JP2007036119A - 固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】受光部の周囲の電極に対して正孔蓄積層の位置を最適化することにより、撮像特性の向上および安定化を図った固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供する。
【解決手段】本実施形態に係る固体撮像装置は、基板に複数形成された受光部５と、受光部５の周囲における基板上に形成された電極２０とを有する。電極２０は、少なくとも正電圧Ｖｔが印加される第１電極２１と、０あるいは負電圧φＶ２，φＶ４のみが印加される第２電極２２とを有する。受光部５は、基板に形成された信号電荷蓄積領域と、前記信号電荷蓄積領域の表層部に形成された正孔蓄積領域１３とを有する。正孔蓄積領域１３は、第１電極２１に対して距離を隔てて配置され、第２電極２２に対してオーバーラップして配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関し、特に、埋め込みフォトダイオードからなる受光部をもつ固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関する。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）の受光部として、埋め込みフォトダイオードが採用されている。埋め込みフォトダイオードでは、ｐｎ接合がすべて基板中に存在するため、暗電流が抑制される。埋め込みフォトダイオードからなる受光部は、ｎ型の電荷蓄積層と、電荷蓄積層の表層に形成されたｐ^＋型の正孔蓄積層とを有する。

従来、電荷蓄積層および正孔蓄積層は、転送電極の形成後にイオン注入により形成されている（例えば、特許文献１参照）。ｎ型の電荷蓄積層の位置は、読み出し電圧やブルーミング特性に影響するため、転送電極に対してセルフアラインで電荷蓄積層を形成することにより、これらの特性を安定させることができる。また、正孔蓄積層の位置は、読み出し電圧や暗電流値に影響するため、転送電極に対してセルフアラインで正孔蓄積層を形成することにより、これらの特性を安定させることができる。

ｎ型の電荷蓄積層については、転送電極の形成前にイオン注入により形成する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。これは、露光装置の合わせ精度向上により可能となったプロセスである。転送電極の形成前にｎ型の電荷蓄積層を形成することにより、電荷蓄積層を拡大させて感度の向上を図ることができる。
特許第３３２０５８９号 特許第２８６６３５１号

しかしながら、従来では、正孔蓄積層は、転送電極に対してセルフアラインで形成されている。このため、撮像特性の向上あるいは安定化の観点から、受光部の周囲の電極に対する正孔蓄積層の位置の最適化を測ることができなかった。

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、受光部の周囲の電極に対して正孔蓄積層の位置を最適化することにより、撮像特性の向上および安定化を図った固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に複数形成された受光部と、前記受光部の周囲における前記基板上に形成された電極とを有し、前記電極は、少なくとも正電圧が印加される第１電極と、０あるいは負電圧のみが印加される第２電極とを有し、前記受光部は、前記基板に形成された信号電荷蓄積領域と、前記信号電荷蓄積領域の表層部に形成された正孔蓄積領域とを有し、前記正孔蓄積領域は、前記第１電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２電極に対してオーバーラップして配置されている。

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、基板に配置される複数の受光部となる領域に、それぞれ信号電荷蓄積領域を形成する工程と、前記各信号電荷蓄積領域の表層部に、正孔蓄積領域を形成する工程と、前記受光部の周囲における前記基板上に電極を形成する工程とを有し、前記電極を形成する工程において、少なくとも正電圧が印加される第１電極と、０あるいは負電圧のみが印加される第２電極とを形成し、前記正孔蓄積領域を形成する工程において、前記第１電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２電極に対してオーバーラップして配置されるように前記正孔蓄積領域を形成する。

上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、基板に複数形成された受光部と、前記受光部の周囲における前記基板上に形成された電極とを有し、前記電極は、少なくとも正電圧が印加される第１電極と、０あるいは負電圧のみが印加される第２電極とを有し、前記受光部は、前記基板に形成された信号電荷蓄積領域と、前記信号電荷蓄積領域の表層部に形成された正孔蓄積領域とを有し、前記正孔蓄積領域は、前記第１電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２電極に対してオーバーラップして配置されている。

上記の本発明では、受光部の正孔蓄積領域は、正電圧が印加される第１電極に対して距離を隔てて配置され、第２電極に対してオーバーラップして形成されている。このように、正孔蓄積領域の位置を最適化するため、正孔蓄積領域は転送電極の形成工程前に形成される。

本発明によれば、受光部の周囲の電極に対して正孔蓄積層の位置を最適化することにより、撮像特性の向上および安定化を図った固体撮像装置およびカメラを実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。

図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置１は、撮像部２と、水平転送部３と、出力部４とを有する。

撮像部２には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部５と、受光部５の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部７と、受光部５と垂直転送部７との間に配置された読み出しゲート部６とを有する。

受光部５は、例えば埋め込みフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光（入射光）をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部６は、受光部５に蓄積された信号電荷を垂直転送部７に読み出す。

垂直転送部７は、例えば４相の転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４によって駆動され、受光部５から読み出された信号電荷を垂直方向（図中、下方向）に転送する。なお、転送パルスとしては、４相に限定されるものではない。転送パルスφＶ１〜φＶ４は、例えば０Ｖあるいは−７Ｖである。

水平転送部３は、２相の転送パルスφＨ１，φＨ２によって駆動され、垂直転送部７から垂直転送された信号電荷を、水平方向（図中、左方向）に転送する。

垂直転送部７および水平転送部３は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。

出力部４は、水平転送部３により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する。出力部４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る。出力部４は、フローティングディフュージョンＦＤとリセットゲートＲＧとリセットドレインＲＤからなるトランジスタ４ａと、アンプ４ｂと、出力端子４ｃとを有する。

水平転送部により水平転送された信号電荷量に応じてフローティングディフュージョンＦＤの電圧が変化する。フローティングディフュージョンＦＤの電圧はアンプ４ｂにより増幅されて、出力端子４ｃによりアナログ画像信号として取り出される。その後、リセットゲートＲＧにリセットパルスが入力されて、トランジスタ４ａがオン状態となり、フローティングディフュージョンＦＤの信号電荷がリセットドレインＲＤに掃き捨てられる。なお、リセットドレインＲＤには電源電圧Ｖｄｄが印加されている。

図２は、撮像部２における要部平面図である。図２では、転送電極のみを図解している。

受光部５は、水平方向（第１方向）Ｈおよび垂直方向（第２方向）Ｖに配置されている。受光部５は、基板の表層部にｐ^＋型の正孔蓄積領域１３を有する。

受光部５の周囲における基板上には、絶縁膜を介して転送電極２０が形成されている。本実施形態では、転送電極（電極）２０は、第１転送電極（第１電極）２１と第２転送電極（第２電極）２２とを有する。第１転送電極２１および第２転送電極２２を区別する必要がない場合には、単に転送電極２０と称する。

転送電極２０は単層構造であり、例えば１層のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、各受光部５に対応して２つの転送電極が配置されている。

第１転送電極２１は、受光部５に対して水平方向に隣接して配置されている。各受光部５に対応して配置された第１転送電極２１は、水平および垂直方向に分離して配置されている。

第２転送電極２２は、垂直方向に隣接する受光部５間を通って水平方向に伸びて配置されている。垂直転送部７において、第１転送電極２１と第２転送電極２２が交互に配置されている。

水平方向に伸びる第２転送電極２２に重なるようにして、水平方向に伸びる駆動配線４１が配置されている。駆動配線４１は、第２転送電極２２上に絶縁膜を介して形成されている。駆動配線４１は、垂直転送部７上において垂直方向に伸びており、コンタクトホールＣＨを介して第１転送電極２１に接続されている。

駆動配線４１は、ポリシリコン、タングステン等の金属材料、あるいはシリサイド系材料により形成される。駆動配線４１として金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部５の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。

読み出し時には、駆動配線４１を介して第１転送電極２１に正の読み出し電圧Ｖｔが印加される。読み出し電圧は、例えば＋１０〜＋１５Ｖである。読み出し電圧Ｖｔの印加により、受光部５に蓄積された信号電荷（電子）は、第１転送電極２１下の転送チャネルへ読み出される。

読み出し後の垂直転送の際には、垂直方向に並ぶ第１転送電極２１、第２転送電極２２、第１転送電極２１、第２転送電極２２に０Ｖあるいは負電圧の転送パルスφＶ１〜φＶ４が印加される。第１転送電極２１には、駆動配線４１を介して転送パルスφＶ１、φＶ３が印加される。転送パルスφＶ１〜φＶ４は、例えば０Ｖあるいは−７Ｖである。

正孔蓄積領域１３は、垂直方向に隣接する０あるいは負の転送パルスが印加される第２転送電極２２に対してオーバーラップするように配置されている。また、正孔蓄積領域１３は、水平方向に隣接する正電圧が印加される第１転送電極２１に対して距離を隔てて配置されている。

例えば、正孔蓄積領域１３は、読み出し側（図中、左側）の第１転送電極２１に対してオフセット量Ｗ１だけ隔てて配置されている。また、正孔蓄積領域１３は、読み出し側の反対側（図中、右側）の第１転送電極２１に対してオフセット量Ｗ２だけ隔てて配置されている。オフセット量Ｗ１、Ｗ２は、例えば０．１〜０．３μｍである。

図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。なお、図示の簡略化のため遮光膜の上層については、図３のみに図解している。

例えば、ｎ型のシリコン基板１０（以下、基板１０という）に、ｐ型ウェル１１が形成されている。ｐ型ウェル１１は、オーバーフローバリアを形成する。

受光部５は、ｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の信号電荷蓄積領域１２と、信号電荷蓄積領域１２の表層に形成されたｐ^＋型の正孔蓄積領域１３を有する。正孔蓄積領域１３は、信号電荷蓄積領域１２の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。

受光部５には、信号電荷蓄積領域１２、ｐ型ウェル１１および基板１０により、ｎｐｎ構造が形成されている。このｎｐｎ構造は、受光部５に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がｐ型ウェル１１により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板１０側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。

また、上記の受光部５は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板１０に供給される基板電位を高レベル（例えば＋１２Ｖ）にすることにより、ｐ型ウェル１１の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域１２に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板１０に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。

垂直転送部７は、信号電荷蓄積領域１２と所定間隔を隔ててｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の転送チャネル１４と、転送チャネル１４上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜３０を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極２１，２２により構成されている。転送チャネル１４の下には、比較的高濃度のｐ型領域１５が形成されている。ｐ型領域１５は、転送チャネル１４の下に電位障壁を形成する。このため、基板１０の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル１４へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。

読み出しゲート部６は、信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間のｐ型の読み出しゲート領域１６と、読み出しゲート領域１６上にゲート絶縁膜３０を介して形成された転送電極２１により構成されている。読み出しゲート領域１６は、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、第１転送電極２１に正の読み出し電圧（例えば＋１２Ｖ）が印加されて、読み出しゲート領域１６の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域１２から転送チャネル１４へと読み出される。

信号電荷蓄積領域１２に対して読み出し側とは反対側には、ｐ型のチャネルストップ領域１７が形成されている。また、垂直方向に隣接する受光部５の間であって第２転送電極２２下には、チャネルストップ領域１７が形成されている（図４参照）。チャネルストップ領域１７は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。正孔蓄積領域１３は、垂直方向に隣接する第２転送電極２２に対してオーバーラップするように配置されている。このため、第２転送電極２２下において、チャネルストップ領域１７と正孔蓄積領域１３が繋がっている。

第１転送電極２１および第２転送電極２２上には、絶縁膜３１を介して駆動配線４１が形成されている。第１転送電極２１と駆動配線４１は、絶縁膜３１に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。駆動配線４１は、例えばポリシリコン、タングステン等の金属材料、シリサイド系材料からなる。駆動配線４１を被覆して、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３２が形成されている。

上記の転送電極２０および駆動配線４１を被覆するように、遮光膜５０が形成されている。遮光膜５０は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜５０には、受光部５に光を入射させるための開口部５０ａが形成されている。

遮光膜５０上には、例えばＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate glass）からなる層間絶縁膜６１が形成されている。層間絶縁膜６１上には、例えば窒化シリコンからなるパッシベーション膜６２が形成されている。パッシベーション膜６２の表面は、平坦化されている。

パッシベーション膜６２上には、カラーフィルタ７０が形成されている。カラーフィルタ７０は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタ７１と、ブルーカラーフィルタ７２と、レッドカラーフィルタ７３とを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ７０はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。

カラーフィルタ７０上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜８０が形成されている。平坦化膜８０上には、マイクロレンズ９０が形成されている。

上記の固体撮像装置では、入射光は、マイクロレンズ９０により集光されて各カラーフィルタ７１，７２，７３に到達する。所定の波長領域の光のみが各カラーフィルタを通過し、受光部５に入射する。受光部５に入射した光は、入射光量に応じた信号電荷に光電変換されて、信号電荷蓄積領域１２に蓄積される。その後、転送チャネル１４に読み出されて、垂直転送部７により垂直方向に転送される。

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５〜図１２を参照して説明する。図５〜図１１は、固体撮像装置の製造における工程断面図である。図１２は、固体撮像装置のプロセスフロー図である。

図５（ａ）に示すように、ｎ型のシリコンからなる基板１０を用意する（ＳＴ１）。基板１０としては、例えばｎ型ＣＺ基板上に２０〜４０Ωｃｍ程度の抵抗率のｎ型エピタキシャル層を数μｍ〜数十μｍ程度形成した基板を用いる。続いて、基板１０にイオン注入法によりｐ型ウェル１１を形成する（ＳＴ２）。

次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０にイオン注入法により、ｎ型の転送チャネル１４、ｐ型領域１５、ｐ型の読み出しゲート領域１６、ｐ型のチャネルストップ領域１７を形成する（ＳＴ３）。

次に、図５（ｃ）に示すように、イオン注入法により、基板１０の受光部となる領域にｎ型の信号電荷蓄積領域１２を形成する（ＳＴ４）。

次に、図６（ａ）に示すように、熱酸化法により基板１０上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜３０を形成する（ＳＴ５）。なお、ゲート絶縁膜３０として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の積層膜を形成してもよい。

次に、図６（ｂ）に示すように、イオン注入法により、基板１０に形成された信号電荷蓄積領域１２の表層部にｐ^＋の正孔蓄積領域１３を形成する（ＳＴ６）。続いて、図示はしないが、トランジスタ（Ｔｒ）４ａのリセットドレインＲＤやフローティングディフュージョンＦＤの形成のためのイオン注入を行う（ＳＴ７）。

次に、図７（ａ）に示すように、基板１０上にゲート絶縁膜３０を介して転送電極２０を形成する（ＳＴ８）。転送電極２０は、例えば基板１０上にポリシリコン層を堆積し、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、単層構造の転送電極２０を形成する。ポリシリコン層の膜厚は、２００ｎｍ〜５００ｎｍである。これにより、第１転送電極２１および第２転送電極２２からなる転送電極２０が形成される。転送電極２０のパターンは、図２に示した通りである。

次に、図７（ｂ）に示すように、転送電極２０を被覆するように絶縁膜３１を形成する（ＳＴ９）。絶縁膜３１は、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。１０数Ｖの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜３１の膜厚は１００ｎｍ前後に設定する。

次に、図８（ａ）に示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術により、第１転送電極２１上の絶縁膜３１にコンタクトホールＣＨを形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、全面にポリシリコン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、駆動配線４１を形成する。駆動配線４１は、コンタクトホールＣＨを介して第１転送電極２１と接続される。ポリシリコン層の膜厚は、２００〜５００ｎｍである。

次に、図９（ａ）に示すように、駆動配線４１を被覆する絶縁膜３２を形成する。絶縁膜３２は、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。１０数Ｖの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜３２の膜厚は１００ｎｍ前後に設定する。

次に、図９（ｂ）に示すように、受光部５の位置に開口部５０ａをもち、転送電極２０および駆動配線４１を被覆する遮光膜５０を形成する（ＳＴ１０）。遮光膜５０は、例えば全面にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いたドライエッチングにより高融点金属膜を加工して形成される。

次に、図１０（ａ）に示すように、基板１０上に、例えばＢＰＳＧを堆積させて、リフロー処理を行うことにより層間絶縁膜６１を形成する（ＳＴ１１）。続いて、図示はしないが、層間絶縁膜６１に、出力部４のトランジスタ４ａのフローティングディフュージョンＦＤやリセットドレインＲＤに接続するためのコンタクトホールを形成する。その後、層間絶縁膜６１上に配線を形成する（ＳＴ１２）。

次に、図１０（ｂ）に示すように、層間絶縁膜６１上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化加工することによりパッシベーション膜６２を形成する（ＳＴ１３）。

次に、図１１（ａ）に示すように、パッシベーション膜６２上にカラーフィルタ７０を形成する（ＳＴ１４）。カラーフィルタ７０は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えばパッシベーション膜６２上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタ７１のパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ７２およびレッドカラーフィルタ７３を形成する。なお、カラーフィルタ７０の形成順序に限定はない。

次に、図１１（ｂ）に示すように、カラーフィルタ７０の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ７０上に透明な平坦化膜８０を形成する。平坦化膜８０としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。

次に、平坦化膜８０上にマイクロレンズ９０を形成する（図３参照、ＳＴ１５）。例えばレンズ材料を塗布した後に、レンズ形状のレジストマスクを形成し、レジストマスクとレンズ材料のエッチング選択比が１となるような条件でエッチングすることにより、マイクロレンズ９０が形成される。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置が製造される。図５〜図１１の工程断面図および図１２のプロセスフロー図を参照して説明したように、本実施形態では、正孔蓄積領域１３の全てが転送電極２０の加工前に形成される。

図１３に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造の変形例を示す。図１３に示すように、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の積層膜からなるゲート絶縁膜３０を採用する場合には、正孔蓄積領域１３の形成前後にゲート絶縁膜３０を構成する各絶縁膜を形成してもよい。例えば、１層目の酸化シリコン膜を熱酸化法により形成（ＳＴ５ａ）した後に、正孔蓄積領域１３を形成し（ＳＴ６）、その後窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を形成（ＳＴ５ｂ）してもよい。正孔蓄積領域１３を形成した後の窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の形成工程において、熱酸化プロセスを行わなければ、浅い正孔蓄積領域１３を維持することができる。

上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。

図１４は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。

カメラ１００は、上記した固体撮像装置１と、光学系１０２と、駆動回路１０３と、信号処理回路１０４とを有する。

光学系１０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１の各受光部５において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部５の信号電荷蓄積領域１２において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。

駆動回路１０３は、上述した４相の転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４および２相の転送パルスφＨ１，φＨ２などの各種のタイミング信号を固体撮像装置１に与える。これにより、固体撮像装置１の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置１の出力部４からアナログ画像信号が出力される。

信号処理回路１０４は、固体撮像装置１から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去や、ディジタル信号への変換等の各種の信号処理を行う。信号処理回路１０４による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。

次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について、図１５を参照して説明する。図１５（ａ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の受光部５近傍の断面図であり、図１５（ｂ）は転送電極２０に対して正孔蓄積領域１３がセルフアラインで形成された比較例の断面図である。

本実施形態では、図１５（ａ）に示すように、ｐ^＋の正孔蓄積領域１３は、第１転送電極２１に対して水平方向に距離を隔てて配置されている。読み出し側の第１転送電極２１に対する正孔蓄積領域１３のオフセット量をＷ１とし、読み出し側とは反対側の第１転送電極２１に対する正孔蓄積領域１３のオフセット量をＷ２とする。

図１５（ｂ）に示すように、第１転送電極２１の端部直下にｐ^＋の正孔蓄積領域１３が形成されている場合には、第１転送電極２１の端部直下に急峻なｐｎ接合が形成されることとなり、第１転送電極２１への読み出し電圧Ｖｔ（＋１０〜１５Ｖ）の印加時にきわめて大きい電界が発生する。このため、読み出し時において、信号電荷蓄積領域１２に蓄積された信号電荷（電子）は、高電界中を加速され、高いエネルギーをもつホットエレクトロンとなる。ホットエレクトロンは、エネルギーが高いため、ゲート絶縁膜３０のエネルギー障壁を越えて、ゲート絶縁膜３０中にトラップされることになる。ホットエレクトロンが、ゲート絶縁膜３０のエネルギー障壁を越えるだけのエネルギーをもたなくても、強電界によるband-to-band tunneling効果や、Trap assisted band-to-band Tunneling効果により、ゲート絶縁膜３０に電子が注入される確率が高くなる。

ゲート絶縁膜３０中に電子が注入されると、しきい値が大きくなる方向にシフトする。このため、同じ読み出し電圧を印加しても、信号電荷蓄積領域１２に蓄積された信号電荷（電子）を完全に読み出せないという読み出し不良が生じる。

これに対して、本実施形態では、図１５（ａ）に示すように、読み出し電圧が印加される第１転送電極２１に対してオフセット量Ｗ１，Ｗ２だけ距離を隔てて正孔蓄積領域１３を配置している。このため、第１転送電極２１の端部直下に急峻なｐｎ接合が存在しないことから、電界集中を緩和することができる。電界集中を緩和できることにより、ゲート絶縁膜３０への電子の注入が抑制され、しきい値がシフトすることもない。このため、経時変化の少ない安定した固体撮像装置を実現することができる。

また、正孔蓄積領域１３は、第２転送電極２２に対して垂直方向にオーバーラップして形成されている（図４参照）。垂直方向に並ぶ受光部５間における第２転送電極２２の下には、チャネルストップ領域１７が形成されており、第２転送電極２２下において正孔蓄積領域１３とチャネルストップ領域１７が繋がっている。

受光部５において光電変換過程で生成された電子正孔対のうち正孔については、正孔蓄積領域１３を通り、チャネルストップ領域１７を通って撮像部２外の外部へ逃がすことができる。これにより、正孔蓄積領域１３の電位を一定に維持することができる。

以上のようにして、転送電極２０に対する正孔蓄積領域１３の位置を最適化することにより、撮像特性の向上および安定化を図った固体撮像装置を実現することができる。本実施形態に係る固体撮像装置を備えたカメラによれば、撮像特性の向上および安定化を図ったカメラを実現することができる。

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、転送電極２０に対する正孔蓄積領域１３の位置を最適化するために、転送電極２０よりも前に正孔蓄積領域１３の全てを形成する。

転送電極２０をマスクとしたイオン注入により正孔蓄積領域１３を形成する従来技術においては、正孔蓄積領域１３を表層部にのみ形成するため、イオン注入を低エネルギーで行う必要がある。このため、受光部５上に形成されたゲート絶縁膜３０を除去する工程が必要となる。本実施形態では、受光部５上のゲート絶縁膜３０を除去する工程が必要なくなることから、工程が簡略化され、コストの安価な固体撮像装置を製造することができる。

また、転送電極２０の形成後に、信号電荷蓄積領域１２および正孔蓄積領域１３を形成する場合には、イオン注入工程において、転送電極２０のエッジ部の絶縁膜３１中の酸素や窒素が注入原子とともに基板１０に注入されてしまう。これは、ノックオンインプランテーションあるいはリコイルインプランテーションと称される。基板１０にこのような原子が注入されると基板１０に欠陥が形成され、この欠陥によって受光期間中に熱的に少数キャリア（電子）が発生し、ノイズ成分（暗電流）が増加してしまう。とくに、転送電極２０の端部下における信号電荷蓄積領域１２と正孔蓄積領域１３の境界付近は、電界が強い部分であることから、熱的に少数キャリアが発生しやすくなる。

本実施形態では、転送電極２０を形成する前に、信号電荷蓄積領域１２および正孔蓄積領域１３を形成することから、上記したノックオンインプランテーションを抑制することができ、暗電流成分の少ない固体撮像装置を製造することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、転送電極２０の構造には特に限定はない。このため、単層構造の転送電極であっても、２層あるいは３層構造の転送電極であってもよい。また、駆動配線４１はなくてもよい。さらに、本実施形態に係る固体撮像装置は、ＣＣＤ型ではなくＭＯＳ型の固体撮像装置にも適用可能である。
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。

本実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。 撮像部の要部平面図である。 図２のＡ−Ａ’線における断面図である。 図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示すフローチャートである。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の変形例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラの概略構成を示すブロック図である。 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。

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…トランジスタ、４ｂ…アンプ、４ｃ…出力端子、５…受光部、６…読み出しゲート部、７…垂直転送部、１０…基板、１１…ｐ型ウェル、１２…信号電荷蓄積領域、１３…正孔蓄積領域、１４…転送チャネル、１５…ｐ型領域、１６…読み出しゲート領域、１７…チャネルストップ領域、２０…転送電極、２１…第１転送電極、２２…第２転送電極、３０…ゲート絶縁膜、３１…絶縁膜、３２…絶縁膜、４１…駆動配線、５０…遮光膜、５０ａ…開口部、６１…層間絶縁膜、６２…パッシベーション膜、７０…カラーフィルタ、７１…グリーンカラーフィルタ、７２…ブルーカラーフィルタ、７３…レッドカラーフィルタ、８０…平坦化膜、９０…マイクロレンズ、１００…カメラ、１０２…光学系、１０３…駆動回路、１０４…信号処理回路、ＣＨ…コンタクトホール、ＦＤ…フローティングディフュージョン、ＲＧ…リセットゲート、ＲＤ…リセットドレイン

Claims (10)

1. 基板に複数形成された受光部と、
   前記受光部の周囲における前記基板上に形成された電極と
   を有し、
   前記電極は、少なくとも正電圧が印加される第１電極と、０あるいは負電圧のみが印加される第２電極とを有し、
   前記受光部は、前記基板に形成された信号電荷蓄積領域と、前記信号電荷蓄積領域の表層部に形成された正孔蓄積領域とを有し、
   前記正孔蓄積領域は、前記第１電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２電極に対してオーバーラップして配置された
   固体撮像装置。
2. 第１方向および前記第１方向に直交する第２方向において、基板に複数形成された受光部と、
   前記受光部の周囲における前記基板上に形成された転送電極と
   を有し、
   前記転送電極は、
   前記受光部に対して第１方向に隣接して形成され、正の読み出し電圧と、０あるいは負の転送パルスが印加される第１転送電極と、
   前記第２方向に並ぶ前記受光部間を通って形成され、０あるいは負の転送パルスが印加される第２転送電極とを有し、
   前記受光部は、前記基板に形成された信号電荷蓄積領域と、前記信号電荷蓄積領域の表層部に形成された正孔蓄積領域とを有し、
   前記正孔蓄積領域は、前記第１転送電極に対して第１方向に距離を隔てて配置され、前記第２転送電極に対して第２方向にオーバーラップして配置された
   固体撮像装置。
3. 前記第２転送電極下であって前記第２方向に並ぶ前記受光部間に、チャネルストップ領域が形成されており、
   前記正孔蓄積領域と前記チャネルストップ領域が、前記第２転送電極下において繋がっている
   請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記正孔蓄積領域は、前記受光部の両側の２つの前記第１転送電極に対してそれぞれ第１方向に距離を隔てて配置されている
   請求項２記載の固体撮像装置。
5. 前記正孔蓄積領域は、前記受光部の両側の２つの前記第２転送電極に対してそれぞれ第２方向にオーバーラップして配置されている
   請求項２記載の固体撮像装置。
6. 基板に配置される複数の受光部となる領域に、それぞれ信号電荷蓄積領域を形成する工程と、
   前記各信号電荷蓄積領域の表層部に、正孔蓄積領域を形成する工程と、
   前記受光部の周囲における前記基板上に電極を形成する工程と
   を有し、
   前記電極を形成する工程において、少なくとも正電圧が印加される第１電極と、０あるいは負電圧のみが印加される第２電極とを形成し、
   前記正孔蓄積領域を形成する工程において、前記第１電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２電極に対してオーバーラップして配置されるように前記正孔蓄積領域を形成する
   固体撮像装置の製造方法。
7. 前記電極を形成する工程の前に、ゲート絶縁膜を形成する工程をさらに有する
   請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 基板の第１方向および前記第１方向に直交する第２方向に配置される受光部となる領域に、複数の信号電荷蓄積領域を形成する工程と、
   前記各信号電荷蓄積領域の表層部に正孔蓄積領域を形成する工程と、
   前記受光部の周囲における前記基板上に、転送電極を形成する工程とを有し、
   前記転送電極を形成する工程において、
   前記受光部に対して第１方向に隣接して配置され、正の読み出し電圧と、０あるいは負の転送パルスが印加される第１転送電極と、
   前記第２方向に並ぶ前記受光部間を通って配置され、０あるいは負の転送パルスが印加される第２転送電極とを形成し、
   前記正孔蓄積領域を形成する工程において、前記第１転送電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２転送電極に対してオーバーラップして配置されるように前記正孔蓄積領域を形成する
   を有する固体撮像装置の製造方法。
9. 前記転送電極を形成する工程の前に、ゲート絶縁膜を形成する工程をさらに有する
   請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、
    前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路と
    を有し、
    前記固体撮像装置は、
    基板に複数形成された受光部と、
    前記受光部の周囲における前記基板上に形成された電極と
    を有し、
    前記電極は、少なくとも正電圧が印加される第１電極と、０あるいは負電圧のみが印加される第２電極とを有し、
    前記受光部は、前記基板に形成された信号電荷蓄積領域と、前記信号電荷蓄積領域の表層部に形成された正孔蓄積領域とを有し、
    前記正孔蓄積領域は、前記第１電極に対して距離を隔てて配置され、前記第２電極に対してオーバーラップして配置された
    カメラ。
    

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