JP2003078125A

JP2003078125A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2003078125A
Application number: JP2001265937A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ohashi; 正典大橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-14
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP4759886B2

Abstract

(57)【要約】【課題】斜め光が入射する撮像部の周辺部においてもス
ミアの発生を抑制して、感度を向上させることができる
固体撮像装置を提供する。【解決手段】光を受光して信号電荷を発生する受光部５
が基板１０に複数形成されている固体撮像装置であっ
て、受光部５は、基板面内における当該各受光部５の位
置に応じて、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。例えば、撮像部
の周辺部においては、基板１０の内側から外側、あるい
は基板１０の外側から内側にかけて進行する斜め光が入
射してくることから、基板１０の周辺部に形成された受
光部５のポテンシャルプロファイルを、受光部５内にお
ける斜め光の進行方向へ向けて傾けた構造とすることに
より、斜め光が受光部５内で有効に光電変換されて信号
電荷として蓄積される。

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、入射光を
有効に光電変換するため受光部を基板深く形成している
固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＣＣＤ固体撮像素子は、画質の向
上が非常に強く要請されている。その要請に応えるため
には、画素数を増やして解像度を高くすることと、感度
の向上を行うことが必要であり、そのため、画素の配列
密度を高くしつつ、さらに画素を小型化する必要があ
る。

【０００３】ところが、画素サイズを縮小した場合、単
位画素に入射する光量は減少し、各画素の受光部の感度
特性が低下するという不具合が生じてしまう。ここで、
感度向上目的で受光部の開口を大きくする、すなわち、
遮光膜の開口部を大きくすると、電荷転送部への光の混
入によるスミアが発生しやすくなるので、受光部の開口
を大きくするのには限界がある。

【０００４】この観点から、受光部上方に設けたオンチ
ップカラーフィルタ上にオンチップレンズを設け、受光
部への集光効率を高める工夫がなされている。

【０００５】一方、ＣＣＤ固体撮像素子では、スミアの
抑制技術が必須である。これまでは、スミアの抑制技術
として、遮光膜の材質や、遮光膜のカバレージ向上によ
る直接透過光の抑制や、シリコン基板表面側で発生する
シリコン基板表面と遮光膜裏面の多重反射によるスミア
防止のための遮光膜のセンサー領域への張り出し量の増
加、および遮光膜の張り出し部下における酸化膜の薄膜
化等が行われてきた。

【０００６】近年、上述した画素サイズの縮小および使
用するレンズの小型化による短射出瞳レンズが使用され
ることにより、各種スミア発生モードのうち比較的深い
シリコン基板バルク中で光電変換された電荷が垂直転送
部に流れ込むモードのスミアが無視できなくなってき
た。

【０００７】特に、有効画素周辺部では、短射出瞳距離
レンズの効果で斜め光成分が入射しやすくなるため、有
効画素周辺部でスミアが急激に悪化するスミアシェーデ
ィングの発生が顕著になってきている。

【０００８】このスミアシェーディング対策の一つとし
て、ＣＣＤ上に形成されるオンチップマイクロレンズ形
成用フォトマスクにマスク描画時の倍率補正を行うこと
で、微小サイジングを施し、有効画素領域周辺において
センサー開口部に対してオンチップマイクロレンズが光
学中心方向にオフセットすることで斜め光に対しても有
効にセンサー開口中心に集光する構造にすることが行わ
れている。

【０００９】このように、セルの微細化に伴う感度の減
少およびスミアの抑制のため、従来では、オンチップレ
ンズ等のような上層膜の構造を工夫することにより、有
効に光を受光部に取り込むようにしていたが、例えば４
×４μｍ以下の画素サイズを有するＣＣＤ固体撮像素子
では、オンチップレンズ単独で集光効率を高めること
は、ほぼ限界に近づいている。

【００１０】従って、近年、シリコン基板の深くで光電
変換される電荷をも有効に信号電荷として取り出せるよ
う、受光部を従来のものよりも深く形成する動きにあ
る。

【００１１】図１１および図１２に、上記のオンチップ
レンズを有し、かつ、受光部を深く形成している固体撮
像素子の断面図を示す。なお、図１１は、撮像部の中央
部における画素の一断面図に対応しており、図１２は、
撮像部の周辺部における画素の一断面図に対応してい
る。

【００１２】図１１および図１２に示すように、ｎ型の
シリコン基板１０に、信号電荷を発生し一定期間当該信
号電荷を蓄積する受光部５’が基板深くにまで形成され
ており、当該受光部５’下には余分な電荷を掃き捨てる
ためのオーバーフローバリアを形成するｐ型不純物領域
１１が形成されている。

【００１３】また、基板１０には、ｐ型ウェル１２が形
成され、当該ｐ型ウェル内には、ｎ型不純物領域からな
り電荷を転送する電荷転送部１３が形成されている。受
光部５’と一方の電荷転送部１３との間には、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
しゲート部６が形成され、受光部５’と他方の電荷転送
部１３との間には、高濃度のｐ型不純物領域からなるチ
ャネルストッパ９が基板深部にまで形成されている。

【００１４】基板１０上には、酸化シリコン等の絶縁膜
１４を介して転送電極１６が形成されており、当該転送
電極１６を被覆するようにして、絶縁膜１４を介して遮
光膜１７が形成されており、遮光膜１７には、受光部
５’の上方に開口部が形成されている。また、遮光膜１
７は、受光部５’内に若干張り出すように形成されてい
る。

【００１５】遮光膜１７を被覆して全面に、例えば、酸
化シリコン等からなる平坦化膜２０が形成されており、
平坦化膜２０上には、例えば、窒化シリコン等からなる
パッシベーション膜３０が形成されている。

【００１６】パッシベーション膜３０上に、オンチップ
カラーフィルタ（ＯＣＣＦ）４０が形成されており、オ
ンチップカラーフィルタ４０上には、光透過材料からな
るオンチップレンズ（ＯＣＬ）５０が形成されている。

【００１７】ここで、図１１に示すように、撮像部の中
央部においては、オンチップレンズ５０の光軸が受光部
５’のほぼ中心にくるように形成されており、図１２に
示すように、撮像部の周辺部においては、オンチップレ
ンズ５０の光軸が受光部５’に対して光の入射方向にシ
フトして形成されており、これにより撮像部の周辺部に
おいて斜め光をも有効に受光部５’に集光できる構造と
なっている。

【００１８】図１３に、上記の受光部５’の構造および
それに伴うポテンシャルプロファイルを示す。なお、図
１３（ａ）は、従来の受光部のポテンシャルプロファイ
ルであり、図１３（ｂ）は近年の受光部５’を基板深く
まで形成している場合のポテンシャルプロファイルであ
る。

【００１９】従来、図１３（ａ）に示すように、受光部
は、入射光が光電変換された後、電荷の蓄積を行うｎ型
不純物領域と、ｎ型不純物領域の基板表面部分に形成さ
れ、界面準位によって発生する電荷の湧き出し（暗電
流）を抑制するための高濃度にｐ型不純物を含有するｐ
⁺ 不純物領域とを有し、受光部下にはオーバーフローバ
リアＯＦＢを形成するｐ型不純物領域が形成されてい
る。

【００２０】それに比して、近年では、図１３（ｂ）に
示すように、さらにオーバーフローバリアを形成するｐ
型不純物領域を基板深くに形成しておき、入射光が光電
変換された後、電荷の蓄積を行う高濃度にｎ型不純物を
含有するｎ⁺ 不純物領域と上記のｐ型不純物領域との間
を繋ぐように、低濃度にｎ型不純物を含有するｎ^- 不純
物領域が形成されており、これにより、受光部の空乏層
を滑らかに伸ばすようにしている。この構造において
は、ｎ^- 不純物領域は注入エネルギーを変えて多段階で
イオン注入して形成する。

【００２１】図１１に示すように、上記の固体撮像素子
では、入射した光Ｌ１は、オンチップレンズ５０により
受光部５’に集光され、受光部５’で光電変換され、入
射光量に応じた量の信号電荷が発生する。この電荷は、
受光部５’内のｎ⁺ 不純物領域内で一定期間蓄積され、
後に信号電荷として読み出されることとなる。ここで、
受光部５’を深く形成していることから、基板深くにお
いて光電変換した光によって発生した信号電荷を基板１
０側に捨てずに有効に、ｎ⁺ 不純物領域において蓄積す
ることができ、感度を向上させることができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】一方、図１２に示すよ
うに、撮像部の周辺部に配された画素においては、オン
チップレンズ５０の光軸が光の入射方向にシフトしてい
ることから、斜め光Ｌ２がオンチップレンズ５０により
有効に受光部５’に集光されることとなる。しかしなが
ら、受光部５’を深さ方向において深く形成している場
合であっても、斜めから入ってくる光は、受光部５’の
形成領域とははずれた位置において光電変換されて、当
該光電変換された信号電荷が受光部５’に有効に蓄積さ
れずに、電荷転送部１３へ漏れこんでしまう場合があっ
た。

【００２３】すなわち、電荷を基板側にできるだけ捨て
ずに有効に取り込むため受光部を基板深くにまで形成す
る手法は、特に撮像部の周辺部において、先に述べたシ
リコンバルク中で光電変換された電荷が垂直転送部に流
れ込むスミア発生モードについての有効な対策とはなら
ず、光電変換された電子の一部は電荷転送部１３に漏れ
込んでしまい、スミアシェーディングが発生してしまう
という問題があった。

【００２４】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、斜め光が入射する撮像部の周辺部
においてもスミアの発生を抑制して、感度を向上させる
ことができる固体撮像装置を提供することにある。

【００２５】

【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、光を受光して信号電荷を
発生する受光部が基板に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、前記基板面内における当該
各受光部の位置に応じて、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。

【００２６】前記受光部は、所定の深さにまで形成さ
れ、信号電荷が主に蓄積される第１の受光部と、前記第
１の受光部下に形成され、光を受光して信号電荷を発生
する第２の受光部とを有し、前記第１の受光部に対する
前記第２の受光部の位置が、前記基板面内における当該
各受光部の位置に応じて、異なるように形成されてい
る。

【００２７】前記基板面内における中央部から周辺部へ
いくに従って、前記第１の受光部に対する前記第２の受
光部の位置のずれが大きくなるように形成されている。

【００２８】前記基板および前記受光部は第１導電型で
あり、前記受光部下に形成され、オーバーフローバリア
となる第２導電型領域をさらに有する。

【００２９】前記受光部の上方に形成され、前記受光部
へ向けて光を集光するオンチップレンズをさらに有す
る。各受光部に対応する前記オンチップレンズの光軸中
心が、前記基板面内における当該各受光部の位置に応じ
て異なるように形成されている。前記基板面内における
中央部から周辺部へいくに従って、前記受光部に対する
前記オンチップレンズの光軸中心の位置のずれが大きく
なるように形成されている。

【００３０】前記受光部の上方に形成され、前記受光部
へ向けて光を集光するオンチップレンズをさらに有し、
各受光部に対応する前記オンチップレンズの光軸中心
が、前記基板面内における当該各受光部の位置に応じて
ずれて形成され、前記第１の受光部に対する前記第２の
受光部の位置が、前記オンチップレンズのずれている方
向とは逆の方向にずれている。

【００３１】上記の本発明の固体撮像装置では、受光部
は、基板面内における当該各受光部の位置に応じて、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。従って、入射光を受光部において受
光する際に、基板の特に周辺部においては、基板の内側
から外側、あるいは基板の外側から内側にかけて進行す
る斜め光が入射してくることから、基板の周辺部に形成
された受光部のポテンシャルプロファイルを、受光部内
における斜め光の進行方向へ向けて傾けた構造とするこ
とにより、斜め光が受光部内で有効に光電変換されて信
号電荷として蓄積される。また、基板の中央部において
は、周辺部に比してそれほど斜め光が入射されないこと
から、基板に垂直方向に伸ばしたポテンシャルプロファ
イルとすることで、基板深くで光電変換された電荷をも
信号電荷として蓄積されるようになる。このとき、基板
の中央部から周辺部にいくに従って、基板面の法線に対
する入射光の角度が大きくなって斜め光が入射しやすく
なることから、上記の傾き具合も、基板の中央部から周
辺部にいくに従って連続的に大きくなるように形成され
ていることが好ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体撮像装置の
実施の形態について、図面を参照して説明する。

【００３３】図１は本実施形態に係る固体撮像装置の主
要な構成を示す図である。本実施形態に係る固体撮像装
置１は、撮像部２、水平転送部３、出力部４を有する。
出力部４は、例えば、フローティングゲートにて構成さ
れた電荷−電圧変換部４ａを有する。

【００３４】撮像部２は、受光部５、読み出しゲート部
６および垂直転送部７からなる画素８を、平面マトリッ
クス状に多数配置させて構成されている。各画素８間
は、不図示のチャネルストッパで電気的に干渉しないよ
うに分離されている。

【００３５】垂直転送部７は、受光部５の列ごとに共通
化され所定の本数、配置されている。撮像部２に、垂直
転送部７を駆動する４相のクロック信号φＶ１，φＶ
２，φＶ３，φＶ４が入力される。水平転送部３に、こ
れを駆動する２相のクロック信号φＨ１，φＨ２が入力
される。

【００３６】上記の水平転送部３および垂直転送部７
は、半導体基板の表面側に不純物が導入されて形成され
たマイノリティ・キャリアの電位井戸と、絶縁膜を介在
させた基板上に互いに絶縁分離して繰り返し形成された
複数の電極（転送電極）とから構成されている。これら
の転送部３，７には、その転送電極に対して上記したク
ロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４，φＨ１，
φＨ２がそれぞれ周期的に位相をずらして印加される。
これら転送部３，７は、転送電極に印加されるクロック
信号に制御されて上述した電位井戸のポテンシャル分布
が順次変化し、この電位井戸内の電荷をクロック信号の
位相ずれ方向に転送する、いわゆるシフトレジスタとし
て機能する。

【００３７】図２は、図１に示す撮像部２における要部
拡大平面図である。図２に示すように、矩形形状の受光
部５が、水平および垂直方向にマトリックス状に複数配
置されている。

【００３８】マトリックス状に配置された受光部５間に
おいて、第１層目のポリシリコンからなる第１転送電極
１５が水平方向に延伸して形成されている。第１転送電
極１５は、受光部５の両側部において、垂直方向に若干
延びた矩形形状を有している。

【００３９】また、第１転送電極１５上には、第２層目
のポリシリコンからなる第２転送電極１６が延伸して形
成されている。第２転送電極１６は、受光部５の両側部
において、垂直方向に隣接した第１転送電極１５と重な
るように延びた矩形形状を有している。

【００４０】図３に、撮像部２の中央部における図２の
Ａ−Ａ’線に対応する断面図を示し、図４に撮像部２の
周辺部における図２のＡ−Ａ’線に対応する断面図を示
す。

【００４１】図３および図４に示すように、ｎ型のシリ
コン基板１０に、信号電荷を発生し一定期間当該信号電
荷を蓄積する受光部５が基板深くにまで形成されてお
り、当該受光部５下には余分な電荷を掃き捨てるための
オーバーフローバリアを形成するｐ型不純物領域１１が
形成されている。ｐ型不純物領域１１は、例えば、基板
面から４μｍ程度の深さの位置に形成されている。

【００４２】受光部５は、入射光が光電変換された後、
電荷の蓄積を行う高濃度にｎ型不純物を含有するｎ⁺ 不
純物領域５ａと、ｎ⁺ 型不純物領域５ａとｐ型不純物領
域１１との間を繋ぐように形成された、低濃度にｎ型不
純物を含有するｎ^- 不純物領域５ｂとを有し、これによ
り、受光部の空乏層を滑らかに伸ばすようにしている。
また、ｎ⁺ 不純物領域５ａの基板表面部分に形成され、
界面準位によって発生する電荷の湧き出し（暗電流）を
抑制するための高濃度にｐ型不純物を含有するｐ⁺ 不純
物領域５ｃが形成されている。なお、ｎ⁺ 不純物領域５
ａは、例えば、基板面から０．５μｍ程度の深さにまで
形成されており、ｎ^- 不純物領域５ｂは、例えば、基板
面から０．５μｍ程度の深さから４μｍ程度の深さにま
で形成されている。

【００４３】図３および図４に示すように、撮像部２の
中央部においては、ｎ⁺ 型不純物領域５ａの直下にｎ^-
不純物領域５ｂが形成されており、撮像部２の周辺部に
おいては、ｎ⁺ 不純物領域５ａに対して所定量だけ平面
方向にシフトして、ｎ^- 不純物領域５ｂが形成されてい
る。

【００４４】このｎ^- 不純物領域５ｂは、使用するカメ
ラレンズの射出瞳距離がマイナスの場合は、撮像部２の
周辺部において、撮像部の中央から周辺に向かう光が入
射することから、受光部５のｎ^- 不純物領域５ｂが撮像
部の中央部から周辺部に行くに従い、ｎ⁺ 不純物領域５
ａに対して周辺方向へのオフセット量が連続的に増える
ように形成されている。反対に、射出瞳距離がプラスの
場合は、撮像部２の周辺部において、撮像部の周辺から
中央に向かう光が入射することから、受光部５のｎ^- 不
純物領域５ｂが撮像部の中央部から周辺部に行くに従
い、ｎ⁺ 不純物領域５ａに対して中央方向へのオフセッ
ト量が連続的に増えるように形成されている。

【００４５】また、基板１０には、ｐ型ウェル１２が形
成され、当該ｐ型ウェル１２内には、ｎ型不純物領域か
らなり電荷を転送する電荷転送部１３が形成されてい
る。電荷転送部１３は、例えば、基板面から０．２μｍ
程度の深さにまで形成されている。受光部５と一方の電
荷転送部１３との間には、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部６が形成
され、受光部５と他方の電荷転送部１３との間には、高
濃度のｐ型不純物領域からなるチャネルストッパ９が基
板深部にまで形成されている。

【００４６】基板１０上には、酸化シリコンなどの絶縁
膜１４ａが形成され、電荷転送部１３上には絶縁膜１４
ａを介して、図示しない領域において、図２に示した第
１層目のポリシリコンなどからなる第１転送電極１５が
形成されている。また、第１転送電極１５と一部が重な
り合う状態で、絶縁膜１４ａ上には、第２転送電極１６
が形成されている。

【００４７】第２転送電極１６の表面を被覆して、酸化
シリコンなどの絶縁膜１４ｂが形成されており、図示は
しないが、第１の転送電極１５の表面にも同様な絶縁膜
が形成されている。また、絶縁膜に被覆された第１およ
び第２の転送電極１５，１６を被覆して、遮光膜との耐
圧性確保および寄生容量低減のために、さらに、酸化シ
リコンからなる絶縁膜１４ｃが全面に形成されている。

【００４８】このように、第１および第２転送電極１
５，１６は、絶縁膜１４ａ，１４ｂ，１４ｃからなる絶
縁膜１４に埋め込まれて形成されている。なお、図３お
よび図４に示す電荷転送部１３と転送電極１５，１６
が、図１に示す垂直転送部７に相当する。

【００４９】絶縁膜１４上には、転送電極１５，１６を
被覆するように、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１７が形成されており、当該遮
光膜１７には、受光部５の上方に開口部１７ａが形成さ
れている。また、遮光膜１７は、受光部５内に若干張り
出すように形成されている。このように、遮光膜１７が
転送電極１５，１６を被覆し、かつ、受光部５内に若干
張り出すように形成されているのは、遮光膜１７の電荷
転送部１３に対する遮光性を高めてスミアを抑えるため
である。

【００５０】遮光膜１７を被覆して全面に、例えば、酸
化シリコンなどからなる平坦化膜２０が形成されてお
り、平坦化された平坦化膜２０の表面を被覆して全面
に、例えば、窒化シリコンからなるパッシベーション膜
３０が形成されている。

【００５１】パッシベーション膜３０上に、オンチップ
カラーフィルタ（ＯＣＣＦ）４０が形成されている。オ
ンチップカラーフィルタ４０は、原色系のカラーコーデ
ィング方式では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれ
かに着色され、補色系では、例えば、シアン（Ｃｙ）、
マゼンタ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）などの
いずれかに着色されている。

【００５２】オンチップカラーフィルタ４０上に、ネガ
型感光樹脂などの光透過材料からなるオンチップレンズ
（ＯＣＬ）５０が形成されている。オンチップレンズ５
０は遮光膜上方の光も有効利用して受光部５内に入射さ
せるため、無効領域となる隙間をできるだけ少なくする
ように形成されている。図３および図４に示すように、
撮像部２の中央部においては、受光部５の直上にオンチ
ップレンズ５０が形成されており、撮像部２の周辺部に
おいては、受光部５に対して所定量だけ平面方向にシフ
トして、オンチップレンズ５０が形成されている。

【００５３】すなわち、オンチップレンズ５０は、使用
するカメラの射出瞳距離に合わせて位置補正を行ってお
り、例えば、射出瞳距離がマイナスの場合は、撮像部２
の周辺部において、撮像部の中央から周辺に向かう光が
入射することから、受光部５に対するオンチップレンズ
５０の位置が、撮像部の中央部から周辺部に行くに従
い、中央方向へのオフセット量が連続的に増えるように
形成されている。反対に、射出瞳距離がプラスの場合
は、撮像部２の周辺部において、撮像部の周辺から中央
に向かう光が入射することから、受光部５に対するオン
チップレンズ５０の位置が、撮像部の中央部から周辺部
に行くに従い、周辺方向へのオフセット量が連続的に増
えるように形成されている。

【００５４】上記構成の本実施形態に係る固体撮像装置
の動作について説明する。図５に、撮像部の周辺部にお
ける光の光電変換作用を説明するための断面図を示す。

【００５５】入射した光は、オンチップレンズ５０によ
り受光部５に集光され、受光部５に入射光が入ると、基
板１０に対して逆バイアスされたフォトダイオード（受
光部５）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、受光部５内のｎ⁺ 不純物領域５
ａ内で一定期間蓄積される。

【００５６】この光電変換の際に、図３に示す撮像部２
の中央部においては、受光部５の上に形成されたオンチ
ップレンズ５０から集光される光のほとんどは基板深く
まで形成した受光部５内において光電変換されて、受光
部５の主にｎ⁺ 不純物領域５ａ内で一定期間蓄積され
る。

【００５７】一方、撮像部２の周辺部においては、図５
に示すように、斜め光Ｌ２を有効に取り込むためにオン
チップレンズ５０の光軸は、受光部５に対して光の入射
方向にシフトして形成されており、このオンチップレン
ズ５０により導かれる光も受光部５に対して斜めに入射
することとなる。

【００５８】このとき、本実施形態では、基板１０の比
較的深い領域に形成されるｎ^- 不純物領域５ｂが、基板
内において斜め光Ｌ２が進行する方向にシフトして形成
されていることから、当該斜め光Ｌ２を光電変換させる
ための領域の長さが実質的に長くなり、斜め光Ｌ２をも
有効に信号電荷として取り出せることとなる。このこと
は、斜め光Ｌ２が受光部５からはずれた位置で光電変換
されるのを防止でき、その結果、当該電荷が電荷転送部
１３へ漏れこんでスミアが発生することを防止すること
ができる。

【００５９】以降の動作としては、第２転送電極１６に
読み出し電圧が印加されて、電荷が電荷転送部１３へ転
送され、さらに、転送電極１５，１６に対してそれぞれ
周期的に位相をずらして転送電圧が印加され、電荷が垂
直方向に転送されて、水平転送部３に送られていく。そ
して、水平転送部３に送られた電荷は水平方向に転送さ
れ、出力部４から時系列な画像信号として取り出される
ことになる。

【００６０】以上のように、本実施形態に係る固体撮像
装置によれば、撮像部２の中央部においては、とくに構
造的な変化はないが、撮像部の周辺部においては、図４
に示すように、受光部５のポテンシャルプロファイルが
中心あるいは周辺方向に向かって傾いた構造となってい
ることから、斜め光が入射する撮像部の周辺部において
も、基板深くで光電変換された電荷が効果的に受光部５
のｎ⁺ 不純物領域５ａ内に蓄積されるため、有効に信号
電荷を取り出すことができ、かつ、スミア成分の発生を
抑制することができる。また、上述した構造では、比較
的、基板表面側の受光部５のプロファイルには影響がな
いため、読み出し電圧やブルーミング特性に対しての影
響もなく、受光部５を２次元的に全体的に広げてしまう
構造に比べても、隣接する画素どうしの混色も起きにく
く、スミア以外の他の特性への影響は少ないと考えられ
る。

【００６１】次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装
置の製造方法について、図６（ａ）〜図１０（ｊ）を用
いて説明する。なお、図６（ａ）〜図１０（ｊ）は、撮
像部２の周辺部における工程断面図を示しており、図４
に対応するものである。

【００６２】まず、図６（ａ）に示すように、ｎ型のシ
リコン基板１０に、例えば、イオン注入法により、ｐ型
不純物としてボロン（Ｂ）を、３〜１０ＭｅＶ程度の注
入エネルギーで注入して、基板面から４μｍ程度の深さ
の部分に、オーバーフローバリアとなるｐ型不純物領域
１１を形成する。

【００６３】次に、図６（ｂ）に示すように、ｎ型のシ
リコン基板１０に、例えば、イオン注入法により、砒素
（Ａｓ）やリン（Ｐ）等のｎ型不純物を２×１０¹¹〜１
×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ² 程度の濃度で注入して、ｎ
^- 不純物領域５ｂを形成する。このｎ^- 不純物領域５ｂ
は、基板面から約０．５μｍ程度の深さから約４μｍ程
度の深さに渡って形成する必要があることから、注入エ
ネルギーを変えて複数回イオン注入することにより形成
する。

【００６４】このｎ^- 不純物領域５ｂを形成する際に、
使用するカメラレンズの射出瞳距離に合わせて、撮像部
の周辺部にいくに従い、後に形成するｎ⁺ 不純物領域５
ａに対して、連続的にオフセット量が増えるようにシフ
トさせて形成する必要がある。従って、ｎ^- 不純物領域
形成のためのイオン注入マスク描画用の基準のＣＡＤデ
ータにプラスあるいはマイナスのスケーリングをかけ
て、イオン注入用マスクを製造することで、製造される
フォトマスクは、撮像部の周辺部に向かうに従って、イ
オン注入パターンが撮像部の周辺方向あるいは中央方向
にずれていくイオン注入パターンとなる。例えば、４×
４μｍの画素サイズで、水平方向画素数が７６０ビット
の場合は、スケーリング倍率を１．０００７倍とするこ
とで撮像部の周辺部では、イオン注入パターンが後に形
成するｎ⁺ 不純物領域５ａに対して約１μｍずれること
となる。このようにして作製されたイオン注入用マスク
を用いて形成されたｎ^- 不純物領域５ｂは、撮像部の周
辺部において、図４に示すように画素中心から大きくず
れた構造を有することとなる。

【００６５】次に、図７（ｃ）に示すように、基板１０
の全面にｐ型不純物を所定条件でイオン注入して、後に
読み出しゲート部となる読み出しゲート部用領域６ａを
形成する。

【００６６】次に、図７（ｄ）に示すように、電荷転送
部形成領域に所定の条件で、ｐ型不純物をイオン注入し
て電荷転送部用のｐ型ウェル１２を形成し、ｎ型不純物
をイオン注入して電荷転送部１３を形成する。続いて、
チャネルストッパ形成領域に、ｐ型不純物を高濃度にイ
オン注入してチャネルストッパ９を形成する。

【００６７】次に、図８（ｅ）に示すように、基板１０
上に、例えば、熱酸化法により、酸化シリコン膜などを
堆積させ絶縁膜１４ａを形成し、絶縁膜１４ａ上に、不
図示の領域において第１転送電極をパターニング形成
し、絶縁膜を介して第１転送電極上に一部が重なるよう
に、第２転送電極１６をパターニング形成する。続い
て、当該第１および第２転送電極１５，１６をマスクと
して、例えば、イオン注入法により、砒素（Ａｓ）やリ
ン（Ｐ）等のｎ型不純物を１×１０¹²〜２×１０¹²ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ² 程度の濃度で注入して、第１および第２
転送電極１５，１６に対して自己整合的にｎ⁺ 不純物領
域５ａを形成する。

【００６８】次に、図８（ｆ）に示すように、熱酸化法
により第２転送電極１６を被覆する絶縁膜１４ｂを形成
した後、後に形成する遮光膜１７との耐圧確保および寄
生容量低減のために、例えば、ＣＶＤ法により、全面に
酸化シリコンを堆積させ絶縁膜１４ｃを形成する。そし
てさらに、絶縁膜１４ｃで覆われた第１および第２転送
電極１５，１６をマスクとして、所定条件で高濃度にｐ
型不純物をイオン注入して、絶縁膜１４ｃに被覆された
第１および第２転送電極１５，１６に対して、自己整合
的にｐ⁺ 不純物領域５ｃを形成する。このとき、図７
（ｃ）に示す工程で形成した読み出しゲート部用領域６
ａのうち、上記の各種の不純物領域形成後に残った領域
が読み出しゲート部６として、受光部５と電荷転送部１
３との間に形成されることとなる。なお、以降の工程に
おいて、絶縁膜１４ａ，１４ｂ，１４ｃを絶縁膜１４と
称する。

【００６９】次に、図９（ｇ）に示すように、転送電極
１５，１６を被覆するように、絶縁膜１４上にタングス
テン（Ｗ）などの高融点金属をＣＶＤ法により堆積さ
せ、当該高融点金属膜を受光部５の上方で開口部１７ａ
を有するようにパターニングして遮光膜１７を形成す
る。

【００７０】次に、図９（ｈ）に示すように、遮光膜１
７およびその開口部１７ａ内を被覆して全面に、ＣＶＤ
法により、例えば、酸化シリコンを堆積させて、平坦化
膜２０を形成する。続いて、平坦化膜２０の上にレジス
トを塗布した全面エッチバック法、あるいは、ＣＭＰ
（Chemical Mechanical Polishing)法により、平坦化膜
２０の表面を平坦化する。

【００７１】次に、図１０（ｉ）に示すように、平坦化
膜２３を被覆して全面に、プラズマＣＶＤ法により窒化
シリコンを堆積させて、パッシベーション膜３０を形成
する。

【００７２】次に、図１０（ｊ）に示すように、パッシ
ベーション膜３０上に、例えば、染色法によりオンチッ
プカラーフィルタ４０を形成する。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４０を形成してもよい。

【００７３】そして、最後に、例えば、所定の曲率を有
するレンズ形状のレジストパターンをマスクとしたエッ
チングにより、ネガ型感光性樹脂などの光透過性樹脂を
加工してオンチップレンズ５０を形成する。なお、この
オンチップレンズ５０の形成の際にも、公知の手法によ
って、撮像部の中央部から周辺部にいくに従い、オンチ
ップレンズ５０の光軸が受光部５に対して、光の入射方
向へ連続的にオフセット量が増えるようにシフトさせて
形成する。以上により、上述した効果を有する固体撮像
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、基板深くで光電変換された電荷をも有
効に受光部に蓄積させるために、注入エネルギーを複数
回変えて、多段階でイオン注入して受光部を形成させる
場合に、このイオン注入の際のｎ^- 不純物領域５ｂの形
成のためのイオン注入マスクの注入パターンを変えるの
みで、製造工程を増加させることなく、上述した効果を
奏する固体撮像装置を製造することができる。

【００７５】本発明の固体撮像装置は、上記の実施形態
の説明に限定されない。例えば、本実施形態において
は、ｎ^- 不純物領域５ｂの形成工程において、注入エネ
ルギーを複数回変えてイオン注入するとしたが、これに
限られるものでなく、例えば、注入エネルギーの他に、
不純物濃度を変化させることも有効である。また、例え
ば、基板の上層構造については特に制限はなく、例え
ば、オンチップレンズ５０と受光部５との間に層内レン
ズを設けてもよい。また、本実施形態においては、イン
ターライン転送方式の固体撮像装置について説明した
が、これに限られるものでなく、他の転送方式の固体撮
像装置にも適用できる。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。

【００７６】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置によれば、斜め光
が入射する撮像部の周辺部においてもスミアの発生を抑
制して、感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成部で
ある。

【図２】本実施形態に係る固体撮像装置の撮像部におけ
る要部拡大平面図である。

【図３】撮像部の中央部における図２のＡ−Ａ’線に沿
った断面図である。

【図４】撮像部の周辺部における図２のＡ−Ａ’線に沿
った断面図である。

【図５】本実施形態に係る固体撮像装置の効果を説明す
るための図である。

【図６】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、ｎ^- 不純物領域の形成工程までを示す断面図であ
る。

【図７】図６に続く、電荷転送部およびチャネルストッ
パの形成工程までを示す断面図である。

【図８】図７に続く、受光部の形成工程までを示す断面
図である。

【図９】図８に続く、平坦化膜の形成工程までを示す断
面図である。

【図１０】図９に続く、オンチップカラーフィルタの形
成工程までを示す断面図である。

【図１１】従来例に係る固体撮像装置の撮像部の中央部
における断面図である。

【図１２】従来例に係る固体撮像装置の撮像部の周辺部
における断面図である。

【図１３】従来例に係る固体撮像装置の受光部のプロフ
ァイルを示す図である。

【符号の説明】

１…固体撮像装置、２…撮像部、３…水平転送部、４…
出力部、４ａ…電荷−電圧変換部、５，５’…受光部、
５ａ…ｎ⁺ 不純物領域、５ｂ…ｎ^- 不純物領域、５ｃ…
ｐ⁺ 不純物領域、６…読み出しゲート部、６ａ…読み出
しゲート部用領域、７…垂直転送部、８…画素、９…チ
ャネルストッパ、１０…基板、１１…ｐ型不純物領域、
１２…ｐ型ウェル、１３…電荷転送部、１４，１４ａ，
１４ｂ，１４ｃ…絶縁膜、１５…第１転送電極、１６…
第２転送電極、１７…遮光膜、１７ａ…開口部、２０…
平坦化膜、３０…パッシベーション膜、４０…オンチッ
プカラーフィルタ、５０…オンチップレンズ。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を受光して信号電荷を発生する受光部が
基板に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、前記基板面内における当該各受光部の位
置に応じて、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。
【請求項２】前記受光部は、所定の深さにまで形成さ
れ、信号電荷が主に蓄積される第１の受光部と、前記第
１の受光部下に形成され、光を受光して信号電荷を発生
する第２の受光部とを有し、前記第１の受光部に対する前記第２の受光部の位置が、
前記基板面内における当該各受光部の位置に応じて、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。
【請求項３】前記基板面内における中央部から周辺部へ
いくに従って、前記第１の受光部に対する前記第２の受
光部の位置のずれが大きくなるように形成されている請
求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記基板および前記受光部は第１導電型で
あり、前記受光部下に形成され、オーバーフローバリアとなる
第２導電型領域をさらに有する請求項１記載の固体撮像
装置。
【請求項５】前記受光部の上方に形成され、前記受光部
へ向けて光を集光するオンチップレンズをさらに有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】各受光部に対応する前記オンチップレンズ
の光軸中心が、前記基板面内における当該各受光部の位
置に応じて異なるように形成されている請求項５記載の
固体撮像装置。
【請求項７】前記基板面内における中央部から周辺部へ
いくに従って、前記受光部に対する前記オンチップレン
ズの光軸中心の位置のずれが大きくなるように形成され
ている請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】前記受光部の上方に形成され、前記受光部
へ向けて光を集光するオンチップレンズをさらに有し、
各受光部に対応する前記オンチップレンズの光軸中心
が、前記基板面内における当該各受光部の位置に応じて
ずれて形成され、前記第１の受光部に対する前記第２の受光部の位置が、
前記オンチップレンズのずれている方向とは逆の方向に
ずれている請求項３記載の固体撮像装置。