JP2004152819A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接したフォトダイオードから信号電荷が入り込むことによって生じる、混色や暗電流を低減することが可能となる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】第１導電型の第１の半導体領域２０１とこの第１の半導体領域２０１内に形成された第２導電型の第２の半導体領域２０３によって構成される光電変換部を複数有し、前記第１の半導体領域２０１の表面にゲート絶縁膜２０６を介して形成されたゲート電極２０５を有する固体撮像装置において、複数の前記光電変換部のうち、選択された前記光電変換部を構成する前記第２の半導体領域２０３の、前記第１の半導体領域２０１表面に対して内部側の領域に、前記第１の半導体領域２０１よりも高濃度な第１導電型のバリア領域２０４が形成されたことを特徴とする固体撮像装置である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換によって画像を得るＣＭＯＳセンサなどの固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置としては、ＣＣＤ型固体撮像装置とＭＯＳ型固体撮像装置が知られている。ＭＯＳ型固体撮像素子は、微細化が可能であり、また、単一電源で駆動できること、そして、撮像部や周辺回路を含め、全てをＭＯＳプロセスで作製でき、１つの集積回路としてチップを構成できること、などの利点から、近年、注目を集めている。また、ＭＯＳ型固体撮像装置は、セルの光電変換部で検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度であるという特徴を有する。また、このような固体撮像装置は、画素数の増加やイメージサイズの縮小による画素サイズの縮小に適しているとして期待されている。
【０００３】
図１３に、従来の固体撮像装置の要部断面図を示す。半導体基板（図示しない）上に形成されたＰ型ウェル１６０１に、素子分離領域１６０７が形成されている。また、Ｐ型ウェル１６０１内に、信号蓄積領域１６０３が形成され、Ｐ型ウェル１６０１の表面領域に、信号蓄積領域１６０３と離間して、Ｎ型ドレイン領域１６０６が形成されている。また、信号蓄積領域１６０３上のＰ型ウェル１６０１の表面領域には、Ｐ型シールド領域１６０２が形成されている。Ｐ型シールド領域１６０２は、素子分離領域１６０７と接続されている。さらに、Ｐ型ウェル１６０１上に、ゲート絶縁膜１６０５を介して読み出しゲート電極１６０４が形成されている。Ｐ型ウェル１６０１及び信号蓄積領域１６０３によって光電変換部であるフォトダイオードが構成されている。信号蓄積領域１６０３に蓄積された信号は、読み出しゲート電極１６０４によって、Ｎ型ドレイン領域１６０６から読み出すことができる。Ｐ型シールド領域１６０２は、素子分離領域１６０７に接続されて接地されており、Ｐ型ウェル１６０１の表面の結晶欠陥等の乱れによって生じるリーク電流を低減することができる。フォトダイオードの周辺には、読み出しトランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタなどのトランジスタが形成され、単位セルが構成されている。
【０００４】
図１４に、簡略化し、隣接した３つのフォトダイオードの信号蓄積領域のみを示す。半導体基板（図示しない）上に形成されたＰ型ウェル１７０１に、素子分離領域１７０７が形成されている。また、Ｐ型ウェル１７０１内に、第１の信号蓄積領域１７０３ａ，第２の信号蓄積領域１７０３ｂ，第３の信号蓄積領域１７０３ｃが離間して形成されている。第１乃至第３の信号蓄積領域１７０３ａ，１７０３ｂ，１７０３ｃは、異なる分光特性を有するフォトダイオードである。この種の固体撮像装置は、特許文献１，特許文献２に記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、入射した光信号の分散（ブルーミング）を抑えるために、ｎ型拡散層の下にＰ^＋型埋め込み層を一様に形成した固体撮像装置が記載されている。
【０００６】
フォトダイオードによる画素の色配列が、ＲＧＢ色配列（Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ）である場合、例えば、第１の信号蓄積領域１７０３ａが赤色用フォトダイオード，第２の信号蓄積領域１７０３ｂが緑色用フォトダイオード，第３の信号蓄積領域１７０３ｃが青色用フォトダイオードである。入射光によって発生する光電荷密度は、Ｐ型ウェル１７０１を構成しているシリコン基板の電気的特性から、図１５に示すようになり、波長の長い光（赤色＞緑色＞青色）ほど、シリコン基板（Ｐ型ウェル）の深い位置で光を発生している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１５０８４７号公報（図２）
【特許文献２】
特開平１０−１５０１８０号公報（図３）
【特許文献３】
特公昭６１−２６２７０号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記した固体撮像装置では、画素サイズの縮小化に伴って、隣接するフォトダイオードの距離が短くなっているため、図１４の矢印に示すように、波長の長い光（赤色）を入射することによってシリコン基板の深い位置で発生した信号電荷が、隣接するフォトダイオードの信号蓄積領域内に入り込むことがある。このように、波長の長い赤色用フォトダイオードから、隣接する緑色用フォトダイオードや青色用フォトダイオードに信号電荷が入り込むことによって、混色を引き起こしたり、暗電流が増大するなどの問題があった。
【０００８】
なお、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域下にも、一様にＰ^＋型埋め込み層を設けると、特に、波長の長い色の信号蓄積領域において、光が発生しにくくなり、波長の長い色の感度の低下が生じる。
【０００９】
本発明は、上記した問題点を解決すべくなされたもので、波長の長い色用フォトダイオードから、隣接する他の色用フォトダイオードに信号電荷が入り込むことによって生じる、混色や暗電流を低減することが可能となる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するための本発明の固体撮像装置の一形態は、第１導電型の第１の半導体領域とこの第１の半導体領域内に形成された第２導電型の第２の半導体領域によって構成される光電変換部を複数有し、前記第１の半導体領域の表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する固体撮像装置において、
複数の前記光電変換部のうち、選択された前記光電変換部を構成する前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に、前記第１の半導体領域よりも高濃度な第１導電型のバリア領域が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記した目的を達成するための本発明の固体撮像装置の製造方法の一形態は、第１導電型の第１の半導体領域に、複数の第２導電型の第２の半導体領域を形成する工程と、
選択された前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に、前記第１の半導体領域よりも高濃度な第１導電型のバリア領域を形成する工程と、
前記第１の半導体領域の表面に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記第１の半導体領域の表面領域に、第２導電型の第３の半導体領域を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
上記した本発明の一形態によれば、隣接するフォトダイオードから信号電荷が入り込むことによって生じる、混色や暗電流を低減することが可能となる固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１に固体撮像装置の単位セルのうち、光電変換部であるフォトダイオードと読み出しトランジスタの周囲の領域の要部断面図を示し、図２に、固体撮像装置の単位セルの回路構成の例を示す。単位セルは、光電変換部である信号を蓄積するフォトダイオードと、信号走査回路部である信号を読み出す読み出しトランジスタ，信号を増幅する増幅トランジスタ，信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ，フォトダイオードの信号電荷をリセットするリセットトランジスタなどから構成されている。
【００１４】
図２に示すように、読み出しトランジスタ１０２のゲート電極（読み出しゲート電極）をオンすることによって、信号電荷が蓄積されているフォトダイオード１０１の信号を読み出す。水平方向に配線されている水平アドレス線１０６は垂直選択トランジスタ１０４のゲート電極に接続されており、信号を読み出すラインを選択する。リセットアドレス線１０７は、リセットトランジスタ１０５のゲート電極に接続されている。また、増幅トランジスタ１０３のゲート電極は、読み出しトランジスタ１０２のドレインに接続されており、増幅トランジスタ１０３のソース電極は、垂直選択トランジスタ１０４のドレイン電極に接続されている。垂直選択トランジスタ１０４のソース電極は、垂直信号線１０８に接続されている。増幅トランジスタ１０３のドレイン電極は、電源１０９のＶ_ＤＤに接続されている。このような単位セルを複数配置することによって、画素アレイを構成し、撮像領域が構成されている。
【００１５】
また、図１に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰ型ウェル２０１に、素子分離領域２０８が形成されている。また、Ｐ型ウェル２０１内に、信号蓄積領域２０３が形成され、Ｐ型ウェル２０１の表面領域に、信号蓄積領域２０３と離間して、Ｎ型ドレイン領域２０７が形成されている。信号蓄積領域２０３の下には、Ｐ型バリア領域２０４が形成されている。また、信号蓄積領域２０３上のＰ型ウェル２０１の表面領域には、Ｐ型シールド領域２０２が形成されている。Ｐ型シールド領域２０２は、素子分離領域２０８と接続されている。さらに、Ｐ型ウェル２０１上に、ゲート絶縁膜２０６を介して読み出しゲート電極２０５が形成されている。Ｐ型ウェル２０１は、シリコン基板によって形成されており、Ｐ型ウェル２０１及び信号蓄積領域２０３によって光電変換部であるフォトダイオードが構成されている。
【００１６】
信号蓄積領域２０３に蓄積された信号は、読み出しゲート電極２０５によって、Ｎ型ドレイン領域２０７から読み出すことができる。Ｐ型シールド領域２０２は、素子分離領域２０８と接続して接地されており、Ｐ型ウェル２０１の表面の結晶欠陥等の乱れによって生じるリーク電流を低減することができる。
【００１７】
ここで、このフォトダイオードは、波長の長い色用フォトダイオードに隣接した、波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードであり、例えば、青色用フォトダイオードである。フォトダイオードの信号蓄積領域２０３の下には、Ｐ型バリア領域２０４が形成されている。入射光によって発生する光電荷密度は、シリコン基板（Ｐウェル）の電気的特性から、波長の長い光（赤色＞緑色＞青色）ほど、シリコン基板（Ｐ型ウェル）の深い位置で光を発生する。
【００１８】
Ｐ型ウェル２０１の不純物濃度は、例えば、約１×１０^１６〜１×１０^１４ｃｍ^−３，Ｐ型バリア領域２０４の不純物濃度は、比較的高濃度であり、Ｐ型ウェル２０１よりも１桁ほど高く、例えば、約１×１０^１７〜１×１０^１５ｃｍ^−３ ，信号蓄積領域２０３の不純物濃度は、例えば、約１×１０^１７〜１×１０^１５ｃｍ^−３ ，Ｐ型シールド領域２０２の不純物濃度は、信号蓄積領域２０３の不純物濃度よりも高い不純物濃度であり、例えば、約１×１０^１９〜１×１０^１６ｃｍ^−３である。
【００１９】
図１に示したフォトダイオードは、波長の長い色用フォトダイオードに隣接した、波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードである。波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードである信号蓄積領域２０３の下に、Ｐ型バリア領域２０４を形成することによって、矢印に示すように、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ信号電荷が入り込むことを抑止することができ、混色や暗電流を低減することができる。
【００２０】
なお、Ｎ型ドレイン領域２０７は、信号蓄積領域２０３と比較して浅い位置に形成されているため、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ信号電荷が入り込みにくい構成となっている。
【００２１】
次に、図１に示した固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図３（ａ）に示すように、Ｐ型ウェル３０１に素子分離領域３０２を形成する。続いて、波長の長い色用以外のフォトダイオードの、Ｎ型の信号蓄積領域を形成する予定の領域の少なくとも一部上に開口部を有するレジストパターン３０３ａを形成し、Ｐ型ウェル３０１上にＰ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型ウェル３０１に、Ｐ型バリア領域３０３を形成する。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、続いて、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型ウェル３０１に形成されたＰ型バリア領域３０３上に、Ｎ型の信号蓄積領域３０４を形成し、フォトダイオードを構成する。また、レジストパターン３０３ａを除去し、Ｐ型ウェル３０１上にゲート絶縁膜３０５を介して、読み出しゲート電極３０６を形成する。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、信号蓄積領域３０４が形成されている読み出しゲート電極３０６の片側の、Ｐ型ウェル３０１の一部が露出するようなレジストパターン３０７ａを形成する。続いて、Ｐ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型ウェル３０１の表面領域に、Ｐ型シールド領域３０７を形成する。Ｐ型シールド領域３０７は、素子分離領域３０２に接続されるなどして、接地されている。
【００２４】
次に、レジストパターン３０７ａを除去し、図３（ｄ）に示すように、読み出しゲート電極３０６の片側のＰ型ウェル３０１上にレジストパターンを形成し、Ｐ型ウェル３０１の表面領域に、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｎ型ドレイン領域３０８を形成する。続いて、レジストパターンを除去する。
【００２５】
ここで、Ｎ型の信号蓄積領域３０７を形成する際、レジストパターンを形成し、イオン注入して形成する方法を記載したが、これに限定されず、読み出しゲート電極とのセルフアラインによって形成してもよい。また、Ｐ型ウェル３０１に半導体領域を形成する際、Ｐ型バリア領域３０３を形成し、続いて、信号蓄積領域３０４及びＰ型シールド領域３０７を形成したが、これに限定されず、工程の順序を入れ替えて形成してもかわまない。
【００２６】
図４に、隣接した３つのフォトダイオードの信号蓄積領域のみを簡略化して示す。半導体基板（図示しない）上に形成されたＰ型ウェル５０１に、素子分離領域５０８が形成されている。また、Ｐ型ウェル５０１内に、第１の信号蓄積領域５０３ａ，第２の信号蓄積領域５０３ｂ，第３の信号蓄積領域５０３ｃが離間して形成されている。第２及び第３の信号蓄積領域５０３ｂ，５０３ｃの下には、それぞれ第１及び第２のＰ型バリア領域５０４ａ，５０４ｂが形成されている。第１乃至第３の信号蓄積領域５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃは、異なる分光特性を有するフォトダイオードである。
【００２７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に、ＲＧＢ（Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ）画素の色配列の例を示す。図４は、図５（ａ）のＡ−Ａにおける断面図であり、隣接した３つのフォトダイオードの信号蓄積領域を簡略化して示した図である。図４に示した第１の信号蓄積領域５０３ａは赤色用フォトダイオード，第２の信号蓄積領域５０３ｂは緑色用フォトダイオード，第３の信号蓄積領域５０３ｃは青色用フォトダイオードである。
【００２８】
赤色用フォトダイオード以外の信号蓄積領域、すなわち、第２及び第３の信号蓄積領域５０３ｂ，５０３ｃの下には、第１及び第２のＰ型バリア領域５０４ａ，５０４ｂが形成されている。赤色用フォトダイオードの信号蓄積領域、すなわち、第１の信号蓄積領域５０３ａの下には、Ｐ型バリア領域は、形成されておらず、Ｐ型バリア領域は、選択的に形成されている。
【００２９】
このように、波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードの、信号蓄積領域５０３ｂ，５０３ｃの下にのみ、Ｐ型バリア領域を形成することによって、矢印に示すように、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ信号電荷が入り込むことを抑止することができ、混色や暗電流を低減することができる。また、このとき波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域の下には、Ｐ型バリア領域が形成されていないため、感度の低下は生じない。Ｐ型バリア領域は、波長の長い色用フォトダイオード以外の信号蓄積領域のうち、少なくとも１つ以上の色のフォトダイオードの信号蓄積領域の下に形成されていれば、効果を得ることができる。
【００３０】
また、Ｐ型バリア領域は、信号蓄積領域の直下に形成するのではなく、間に信号蓄積領域から広がる空乏層を設けて、信号蓄積領域の下方に形成してもよい。
【００３１】
前記した第１の実施の形態の変形例として、Ｐ型バリア領域を信号蓄積領域下の、一部の領域にのみ形成してもよい。
【００３２】
図６に示すように、単位セル内に複数のフォトダイオードを有している２画素１セルの場合などで、フォトダイオード同士が離れて形成されている領域がある場合、波長の長い光用フォトダイオードと、特に隣接している側の隅部にのみにＰ型バリア領域７０１を形成してもよい。このように、Ｐ型バリア領域７０１を信号蓄積領域２０３の端部の一部の下の領域にのみ形成する場合は、図３（ａ）に示した工程で、所望のＰ型バリア領域に対応したレジストパターンを形成し、Ｐ型不純物をイオン注入することによって形成することができる。
【００３３】
また、図７（ａ）及び図７（ｂ）示すように、フォトダイオード間の距離や平面の色配列に応じて、任意に選択した信号蓄積領域の端部の他の一部の下や、信号蓄積領域の外周部の下に、Ｐ型バリア領域８０１，８０２を形成してもよい。（第２の実施の形態）
固体撮像装置の単位セルの回路構成等は、図２と同じである。
【００３４】
図８に、図２に示した固体撮像装置の単位セルのうち、光電変換部であるフォトダイオードと読み出しトランジスタの周囲の領域の要部断面図を示す。図８に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰ型ウェル９０１に、素子分離領域９０８が形成されている。また、Ｐ型ウェル９０１内に、信号蓄積領域９０３が形成され、Ｐ型ウェル９０１の表面領域に、信号蓄積領域９０３と離間して、Ｎ型ドレイン領域９０７が形成されている。信号蓄積領域９０３の下には、Ｕ字形状を有したＰ型バリア領域９０４が形成されている。また、信号蓄積領域９０３上のＰ型ウェル９０１の表面領域には、Ｐ型シールド領域９０２が形成されている。Ｐ型シールド領域９０２は、素子分離領域９０８と接続されている。さらに、Ｐ型ウェル９０１上に、ゲート絶縁膜９０６を介して読み出しゲート電極９０５が形成されている。Ｐ型ウェル９０１は、シリコン基板によって形成されており、Ｐ型ウェル９０１及び信号蓄積領域９０３によって光電変換部であるフォトダイオードが構成されている。
【００３５】
信号蓄積領域９０３に蓄積された信号は、読み出しゲート電極９０５によって、Ｎ型ドレイン領域９０７から読み出すことができる。Ｐ型シールド領域９０２は接地されており、Ｐ型ウェル９０１の表面の結晶欠陥等の乱れによって生じるリーク電流を低減することができる。
【００３６】
ここで、このフォトダイオードは、波長の長い色用フォトダイオード、例えば赤色用ダイオードに隣接した、赤色用フォトダイオード以外のフォトダイオードであり、例えば、青色用フォトダイオードである。フォトダイオードの信号蓄積領域９０３の下には、Ｕ字形状のＰ型バリア領域９０４が形成されている。入射光によって発生する光電荷密度は、シリコン基板（Ｐウェル）の電気的特性から、波長の長い光（赤色＞緑色＞青色）ほど、シリコン基板（Ｐ型ウェル）の深い位置で光を発生する。
【００３７】
Ｐ型ウェル９０１の不純物濃度は、例えば、約１×１０^１６〜１×１０^１４ｃｍ^−３，Ｐ型バリア領域９０４の不純物濃度は、比較的高濃度であり、Ｐ型ウェル９０１よりも１桁ほど高く、例えば、約１×１０^１７〜１×１０^１５ｃｍ^−３ ，信号蓄積領域９０３の不純物濃度は、例えば、約１×１０^１７〜１×１０^１５ｃｍ^−３ ，Ｐ型シールド領域９０２の不純物濃度は、信号蓄積領域９０３の不純物濃度よりも高い不純物濃度であり、例えば、約１×１０^１９〜１×１０^１６ｃｍ^−３である。
【００３８】
図８に示したフォトダイオードは、波長の長い色用フォトダイオードに隣接した、波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードである。波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードである信号蓄積領域９０３の下に、信号電荷の入り込みをより効果的に抑止するために、その側面領域がＰ型ウェルの表面と平行な内側方向に傾斜しているＵ字断面形状のＰ型バリア領域９０４を形成している。このように形成することによって、矢印に示すように、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ入り込む信号電荷の流れに対して、垂直な側面を有したＰ型バリア領域１００６を形成しているため、より効果的に信号電荷の入り込みを抑止することができ、混色や暗電流をさらに低減することができる。また、Ｐ型バリア領域９０４がＵ字形状を有しているため、信号蓄積領域から広がる空乏層領域を十分に確保しつつ、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から信号電荷が入り込むことを、より効果的に抑止することができる。
【００３９】
なお、Ｎ型ドレイン領域９０７は、信号蓄積領域９０３と比較して浅い位置に形成されているため、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ信号電荷が入り込みにくい構成となっている。
【００４０】
次に、図８に示した固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。図９（ａ）に示すように、Ｐ型ウェル１００１に素子分離領域１００２を形成する。続いて、Ｐ型ウェル１００１上に、熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によってシリコン窒化膜１００３を堆積する。膜厚は１μｍ程度でよい。続いて、同様にシリコン窒化膜１００３上にシリコン酸化膜１００４を堆積する。次に、波長の長い色用以外のフォトダイオードの、Ｎ型の信号蓄積領域を形成する予定の領域の少なくとも一部上に、開口部を有するレジストパターン１００５を形成する。
【００４１】
次に、図９（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、シリコン窒化膜１００３及びシリコン酸化膜１００４をエッチングする。この時、シリコン酸化膜に対して高い異方性を有するエッチング条件にてエッチングを行い、シリコン窒化膜に対して等方性を有するエッチング条件にてエッチングを行う。このように形成することによって、シリコン窒化膜１００３は、シリコン酸化膜１００４よりもテーパー角の大きい形状となる。続いて、レジストパターン１００５を除去する。
【００４２】
次に、図９（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１００３及びシリコン酸化膜１００４をマスクとしてＰ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型ウェル１００１に、その側面領域がＰ型ウェル１００１の表面と平行な内側方向に傾斜しており、Ｕ字断面形状のＰ型バリア領域１００６を形成する。テーパー形状のシリコン窒化膜１００３は、約１μｍ以下の薄膜で形成されているため、テーパー部分のシリコン窒化膜１００３にイオン注入されたＰ型不純物は、透過してＰ型ウェル１００１内に導入される。テーパー部分のシリコン窒化膜１００３のうち、マスクとして用いられたシリコン窒化膜１００３が厚い領域ほど、Ｐ型バリア領域１００６は、Ｐ型ウェル１００１の浅い領域に形成される。したがって、図９（ｃ）に示すような斜めの形状を有するＰ型バリア領域１００６を得ることができる。
【００４３】
次に、図９（ｄ）に示すように、フッ化アンモニア溶液などによって、シリコン窒化膜１００３及びシリコン酸化膜１００４を除去する。
【００４４】
次に、図９（ｅ）に示すように、Ｎ型の信号蓄積領域を形成する予定の領域の少なくとも一部上に開口部を有するレジストパターンをＰ型ウェル１００１上に形成し、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型ウェル１００１に形成されたＰ型バリア領域１００６上に、Ｎ型の信号蓄積領域１００７を形成し、フォトダイオードを構成する。続いて、レジストパターンを除去し、Ｐ型ウェル１００１上にゲート絶縁膜１００８を介して、読み出しゲート電極１００９を形成する。
【００４５】
次に、図９（ｆ）に示すように、信号蓄積領域１００７が形成されている読み出しゲート電極１００９の片側のＰ型ウェル１００１の一部が露出するようなレジストパターン１０１０ａを形成する。続いて、Ｐ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型ウェル１００１の表面領域に、Ｐ型シールド領域１０１０を形成する。Ｐ型シールド領域１０１０は、素子分離領域１００２に接続されるなどして、接地されている。
【００４６】
次に、図９（ｇ）に示すように、レジストパターン１０１０ａを除去し、読み出しゲート電極１００９の片側のＰ型ウェル１００１上にレジストパターンを形成し、Ｐ型ウェル１００１の表面領域に、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｎ型ドレイン領域１０１１を形成する。続いて、レジストパターンを除去する。
【００４７】
ここで、Ｐ型バリア領域１００６の形状は、ＲＩＥのエッチング条件を選択して、シリコン窒化膜のテーパー形状を任意に選択して形成することによって、所望の形状に形成することができる。また、Ｎ型の信号蓄積領域１００７を形成する際、レジストパターンを形成し、イオン注入して形成する方法を記載したが、これに限定されず、読み出しゲート電極とのセルフアラインによって形成してもよい。また、Ｐ型ウェル１００１に半導体領域を形成する際、Ｐ型バリア領域１００６を形成し、続いて、信号蓄積領域１００７及びＰ型シールド領域１０１を形成したが、これに限定されず、工程の順序を入れ替えて形成してもかわまない。
【００４８】
図１０に、隣接した３つのフォトダイオードの信号蓄積領域のみを簡略化して示す。半導体基板（図示しない）上に形成されたＰ型ウェル１３０１に、素子分離領域１３０８が形成されている。また、Ｐ型ウェル１３０１内に、第１の信号蓄積領域１３０３ａ，第２の信号蓄積領域１３０３ｂ，第３の信号蓄積領域１３０３ｃが離間して形成されている。第２及び第３の信号蓄積領域１３０３ｂ，１３０３ｃの下には、それぞれＵ字形状を有した第１及び第２のＰ型バリア領域１３０４ａ，１３０４ｂが形成されている。第１乃至第３の信号蓄積領域１３０３ａ，１３０３ｂ，１３０３ｃは、異なる分光特性を有するフォトダイオードである。
【００４９】
ＲＧＢ（Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ）画素の色配列の例は、前記した第１の実施の形態の図５（ａ）及び図５（ｂ）と同じである。図１０は、図５（ｂ）のＢ−Ｂにおける断面図であり、隣接した３つのフォトダイオードの信号蓄積領域を簡略化して示した図である。第１の信号蓄積領域１３０３ａは赤色用フォトダイオード，第２の信号蓄積領域１３０３ｂは緑色用フォトダイオード，第３の信号蓄積領域１３０３ｃは青色用フォトダイオードである。
【００５０】
赤色用フォトダイオード以外の信号蓄積領域、すなわち、第２及び第３の信号蓄積領域１３０３ｂ，１３０３ｃの下には、Ｕ字形状の第１及び第２のＰ型バリア領域１３０４ａ，１３０４ｂが形成されている。赤色用フォトダイオードの信号蓄積領域、すなわち、第１の信号蓄積領域１３０３ａの下には、Ｐ型バリア領域は、形成されておらず、Ｐ型バリア領域は、選択的に形成されている。
【００５１】
このように、波長の長い色用フォトダイオード以外のフォトダイオードの、信号蓄積領域の下にのみ、Ｐ型バリア領域を形成することによって、矢印に示すように、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ信号電荷が入り込むことを抑止することができ、混色や暗電流を低減することができる。また、このとき波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域の下には、Ｐ型バリア領域が形成されていないため、感度の低下は生じない。Ｐ型バリア領域は、波長の長い色用フォトダイオード以外の信号蓄積領域のうち、少なくとも１つ以上の色のフォトダイオードの信号蓄積領域の下に形成されていれば、効果を得ることができる。
【００５２】
また、Ｐ型バリア領域の側面領域が、Ｐ型ウェルの表面と平行な内側方向に傾斜して形成されているため、波長の長い色用フォトダイオードの信号蓄積領域から、隣接したフォトダイオードの信号蓄積領域へ入り込む信号電荷の流れと垂直な側面を有するＰ型バリア領域を形成しているため、信号電荷の入り込みを効果的に抑止することができ、混色や暗電流を低減することができる。また、同時に、信号蓄積領域とＰ型バリア領域の間に、信号蓄積領域から広がる空乏層の領域が十分に形成されている。
【００５３】
前記した第２の実施の形態の変形例として、Ｐ型バリア領域を信号蓄積領域下の、一部の領域にのみ形成してもよい。
【００５４】
図１１に示すように、単位セル内に複数のフォトダイオードを有している２画素１セルの場合などで、フォトダイオード同士が離れて形成されている領域がある場合、波長の長い光用フォトダイオードと、特に隣接している側の隅部にのみに傾斜した側面領域を有するＰ型バリア領域１４０１を形成してもよい。このように、Ｐ型バリア領域１４０１を信号蓄積領域９０３の端部の一部の下の領域にのみ形成する場合は、図９（ｂ）に示した工程で、所望のＰ型バリア領域に対応したレジストパターンを形成し、Ｐ型不純物をイオン注入することによって形成することができる。
【００５５】
また、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、フォトダイオード間の距離や平面の色配列に応じて、任意に選択した信号蓄積領域９０３の端部の他の一部の下や、信号蓄積領域の外周部の下に、Ｐ型バリア領域１５０１，１５０２を形成してもよい。
【００５６】
以上、第１及び第２の実施の形態では、半導体基板上にＰ型ウェルを形成し、Ｐ型ウェルにＮ型の信号蓄積領域を形成する例を記載したが、これに限定されず、Ｐ型半導体基板にＮ型の信号蓄積領域を形成してもよい。また、Ｐ型とＮ型が逆であってもかまわない。
【００５７】
また、画素の色配列が、ＲＧＢ色配列である例を記載したが、これに限定されず、補色であるＣＭＹ色配列（Ｃｙａｎ（シアン），Ｍａｇｅｎｔａ（マゼンタ），Ｙｅｌｌｏｗ）であってもよい。この場合、波長の長い色である黄色用フォトダイオード以外のフォトダイオードの、信号蓄積領域の下（または、信号蓄積領域の下の一部）に、Ｐ型バリア領域を形成する。Ｐ型バリア領域は、黄色用フォトダイオード以外の信号蓄積領域のうち、少なくとも１つ以上の色のフォトダイオードの信号蓄積領域の下に形成されていれば、効果を得ることができる。
【００５８】
また、ＣＭＹＧ色配列（Ｃｙａｎ（シアン），Ｍａｇｅｎｔａ（マゼンタ），Ｙｅｌｌｏｗ，Ｇｒｅｅｎ）であってもよい。この場合、波長の比較的長い色である黄色用フォトダイオード及び緑用フォトダイオード以外のフォトダイオードの、信号蓄積領域の下（または、信号蓄積領域の下の一部）に、Ｐ型バリア領域を形成する。Ｐ型バリア領域は、黄色用フォトダイオード及び緑用フォトダイオード以外の信号蓄積領域のうち、少なくとも１つ以上の色のフォトダイオードの信号蓄積領域の下に形成されていれば、効果を得ることができる。
【００５９】
また、ＭＯＳ型固体撮像装置を例に説明したが、特にこれに限定されず、ＣＣＤ型固体撮像装置に適用することも可能である。さらに、第１及び第２の実施の形態とその変形例で示した形態を、種々組み合わせて形成することも可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、隣接するフォトダイオードから信号電荷が入り込むことによって生じる、混色や暗電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の要部断面図である。
【図２】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る固体撮像装置における単位セルの回路構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の一部を簡略化して示した要部断面図である。
【図５】本発明の第１及び第２の実施の形態の色配列の例を示した平面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の要部断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の一部を簡略化して示した要部断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部断面図である。
【図１３】従来の技術の固体撮像装置の要部断面図である。
【図１４】従来の技術の固体撮像装置の一部を簡略化して示した要部断面図である。
【図１５】固体撮像装置の深さ方向の光電荷の発光密度を、色ごとに示した図である。
【符号の説明】
１０１…フォトダイオード
１０２…読み出しトランジスタ
１０３…増幅トランジスタ
１０４…垂直選択トランジスタ
１０５…リセットトランジスタ
１０６…水平アドレス線
１０７…リセットアドレス線
１０８…垂直信号線
１０９…電源
２０１，３０１，５０１，９０１，１００１，１３０１…Ｐ型ウェル
２０２，３０７，５０２，９０２，１０１０，１３０２…Ｐ型シールド領域
２０３，３０４，９０３，１００７…信号蓄積領域
２０４，３０３，７０１，８０１，８０２，９０４，１００６，１４０１，１５０１，１５０２…Ｐ型バリア領域
２０５，３０６，９０５，１００９…読み出しゲート電極
２０６，３０５，９０６，１００８…ゲート絶縁膜
２０７，３０８，９０７，１０１１…Ｎ型ドレイン領域
２０８，３０２，５０８，９０８，１００２，１３０８…素子形成領域
３０３ａ，３０７ａ，１００５，１０１０ａ…レジストパターン
５０３ａ，１３０３ａ…第１の信号蓄積領域
５０３ｂ，１３０３ｂ…第２の信号蓄積領域
５０３ｃ，１３０３ｃ…第３の信号蓄積領域
５０４ａ，１３０４ａ…第１のＰ型バリア領域
５０４ｂ，１３０４ｂ…第２のＰ型バリア領域
１００３…シリコン窒化膜
１００４…シリコン酸化膜

Claims (20)

1. 第１導電型の第１の半導体領域とこの第１の半導体領域内に形成された第２導電型の第２の半導体領域によって構成される光電変換部を複数有し、前記第１の半導体領域の表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する固体撮像装置において、
   複数の前記光電変換部のうち、選択された前記光電変換部を構成する前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に、前記第１の半導体領域よりも高濃度な第１導電型のバリア領域が形成されたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記バリア領域は、前記第２の半導体領域の端部の一部の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記バリア領域は、前記第２の半導体領域の外周部の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記バリア領域の側面領域は、前記第２の半導体領域表面と平行な内側方向に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記バリア領域は、隣接する３つの前記第２の半導体領域を単位とした画素のうち、１つまたは２つの前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 前記バリア領域は、隣接する４つの前記第２の半導体領域を単位とした画素のうち、１つまたは２つの前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
7. 複数の前記光電変換部上には、異なる波長の３色のフィルターが設けられており、
   前記バリア領域が前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成されていない前記第２半導体領域は、最も波長の長い色用の光電変換部を構成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
8. 複数の前記光電変換部上には、異なる波長の４色のフィルターが設けられており、
   前記バリア領域が前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成されていない前記第２半導体領域は、より波長の長い２色の色用の光電変換部を構成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
9. 前記第１の半導体領域の表面領域には、第１導電型のシールド領域が形成され、前記第２の半導体領域は、前記シールド領域よりも深い領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置。
10. 前記３色のフィルターは、ＲＧＢ配列であり、赤色、緑色、青色の３色であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
11. 前記４色のフィルターは、ＣＭＹＧ配列であり、シアン、マゼンタ、黄色、緑色の４色であることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
12. 第１導電型の第１の半導体領域に、複数の第２導電型の第２の半導体領域を形成する工程と、
    選択された前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に、前記第１の半導体領域よりも高濃度な第１導電型のバリア領域を形成する工程と、
    前記第１の半導体領域の表面に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
    前記第１の半導体領域の表面領域に、第２導電型の第３の半導体領域を形成する工程とを具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
13. 前記バリア領域は、選択された前記第２の半導体領域の端部の一部の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成すること特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記バリア領域は、選択された前記第２の半導体領域の外周部の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成することを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
15. 前記バリア領域を形成する工程は、
    前記第１の半導体領域上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の絶縁膜の表面の一部が露出するように前記第２の絶縁膜をエッチングして、第２の絶縁膜パターンを形成する工程と、
    露出した前記第１の絶縁膜をエッチングして、テーパー形状の第１の絶縁膜パターンを形成する工程と、
    前記第１及び第２の絶縁膜パターンをマスクとして、前記第１の半導体領域に第１導電型の不純物を導入する工程を具備していることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
16. テーパー形状部分の前記第１の絶縁膜パターンをマスクとして第１導電型の不純物を導入することによって形成された前記バリア領域の側面領域は、前記第１の半導体領域表面と平行な内側方向に傾斜していることを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。
17. 前記バリア領域を形成する工程は、
    前記第１及び第２の絶縁膜パターン上に、さらに所定の領域に開口部を有するマスクパターンを形成して、第１導電型の不純物を導入し、
    選択された第２の半導体領域の端部の一部の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成すること特徴とする請求項１５または１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
18. 前記バリア領域を形成する工程は、
    前記第１及び第２の絶縁膜パターン上に、さらに所定の領域に開口部を有するマスクパターンを形成して、第１導電型の不純物を導入し、
    選択された前記第２の半導体領域の外周部分の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成すること特徴とする請求項１５または１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
19. 前記バリア領域は、隣接する３つの前記第２の半導体領域を単位とした画素のうち、１つまたは２つの前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側の領域に形成することを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
20. 前記バリア領域は、隣接する４つの前記第２の半導体領域を単位とした画素のうち、１つまたは２つの前記第２の半導体領域の、前記第１の半導体領域表面に対して内部側に形成することを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。

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