅが発生しても、信号電荷
としては蓄積されずに、基板１０へ掃き捨てられること
になる。

【００６０】反対に、距離ｄを大きくすると、例えば、
図４（ｂ）に示すように、光電変換領域αから光電変換
領域α２へと基板の深さ方向における光電変換領域が深
くなる。この場合には、基板表面から光電変換領域α２
が長く延びていることから、赤色光などの長い波長の光
が有効に光電変換されることになる。

【００６１】従って、例えば、青色用フィルタを有する
第３ＣＣＤ３ｃにおける赤色光のノイズを低減させたい
場合には、図４（ａ）に示すように、ｐ型ウェル１１を
浅く形成し、基板面から浅い光電変換領域α１を形成す
ることにより、赤色光が光電変換されるのを抑制でき、
ノイズが低減される。

【００６２】また、例えば、赤色用フィルタを有する第
１ＣＣＤ３ａにおける赤色光に対する感度を向上させた
い場合には、図４（ｂ）に示すように、ｐ型ウェル１１
を深く形成し、基板面から深い光電変換領域α２を形成
することにより、さらに、基板深くで光電変換される長
波長の赤色光を信号電荷として発生させることができ、
赤色光に対する感度を向上させることができる。

【００６３】また、反対に、例えば、用途に応じて赤色
光を使用しない場合には、赤色用フィルタを有する第１
ＣＣＤ３ａにおいて、図４（ａ）に示すように、ｐ型ウ
ェル１１を浅く形成して、基板面から浅い光電変換領域
α１を形成することにより、基板深くで光電変換される
赤色光が信号電荷として蓄積されるのを抑制することが
できる。

【００６４】以上説明したように、本実施形態に係る固
体撮像装置によれば、光電変換領域αの制御を、基板面
内において行うことにより、所定の波長の光を光電変換
できるようになり、各用途ごとに感度の最適化を図るこ
とができる。また、通常、基板の上層膜の膜厚により、
上層膜内において入射光が吸収および反射される確率が
変動し、受光部Ｐｈへたどりつく光量が変化するため、
上層膜厚のばらつきがあると受光部Ｐｈにおいて光電変
換される信号電荷量が影響を受けることとなるが、その
場合においても、各ＣＣＤごとに光電変換領域を調節し
ておくことで、感度バランスのばらつきを抑制すること
ができる。さらに、各ＣＣＤ毎における感度比を小さく
することで、当該固体撮像装置を使用する顧客側での色
再現の調整が容易となる。

【００６５】次に、上記の固体撮像装置の製造方法につ
いて、図５に示すフローチャートを用いて、ｐ型ウェル
の形成工程を中心に説明する。

【００６６】図５に示すように、まず、ｎ型の半導体基
板１０からなるウェーハを製造ラインに投入し（ステッ
プＳＴ１）、当該ｎ型基板１０の撮像部２における各Ｃ
ＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃを形成する領域に別々にイオン注
入を行う。

【００６７】すなわち、例えば、赤色フィルタを有する
第１ＣＣＤ３ａを形成する領域に開口を有するレジスト
パターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとし
て、所定の条件でイオン注入を行うことにより、第１Ｃ
ＣＤ３ａの形成領域にｐ型ウェル１１を形成する（ステ
ップＳＴ２）。

【００６８】次に、緑色フィルタを有する第２ＣＣＤ３
ｂを形成する領域に開口を有するレジストパターンを形
成し、当該レジストパターンをマスクとして、所定の条
件でイオン注入を行うことにより、第２ＣＣＤ３ｂの形
成領域にｐ型ウェル１１を形成する（ステップＳＴ
３）。

【００６９】次に、青色フィルタを有する第３ＣＣＤ３
ｃを形成する領域に開口を有するレジストパターンを形
成し、当該レジストパターンをマスクとして、所定の条
件でイオン注入を行うことにより、第３ＣＣＤ３ｃの形
成領域にｐ型ウェル１１を形成する（ステップＳＴ
４）。

【００７０】上記のイオン注入において、例えば、２Ｍ
ｅｖ程度の注入エネルギーを中心として、１．５〜３Ｍ
ｅＶ程度の範囲内において、用途に対応して注入エネル
ギーを変化させる。この範囲内において注入エネルギー
を変化させた場合には、ほぼ注入エネルギーと形成され
るｐ型ウェル１１の深さの線型性がとれることが確認さ
れている。

【００７１】次に、上記の各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃの
形成領域に注入されたｐ型不純物を活性化するためのア
ニール処理を行った後、各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃのそ
れぞれのｐ型ウェル１１内にｎ型不純物をイオン注入し
てｎ型不純物領域１２を形成し、ｐ型不純物を高濃度に
イオン注入してｐ型不純物領域１３を形成することによ
り、受光部Ｐｈを形成する（ステップＳＴ５）。その
後、それぞれ所定条件でイオン注入することにより、読
み出しゲート領域１４を形成し、転送チャネル１５を形
成し、バリア領域１６を形成する。

【００７２】次に、基板１０の上層膜を形成する（ステ
ップＳＴ６）。すなわち、基板１０に酸化シリコンなど
の絶縁膜２０を堆積させた後、ポリシリコンからなる読
み出しゲート電極３１および転送電極３２を形成し、ア
ルミニウムなどからなるクロック配線３３を形成し、上
記の電極や配線を被覆するようにして、層間絶縁膜２１
を堆積させる。そして、層間絶縁膜２１に転送電極３２
およびクロック配線３３に達するコンタクトホールを形
成し、コンタクトホールをポリシリコンなどの導電体で
埋めることにより転送電極３２およびクロック配線３３
を電気的に接続させる。さらに、絶縁膜を堆積させ、層
間絶縁膜２１上に受光部Ｐｈ上に開口を有する遮光膜４
０を形成し、例えば、アクリル系樹脂を塗布してその上
面が平坦化された平坦化膜５０を形成する。

【００７３】次に、上記の平坦化膜５０上に、例えば、
染色法により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、Ｂ（青）からなるカ
ラーフィルタ６０を形成する（ステップＳＴ７）。染色
法では、カゼインなどの高分子に感光剤を添加して塗布
し、露光、現像、染色および定着を色ごとに繰り返す。
その他、分散法、印刷法または電着法等を用いてオンチ
ップカラーフィルタを形成してもよい。以上で、上記の
本実施形態に係る固体撮像装置が製造される。

【００７４】上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製
造方法によれば、従来３本のＣＣＤを形成する領域に１
つのパターニングおよびイオン注入を行っていたのに比
して、各ＣＣＤを形成する領域にパターニングおよびイ
オン注入を行うことで、上述した効果を有することがで
きる。

【００７５】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。例えば、本実施形態では、イオン注入エネルギ
ーを変化させることにより、各ＣＣＤ３ａ，３ｂ，３ｃ
のｐ型ウェルの深さを調整する例について説明したが、
これに限られるものでなく、例えば、各ＣＣＤ３ａ，３
ｂ，３ｃごとに活性化アニール時間を変化させることで
ｐ型ウェル１１の深さを制御することができる。この場
合には、まず、ｐ型ウェル１１を深く形成するＣＣＤの
順に、イオン注入を行い、所定時間だけ活性化アニール
を行っていくことで、同様に、各ＣＣＤごとにｐ型ウェ
ルの深さを調整することができる。

【００７６】また、本実施形態においては、センサ列か
らの信号電荷を一方側に配置された水平転送部により読
み出す方式について説明したが、各センサ列に対してそ
の両側に２つの水平転送部を設け、各センサ列の偶数段
と奇数段における受光部の信号電荷を２つの水平転送部
により別々に読み出す両側読み出し方式についても適用
可能である。この場合には、さらに、奇数段および偶数
段の感度差を低減できるという効果も有する。

【００７７】さらに、本実施形態では、オンチップカラ
ーフィルタが、原色系のカラーコーディング方式のもの
について説明したが、これに限られるものでなく、補色
系のカラーフィルタが形成されていてもよい。例えば、
補色系では、各ＣＣＤごとに、シアン（Ｃｙ）、マゼン
タ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）のいずれかのカラーフィ
ルタがそれぞれ配置されているものであってもよい。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が
可能である。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、受光する光の波長が異
なる各領域における受光部ごとに、その感度特性を最適
化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態および従来例に係る固体撮像装置の
概略構成図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ’線に沿った概略断面図である。

【図３】（ａ）は、図２に示す断面図に対応する模式図
であり、（ｂ）は（ａ）の深さ方向のＹ−Ｙ’に沿った
電子に対するポテンシャルの分布図である。

【図４】（ａ）はｐ型ウェルを浅く形成した場合の基板
の深さ方向における電子に対するポテンシャルの分布図
であり、（ｂ）はｐ型ウェルを深く形成した場合の基板
の深さ方向における電子に対するポテンシャルの分布図
である。

【図５】本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説
明するためのフローチャートである。

【図６】従来例における固体撮像装置の製造方法を説明
するためのフローチャートである。

【図７】（ａ）は、図２に示す断面図に対応する模式図
であり、（ｂ）は（ａ）の構造における電子に対するポ
テンシャルの分布図である。

【符号の説明】

１…固体撮像装置、２…撮像部、３ａ…第１ＣＣＤ、３
ｂ…第２ＣＣＤ、３ｃ…第３ＣＣＤ、４ａ，４ｂ，４ｃ
…受光部列、５ａ，５ｂ，５ｃ…読み出しゲート部、６
ａ，６ｂ，６ｃ…水平転送部、７ａ，７ｂ，７ｃ…出力
部、１０…ｎ型シリコン基板、１１…ｐ型ウェル、１２
…ｎ型不純物領域、１３…ｐ型不純物領域、１４…読み
出しゲート領域、１５…転送チャネル、１６…バリア領
域、２０…絶縁膜、２１…層間絶縁膜、３１…読み出し
ゲート電極、３２…転送電極、３３…クロック配線、４
０…遮光膜、５０…平坦化膜、６０…カラーフィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA10 CA04 CA27 CA40 CB14 DB06 EA01 EA15 FA08 FA13 FA26 FC17 GB11 GC08 GC09 5C024 AX01 BX00 CX00 CY47 DX01 EX01 EX52 GY01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の領域に画された基板に、光を受光し
   て信号電荷を発生する受光部が複数形成されている固体
   撮像装置であって、 前記受光部は、前記基板の各領域ごとに前記基板の深さ
   方向のポテンシャルプロファイルが異なるように形成さ
   れている固体撮像装置。
2. 【請求項２】前記受光部は、前記基板の各領域ごとに受
   光する光の波長が異なり、当該受光する光の波長に応じ
   て、前記受光部の前記ポテンシャルプロファイルが異な
   るように形成されている請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】前記基板の各領域ごとにそれぞれ異なる光
   透過特性をもつ複数のカラーフィルタが前記受光部の上
   方に形成されており、当該カラーフィルタを通過する光
   の波長に応じて、前記受光部の前記ポテンシャルプロフ
   ァイルが異なるように形成されている請求項１記載の固
   体撮像装置。
4. 【請求項４】前記受光部は、第１導電型の前記基板に形
   成された第２導電型ウェルと、当該第２導電型ウェルに
   形成された第１導電型領域とを有し、当該第２導電型ウ
   ェルと前記基板との接合界面が、前記基板の深さ方向に
   おいて前記各領域ごとに異なるように形成されている請
   求項１記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】前記受光部は、前記第１導電型領域を有す
   る前記基板の表面部に形成された第２導電型領域をさら
   に有する請求項４記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】複数の領域に画された第１導電型基板に、
   各領域ごとに受光する光の波長が異なる受光部を複数形
   成する固体撮像装置の製造方法であって、 前記受光部の形成工程において、 前記第１導電型基板の各領域ごとに、第２導電型不純物
   を別々にイオン注入して、各領域ごとに異なる深さをも
   つ第２導電型ウェルをそれぞれ形成する工程と、 前記各領域における前記第２導電型ウェルに第１導電型
   不純物を導入して第１導電型領域を形成する工程とを有
   する固体撮像装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記第２導電型ウェルを形成する工程にお
   いて、前記第１導電型基板の各領域ごとに、異なる注入
   エネルギーで前記第２導電型不純物をイオン注入する請
   求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 【請求項８】前記第２導電型ウェルを形成する工程にお
   いて、前記第１導電型基板の各領域ごとに、イオン注入
   後に熱処理を行い、当該熱処理の時間を異ならせる請求
   項６記載の固体撮像装置の製造方法。