JP2008004682A - 固体撮像装置、その駆動方法および製造方法 - Google Patents

固体撮像装置、その駆動方法および製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】転送トランジスタのゲート電圧を、ゲート下電位がFD部より高くなるようにする場合であってもフォトダイオードへの電荷の逆流を防止する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の固体撮像装置において各画素セル13は、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオード5と、フォトダイオード5の前記信号電荷を転送する転送トランジスタ6と、転送された信号電荷を蓄積するFD部10と、転送トランジスタ6のゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードからFD部10への電荷転送路となる制御注入層1とを備え、制御注入層1の不純物濃度は、半導体基板の表面側よりも基板側の方が濃い。
【選択図】図2

Description

本発明は、複数の光電変換部がアレイ状に配置された固体撮像装置、その駆動方法及び製造方法に関する。
近年、MOS型固体撮像装置において、小型化の要求が高まっている。一方、画質向上も必要とされており、光電変換部であるフォトダイオード(PD)部の飽和電子数を増大させる必要がある。また、飽和電子数を増大させると読み出し不良がおこりやすくなり残像不良になってしまう。このためフォトダイオードの高容量化と蓄積電荷の完全転送が必要である。
固体撮像装置のフォトダイオード高容量化と電荷の完全転送のためゲート電圧を電源電圧より昇圧して使用する方法が提案されている。
従来の固体撮像装置はゲート電圧を昇圧回路にて電源電圧より高くすることでゲート下電荷転送路のエレクトロンポテンシャルを下げることで読み出し特性を改善しようとしている。例えば、非特許文献1では、読み出しを改善するゲート電圧を電源電圧2.5Vに対し3.3Vの1.32倍まで考察している。転送トランジスタの一般的な変調度は0.65〜0.75であり、例えば、ゲート電極の電位が3.3Vのときゲート下の電荷転送路の電位は2.14〜2.475Vになる。このとき、ゲート下の電荷転送路の電位は、FD部の電位より小さくなっているので、電荷転送路からFD部に信号電荷が流されると考えられる。
IEDM2005 Digest 33-2 「The features and characteristics of 5M CMOS image sensor with 1.9x1.9μm2 pixels」2005 IEEE
しかしながら、ゲート電極の電圧を電荷転送路の電位がFD部より高くなるように設定するとゲート下電位が高くなり電位の深いフォトダイオードから読み出しはできるものの、ゲート下電位がFD部より高いため、電荷転送路からフォトダイオードに一部の信号電荷が逆流するという問題がある。すなわち、ゲート下の電位が高いところに電荷が蓄積される、蓄積された電荷がゲートオフ時にFDに全て転送されないで、フォトダイオード側にも一部逆流して残像不良の原因となる。以下に例をあげて説明する。
図11は従来の固体撮像装置1000の構成を示す回路図である。図12は従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。図13A、図13B、図13CはフォトダイオードからFD部にまで電荷転送路のポテンシャル図である。電荷転送路は、電荷が通過する図中のA〜C点によって模式的に示している。図13Aは読み出しゲートをONしたときのポテンシャル図で点線にゲート電圧が低いときのポテンシャル図を示している。ゲート電圧が低いときは電荷転送路のC部にポテンシャルバリアが発生しフォトダイオードの電荷を完全転送できない。フォトダイオードの電荷を完全転送するためにはゲート電圧を上げる必要があるが、さらにゲート電圧をあげると図13Aの実線部のようにゲート下ポテンシャルがFD部電位より高くなりゲート下に電荷を蓄積することになる。図13Bは、図13Aの実線部からゲートOFFにしたときのポテンシャルの変化を点線で経時的に示している。同図のようにゲート下に蓄積された電荷はゲートOFFですべてがFD側に流れずに一部がフォトダイオード側に逆流するという問題がある。
上記課題を解決するため本発明は、ゲート電圧をゲート下電位がFD部より高くした場合であってもフォトダイオードへの電荷の逆流を防止し、読み出し特性を改善し飽和電子数が多く、なおかつ残像不良が発生しない固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置であって、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃いことを特徴とする。
この構成によれば、フォトダイオードから浮遊拡散部(以下、FD部と記す)に電荷転送路として表面付近より基板側が濃い拡散層を形成しているため、電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、フォトダイオード側に段階的な勾配ができる。そのため、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことができる。その結果、フォトダイオードの信号電荷を取りこぼすことがなくなるので、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
ここで、前記駆動部は、電源電圧を昇圧する昇圧回路を有し、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、前記昇圧回路によって昇圧された電圧を前記転送トランジスタのゲートに印加するようにしてもよい。
この構成によれば、FD部より高い電圧を転送トランジスタのゲートに印加し、浮遊拡散部における電荷転送路の電位がFD部より高くなった場合でも、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
ここで、前記駆動部は、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給するようにしてもよい。
この構成によれば、二段階で立ち下がる前記転送パルスにより、転送トランジスタのオンからオフにかけてゲート下電位がFD部の電位より低く、制御注入層の電位がさらに低くなる電位で一時保持される。それゆえ、フォトダイオードの完全読み出しをより確実にすることができる。読み出し特性の劣化を防止し、飽和特性の劣化を防止し、信頼性を向上させることができる。
ここで、前記フォトダイオードは、前記制御注入層よりも下部に形成されていてもよい。
ここで、前記浮遊拡散層と前記制御注入層の境界面は、前記浮遊拡散部側の前記ゲートの端部よりも前記フォトダイオード寄りに形成されていてもよい。
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の駆動方法であって、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃く、固体撮像装置の駆動方法は、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給する。
ここで、前記転送パルスは、電源電圧よりも高い電圧に立ち上がり、二段階で立ち下がるようにしてもよい。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の製造方法であって、各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、前記固体撮像装置の製造方法は、前記フォトダイオードを形成するステップと、前記制御注入層の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなるように前記制御注入層を形成するステップとを有する。
ここで、前記制御注入層を形成するステップは、前記制御注入層の基板側領域に不純物を第1の濃度で注入するステップと、前記制御注入層の表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を注入することによりを形成するステップとを有してもよい。
ここで、前記制御注入層を形成するステップは、前記制御注入層の領域に第1導電型の不純物を第1の濃度で注入するステップと、前記制御注入層の表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で、第2導電型の不純物を注入することによりを形成するステップと、を有としてもよい。
ここで、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、前記フォトダイオードの形成後に前記転送トランジスタのゲートを形成するステップと有し、前記制御注入層を形成するステップは、前記ゲート形成後に、前記制御注入層の領域に不純物を注入するようにしてもよい。
本発明によれば、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことができる。その結果、フォトダイオードの信号電荷を取りこぼすことがなくなるので、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
また、FD部より高い電圧を転送トランジスタのゲートに印加して、浮遊拡散部における電荷転送路の電位がFD部より高くなった場合でも、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
さらに、二段階で立ち下がる前記転送パルスにより、フォトダイオードの完全読み出しをより確実にすることができる。読み出し特性の劣化を防止し、飽和特性の劣化を防止し、信頼性を向上させることができる。
(第1の実施形態)
本実施形態における固体撮像装置は、フォトダイオードから浮遊拡散層(FD)への電荷転送時に電荷転送路を形成する読み出し制御注入層の不純物濃度について、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなるように読み出し制御注入層が形成されている。電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、フォトダイオード側に段階的な勾配ができる。そのため、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことを図っている。
また、転送トランジスタのゲートには、読み出しパルスとして、電源電圧よりも昇圧された電圧が印加される。さらに、この読み出しパルスは、2段階で立ち下がるように生成される。これにより、フォトダイオード側への電荷の逆流を確実に防ぐことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態における固体撮像装置について説明する。
図1は、本実施の形態に係る固体撮像装置100の構成を示す回路図である。
固体撮像装置100は、半導体基板14にマトリックス状に配置された複数の画素セル13と、垂直駆動回路15と、水平駆動回路16と、信号蓄積部28と、負荷トランジスタ群100とを備えている。垂直駆動回路15には、電源電圧を昇圧する昇圧回路15aを備える。
各画素セル13は、入射光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード5、前記フォトダイオードの前記信号電荷を読み出す(または転送する)転送トランジスタ6と、転送トランジスタ6のドレイン側に、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散層(以下FD部)と、FD部をリセットするリセットトランジスタ11と、FD部の信号電荷を増幅する増幅トランジスタ12とを備える。
垂直駆動回路15には、複数の転送トランジスタ制御線と、複数のリセットトランジスタ制御線111と、複数の垂直選択トランジスタ制御線121が接続されている。
転送トランジスタ制御線101は、水平方向に沿って配置された各画素セル13に設けられた転送トランジスタ6と接続され、フォトダイオード5からFD部へ信号電荷を転送するための転送パルスを出力する。この転送パルスは、昇圧回路15aによって昇圧された電圧のパルスである。
各リセットトランジスタ制御線111は、水平方向に沿って配置された各画素セル13に設けられたリセットトランジスタ11と接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されている。
各垂直選択トランジスタ制御線121は、水平方向に沿って配置された各画素セル13に設けられた垂直選択トランジスタと接続するように、それぞれが所定の間隔を空けて互いに平行に水平方向に沿って配置されており、信号を読み出す行を決定する。
垂直選択トランジスタのソースは、垂直信号線61に接続されている。各垂直信号線61の一端には、負荷トランジスタ群27が接続されている。各垂直信号線61の他端は、行信号蓄積部28に接続されている。行信号蓄積部28は、1行分の信号を取り込むためのスイッチトランジスタを含んでいる。行信号蓄積部28には、水平駆動回路16が接続されている。
図2は本実施の形態に係る固体撮像装置100の構成を示す断面図である。図3A、図3B及び図3Cは本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられた読み出し制御注入層によるフォトダイオードから転送トランジスタまでの電荷転送路の電位の変化を示す模式図である。
フォトダイオード5は、半導体基板14の表面に形成された浅いP型欠陥抑制層9と、半導体基板14の表面に露出するように浅いP型フォトダイオード拡散層9の下側に形成された深いフォトダイオード拡散層8とを含んでいる埋め込み型pnpフォトダイオードである。
転送トランジスタ6は、フォトダイオード5に隣接するように形成されており、半導体基板14の上に形成されたゲート電極7を有している。転送トランジスタ6に対してフォトダイオード5の反対側における半導体基板14の表面には、FD部10が形成されている。リセットトランジスタ11は、FD部10に対して転送トランジスタ6の反対側における半導体基板14の上に形成されており、ゲート電極23を有している。リセットトランジスタ11に対してフローティングディヒュージョン10の反対側における半導体基板14の表面には、電源拡散層207が形成されている。電源拡散層207に対してリセットトランジスタ11の反対側およびフォトダイオード5に対して転送トランジスタ6の反対側には、素子分離部209がそれぞれ形成されている。
転送トランジスタに設けられたゲート電極の下側における半導体基板14には、フォトダイオード5から転送トランジスタ6までの読み出し電位を制御し、ゲート下電位の高いところから電荷のフォトダイオードへの逆流を阻止するための読み出し制御注入層1が形成されている。
読み出し制御注入層1は半導体基板14の表面から深さ約0.1マイクロメートル(μm)の位置の不純物濃度が最高になるように形成されている。
このように構成された固体撮像装置は読み出し制御注入の不純物分布に従うようにフォトダイオード側のポテンシャルがFDゲート下側のポテンシャルより常に高くフォトダイオード側に電荷が逆流することはない。図3Aはゲート電圧ON時の電荷転送路のポテンシャル形状でフォトダイオードから電荷を完全転送でき、図3Bの様にゲートONからOFF時にかけて過渡的にゲート下ポテンシャルが変化すると場合もフォトダイオードへの電荷の逆流は発生しない。
このように構成された固体撮像素子で図3Bに示すゲートONからOFFにいたる過渡的状態にてゲート電圧を一時、同一電位に保持することによってさら読み出しゲートON時にゲート下に蓄積された電荷がフォトダイオード側に逆流しなくなる効果が高まる。
図4は、固体撮像装置の駆動方法を示す図である。垂直駆動回路15は、電荷読み出し時に、転送トランジスタ制御線101上に同図のような転送パルスを出力する。同図において、電圧Vddは電源電圧相当のハイレベル電圧(例えば2.9V)を、電圧Vhは昇圧回路15aにおいて電源電圧から昇圧された電圧(例えば5V)を示す。このように垂直駆動回路15は、フォトダイオード8からFD部10へ電荷を読み出すための転送パルスとして、二段階で立ち下がる転送パルスを転送トランジスタ6のゲートに供給する。立下りを二段階にすることによって、電荷読み出し時にフォトダイオードへの逆流防止をより確実にすることができる。
なお、転送パルスは、昇圧していなくてもよいし、立下りが2段階でなく矩形パルスであってもよい。この場合でも、フォトダイオード側への電荷の逆流を防ぐことができる。
図5は、駆動方法の変形例として、昇圧されていない転送パルスを用いた場合のフォトダイオードからFD部までの電位を示す模式図である。同図のように、電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、フォトダイオード側に段階的な勾配ができる。
図6は、駆動方法の変形例として、昇圧されていない転送パルスを示す図である。同図においてVmは、電源電圧Vddと接地レベルの中間的な電圧(例えば1.5V)である。このように立下りを二段階にすることによって、電荷読み出し時にフォトダイオードへの逆流防止をより確実にすることができる。ただし、この転送パルスの代わりに矩形パルスを用いてもよい。
続いて、本実施の形態における固体撮像装置の製造方法について、図面を用いて説明する。
図7A〜図7Mは、本実施の形態における固体撮像装置の第1の製造方法を工程順に示す説明図である。第1の製造方法では、読み出し制御注入層1とすべき基板側領域に不純物を第1の濃度で注入するステップ(図7I)と、読み出し制御注入層1とすべき表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を注入することによって、読み出し制御注入層1を形成するステップ(図7J)とを有している。以下工程順に説明する。
図7Aに示すように、半導体基板上にシリコン酸化膜(例えば10nm)を成長させ、その上にシリコン窒化膜(例えば150nm)をLP−CVD法(減圧式化学的気相成長)等により成長させる。
図7Bに示すように、レジストの塗布、露光、現像によってトレンチを形成する。
図7Cに示すように、トレンチ側壁を酸化し酸化膜(例えば15nm)を形成する。
図7Dに示すように、例えば、30keVのエネルギーで8.0E12個/cm^2のホウ素Bを、注入角を変えて複数回イオン注入することによって欠陥抑制層を形成する。なお、Enは10のn乗を示す。x^yはxのy乗を示す。
図7Eに示すように、トレンチに酸化膜を埋め込み、CMP(化学的機械的研磨)法等によって平坦化する。
図7Fに示すように、SiN膜除去を除去する。
図7Gに示すように、フォトダイオード形成領域以外にレジストを形成し、例えば600keVのエネルギーで2.0E12個/cm^2の砒素Asをイオン注入することによって、フォトダイオード拡散層8を形成する。
図7Hに示すように、例えば、100keVのエネルギーで1.0E12個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによってアンチパンチスルー層2を形成する。
図7Iに示すように、例えば10keV のエネルギーで2.0E11個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによって、読み出し制御注入層の基板側の領域を形成する。
図7Jに示すように、例えば5keV のエネルギーで5.0E11個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによって、読み出し制御注入層の基板側の領域を形成する。これにより、読み出し制御注入層1の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなる。
図7Kに示すように、酸化膜エッチング、ゲート酸化の後、読み出し電極を形成する。
図7Lに示すように、例えば6keVのエネルギーで1.0E12個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによって、フォトダイオード拡散層8を形成する。
図7Mに示すように、例えば50keVのエネルギーで4.0E12個/cm^2のリンPをイオン注入し、30keVのエネルギーで2.0E12個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによってFD部10を形成する。
図7Nに示すように、配線工程の後、層間絶縁膜、遮光膜、保護膜等を形成する。
以上のように第1の製造方法では、読み出し制御注入層1とすべき基板側領域に不純物を第1の濃度で注入するステップと、読み出し制御注入層1とすべき表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を注入することによって、読み出し制御注入層1を形成するステップとを有している。
(第2の製造方法)
図8A、図8Bは、本実施の形態における固体撮像装置の第2の製造方法を工程順に示す説明図である。第2の製造方法は、第1の製造方法に対して、図7I、図7Jの代わりに図8A、図8Bの工程を行う点が異なっている。つまり、第2の製造方法は、読み出し制御注入層とすべき領域に第1導電型の不純物を第1の濃度で注入するステップ(図8A)と、読み出し制御注入層とすべき表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で、第2導電型の不純物を注入することによりを形成するステップ(図8B)とを有している。以下、同じ工程は説明を省略して、異なる工程を中心に説明する。
図8Aに示すように、例えば10keV のエネルギーで2.5E12個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによって、読み出し制御注入層とすべき基板側の領域を形成する。
図8Bに示すように、例えば15keV のエネルギーで3.0E11個/cm^2のリンPをイオン注入することによって、読み出し制御注入層とすべき基板側の領域を形成する。これにより、読み出し制御注入層1の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなる。
(第3の製造方法)
図9A、図9Bは、本実施の形態における固体撮像装置の第3の製造方法を工程順に示す説明図である。第3の製造方法は、第1の製造方法に対して、図7I、図7J、図7Kの代わりに図9A、図9Bの工程を行う点が異なっている。つまり、第2の製造方法は、フォトダイオード8の形成後に転送トランジスタ6のゲートを形成するステップ(図9A)と、ゲート形成後に、制御注入層とすべき領域に不純物を注入するステップ(図9B)とを有する。以下、同じ工程は説明を省略して、異なる工程を中心に説明する。
図9Aに示すように、ゲート酸化膜形成後、ゲート電極形成前に読み出し制御注入層を形成する。このとき、読み出し制御注入層は650℃30秒のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理で活性化される。
図9Bに示すように、例えば20keV のエネルギーで2.0E12個/cm^2のホウ素Bをイオン注入することによって、読み出し制御注入層とすべき領域を形成する。このとき、読み出し制御注入層はRTA処理で活性化される。これにより、読み出し制御注入層の不純物濃度は、表面側よりも基板側の方が濃く製造することができる。
以上説明してきたように本実施の形態における固体撮像装置によれば、フォトダイオード5からFD部10に電荷転送路として表面付近より基板側が濃い読み出し制御注入層1を形成しているため、電荷転送時における転送トランジスタのゲート下のポテンシャルは、図3Bのようにフォトダイオード5側に段階的な勾配ができる。そのため、転送トランジスタ6がオンからオフに変化する過渡期にフォトダイオード5側への電荷の逆流を防ぐことができる。その結果、フォトダイオード5の信号電荷を取りこぼすことがなくFD部10に読み出せるので、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。 また、FD部10より高い電圧を転送トランジスタ6のゲートに印加することにより、FD部10における電荷転送路の電位がFD部10より高くなった場合でも、読み出し特性が優れ、飽和特性の向上と残像特性の向上が可能となる。
さらに、二段階で立ち下がる前記転送パルスにより、転送トランジスタ6のオンからオフにかけてゲート下電位がFD部の電位より低く、制御注入層の電位がさらに低くなる電位で一時保持される。それゆえ、フォトダイオードの完全読み出しをより確実にすることができる。読み出し特性の劣化を防止し、飽和特性の劣化を防止し、信頼性を向上させることができる。
なお、固体撮像装置においてFD部10の不純物層とゲート下の読み出し制御注入層1の境界は読み出しゲートの内側に形成されていることが望ましい。この場合の固体撮像装置の断面図を図10に示す。同図のように、FD部10と読み出し制御注入層1の境界面Pは、FD部10側のゲート端部Qよりもフォトダイオード5寄りの位置に形成されている。このような構成及び動作をすることによりさらに残像特性を向上させることが可能となる。
また、図7I、図7Jの不純物の注入は逆の順に行ってもよい。図8A、図8Bの不純物の注入についても逆の順に行ってもよい。
本発明に係わる固体撮像装置は、読み出し特性向上のためゲート電圧をFD部より高い電圧を設定する場合にフォトダイオード容量の大きく残像不良の発生しない固体撮像装置が実現でき、複数の光電変換部がアレイ状に配置された固体撮像装置、その駆動方法及びそれを用いたカメラにとして有用である。
本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。 固体撮像装置の構成を示す断面図である。 フォトダイオードからFD部までの電位の変化を示す模式図である。 フォトダイオードからFD部までの電位の変化を示す模式図である。 フォトダイオードからFD部までの電位の変化を示す模式図である。 固体撮像装置の駆動方法を示す図である。 駆動方法の変形例におけるフォトダイオードからFD部までの電位を示す模式図である。 駆動方法の変形例における駆動方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第1の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第2の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第2の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第3の製造方法を示す図である。 固体撮像装置の第3の製造方法を示す図である。 変形例における固体撮像装置の断面図である。 従来技術における固体撮像装置の構成を示す回路図である。 従来技術における固体撮像装置の構成を示す断面図である。 フォトダイオードからFD部までの電位の変化を示す模式図である。 フォトダイオードからFD部までの電位の変化を示す模式図である。 フォトダイオードからFD部までの電位の変化を示す模式図である。
符号の説明
A、B、C 電荷転送路
1 読み出し制御注入層
2 アンチパンチスルー層
6 転送トランジスタ
7 ゲート電極
8 フォトダイオード
9 欠陥抑制層
10 フローティングディヒュージョン部
11 リセットトランジスタ
12 ソースフォロワアンプ
13 画素セル
14 半導体基板
15 垂直駆動回路
16 水平駆動回路
23 ゲート電極
27 負荷トランジスタ群
28 行信号蓄積部
61 垂直信号線
111 リセットトランジスタ制御線
121 垂直選択トランジスタ制御線
209 素子分離部

Claims (11)

  1. 半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置であって、
    各画素セルは、
    入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、
    転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、
    前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層と
    を備え、
    前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃い
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記駆動部は、電源電圧を昇圧する昇圧回路を有し、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、前記昇圧回路によって昇圧された電圧を前記転送トランジスタのゲートに印加する
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記駆動部は、前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給する
    ことを特徴とする請求項1または2記載の固体撮像装置。
  4. 前記フォトダイオードは、前記制御注入層よりも下部に形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  5. 前記浮遊拡散層と前記制御注入層の境界面は、前記浮遊拡散部側の前記ゲートの端部よりも前記フォトダイオード寄りに形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  6. 半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の駆動方法であって、
    各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、
    前記制御注入層の不純物濃度は、半導体基板の表面よりも基板側の方が濃く、
    固体撮像装置の駆動方法は、
    前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への転送パルスとして、二段階で立ち下がる前記転送パルスを前記転送トランジスタに供給する
    ことを特徴とする駆動方法。
  7. 前記転送パルスは、電源電圧よりも高い電圧に立ち上がり、二段階で立ち下がる
    ことを特徴とする請求項6記載の駆動方法。
  8. 半導体基板に配置された複数の画素セルと、各画素セルを駆動するために設けられた駆動部とを具備する固体撮像装置の製造方法であって、
    各画素セルは、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの前記信号電荷を転送する転送トランジスタと、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部と、前記転送トランジスタのゲート下部に設けられ、電荷転送時に前記フォトダイオードから前記浮遊拡散部への電荷転送路となる制御注入層とを備え、
    前記固体撮像装置の製造方法は、
    前記フォトダイオードを形成するステップと
    前記制御注入層の不純物濃度が半導体基板の表面よりも基板側の方が濃くなるように前記制御注入層を形成するステップと
    を有することを特徴とする製造方法。
  9. 前記制御注入層を形成するステップは、
    前記制御注入層の基板側領域に不純物を第1の濃度で注入するステップと、
    前記制御注入層の表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を注入することによりを形成するステップと、
    を有することを特徴とする請求項8記載の製造方法。
  10. 前記制御注入層を形成するステップは、
    前記制御注入層の領域に第1導電型の不純物を第1の濃度で注入するステップと、
    前記制御注入層の表面側領域に第1の濃度よりも低い第2の濃度で、第2導電型の不純物を注入することによりを形成するステップと、
    を有することを特徴とする請求項8記載の製造方法。
  11. 前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
    前記フォトダイオードの形成後に前記転送トランジスタのゲートを形成するステップと有し、
    前記制御注入層を形成するステップは、前記ゲート形成後に、前記制御注入層の領域に不純物を注入する
    ことを特徴とする請求項8記載の製造方法。
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