JP2008300428A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直転送部の飽和電荷量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】本発明に係る固体撮像装置１００は、光を信号電荷に変換する受光部２０と、受光部２０により変換された信号電荷を転送する垂直転送部２１と、垂直転送部２１により転送された信号電荷を転送する水平転送部２３とを備え、垂直転送部２１は、転送電極１１及び１０１と、垂直転送部２１の転送方向において転送電極１１及び１０１とそれぞれ交互に形成される転送電極１２及び１０２と、転送電極１１、１２、１０１及び１０２下に形成される絶縁膜２５と、転送電極１１及び１０１下に絶縁膜２５を介して形成されるｎ型不純物領域１と、転送電極１２及び１０２下に絶縁膜２５を介して形成され、ｎ型不純物領域１の不純物濃度より不純物濃度が高いｎ型不純物領域９１とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関し、特に、垂直転送部及び水平転送部を備える固体撮像装置に関する。

近年、信号電荷を転送する垂直転送部及び水平転送部を備えるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像装置（ＣＣＤイメージセンサ）は、ディジタルスチルカメラ及びビデオカメラなどとして、民生用及び業務用に広く利用されている。ディジタルスチルカメラ及びビデオカメラの小型化及び多画素化を実現するために、固体撮像装置の受光部及び転送部の微細化が要求されている。一方で、ディジタルスチルカメラ及びビデオカメラの低消費電力の要望が高まり、低電圧で駆動できる固体撮像装置が要求されている。特に、駆動周波数が高い水平駆動電圧の低電圧化は、固体撮像装置の低消費電力化への寄与度が大きい。よって、ディジタルスチルカメラ及びビデオカメラの低消費電力化を実現するにあたり、固体撮像装置の水平駆動電圧を低電圧化することは重要である。

従来の固体撮像装置として、例えば、特許文献１に記載される固体撮像装置がある。
以下、図１８〜図２０を用いて、特許文献１記載の固体撮像措置の構造を説明する。

図１８は、特許文献１記載の固体撮像装置における垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。図１９は、図１８のＰ０−Ｐ１面の概略構成を示す断面図である。図２０は、図１８のＱ０−Ｑ１面の概略構成を示す断面図である。

図１８〜図２０に示す固体撮像装置５００は、ｎ型半導体基板３３０と、ｐ型不純物領域３２４、３３１及び３３２と、ｎ型不純物領域３０１、３０２、３０３、３０４、３０５及び３３４と、ゲート絶縁膜３２５及び３２６と、転送電極３１１〜３１７とを備える。また、固体撮像装置５００は、垂直転送部３２１と、垂直水平遷移部３２２と、水平転送部３２３とを含む。

垂直転送部３２１は、受光部により変換され蓄積される信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を垂直方向に転送する。

水平転送部３２３は、垂直転送部３２１により転送された信号電荷を水平方向（行方向）に転送する。

垂直水平遷移部３２２は、垂直転送部３２１と、水平転送部３２３とを接続する領域である。

ｐ型不純物領域３３１は、垂直転送部３２１のｎ型半導体基板３３０の主面上に形成される。

ｎ型不純物領域３０１は、ｐ型不純物領域３３１上に形成される。ｎ型不純物領域３０１は、垂直転送部３２１の転送チャネルとして機能する。

ｎ型不純物領域３０２は、垂直転送部３２１の電荷転送方向に沿ってｎ型不純物領域３０１の両側に形成される。また、ｎ型不純物領域３０２は、垂直転送部３２１の最終段の転送電極３１１下の垂直水平遷移部３２２に接する側の略半分の領域に形成される。ｎ型不純物領域３０２のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域３０１のｎ型不純物濃度より高い。

ｐ型不純物領域３２４は、ｎ型不純物領域３０２の側面に接して形成される。ｐ型不純物領域３２４は、チャネルストップの役目を果たす。

ｐ型不純物領域３３２は、垂直水平遷移部３２２及び水平転送部３２３のｎ型半導体基板３３０の主面上に形成される。ｎ型不純物領域３３４は、ｐ型不純物領域３３２上に形成される。ｎ型不純物領域３０３及び３０５は、ｎ型不純物領域３３４上に形成される。ｎ型不純物領域３０５は電荷蓄積領域であり、ｎ型不純物領域３０３は電位障壁領域である。

絶縁膜３２５は、ｎ型不純物領域３０１、３０２、３０３、３０４及び３０５上に形成される。転送電極３１１〜３１７は、絶縁膜３２５上に形成される。絶縁膜３２６は、転送電極３１１、３１３、３１５及び３１７上に形成される。転送電極３１１、３１３、３１５及び３１７は１層目のポリシリコン層で形成され、転送電極３１２、３１４及び３１６は２層目のポリシリコン層で形成される。

以上のように、従来の固体撮像装置５００は、垂直転送部３２１の最終段の転送電極３１１下の水平転送部３２３側の略半分の領域をｎ型不純物濃度が高いｎ型不純物領域３０２とすることにより、マスクの位置ずれ等で発生する電位障壁をなくすことができる。これにより、従来の固体撮像装置５００は、垂直転送部３２１から水平転送部３２３への転送効率劣化を抑制することで、垂直転送部３２１から水平転送部３２３への転送不良を防止することができる。
特開２００１−１８５７１６号公報

しかしながら、従来の固体撮像装置は、十分な飽和電荷量を確保することができないという問題と、低消費電力化を行った場合に、転送効率が悪化するという問題がある。

以下、図２１及び図２２を用いて、従来の固体撮像装置が、十分な飽和電荷量を確保することができない理由を説明する。

図２１は、従来の固体撮像装置５００の垂直転送部３２１における電荷蓄積状態を模式的に示す図である。図２１は、転送電極３１２及び３１７の２つの転送電極に渡って電荷が蓄積されている状態を示す図である。

図２１に示す電位３６３は、転送電極３１７下のｎ型不純物領域３０１の空乏化電位である。電位３６１は、転送電極３１２下のｎ型不純物領域３０１の空乏化電位である。

ここで、転送電極３１２下の絶縁膜３２５の膜厚と、転送電極３１１及び３１７下の絶縁膜３２５の膜厚とには差がある。具体的には、転送電極３１２下の絶縁膜３２５の膜厚は、転送電極３１１及び３１７下の絶縁膜３２５の膜厚より薄い。これにより、図２１に示すように、絶縁膜３２５の絶縁膜厚の差により、絶縁膜３２５の膜厚が薄い転送電極３１２下の電位３６１は、転送電極３１７の電位３６３より電位が浅く、十分な飽和電荷量を確保することができないという問題がある。

以下、図２２を用いて、絶縁膜３２５に膜厚差が生じる過程について説明する。
図２２は、固体撮像装置５００の垂直転送部３２１の製造工程を模式的に示す図である。また、図２２において、図２０と同様の要素には同一の符号を付している。

まず、図２２（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板３３０上にｐ型不純物領域３３１を形成する。次に、ｐ型不純物領域３３１上にｎ型不純物領域３０１を形成する。

次に、図２２（ｂ）に示すように、ｎ型不純物領域３０１上に絶縁膜３２５を形成する。次に、絶縁膜３２５上に多結晶シリコン膜２１１を形成する。次に、フォトリソグラフィにより、多結晶シリコン膜２１１上の転送電極３１１及び３１７が形成される所定領域にレジストパターン２１０を形成する。

次に、図２２（ｃ）に示すように、レジストパターン２１０をマスクとして用い、転送電極３１２が形成される領域２０１を絶縁膜３２５が完全に露出するまでをドライエッチングする。ここで、ドライエッチングを行う際、エッチングされる領域２０１の絶縁膜３２５の表面も削られる。これにより、エッチングされる領域２０１の絶縁膜厚２０２は転送電極３１７下の絶縁膜厚２０３より薄くなる。次に、レジストパターン２１０を除去する。以上の工程により、転送電極３１７が形成される。

次に、図２２（ｄ）に示すように、転送電極３１１及び３１７上に絶縁膜３２６が形成される。次に、絶縁膜３２５及び３２６上に転送電極３１２が形成される。

以上のように、上記工程で、転送電極３１１及び３１７下の絶縁膜厚２０３と転送電極３１２下の絶縁膜厚２０２には必然的に差が生じてしまう。例えば、絶縁膜厚２０３は５０〜６０ｎｍ程度であり、絶縁膜厚２０２は、絶縁膜厚２０３に対して１０％程小さくなる。これにより、図２１に示すように、絶縁膜３２５の膜厚が薄い転送電極３１２下の電位３６１は、転送電極３１７の電位３６３より電位が浅くなる。よって、従来の固体撮像装置５００は、十分な飽和電荷量を確保することができない。

以下、図２３を用いて、従来の固体撮像装置において低消費電力化を行った場合に、転送効率が悪化する理由について説明する。図２３は、従来の固体撮像装置５００の垂直転送部３２１と水平転送部３２３との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。なお、図２３において、転送電極３１１〜３１４、垂直転送部３２１、垂直水平遷移部３２２及び水平転送部３２３は図２０に示す断面構成に対応している。また、垂直転送部３２１から水平転送部３２３へ電荷転送する際、転送電極３１２にφＶ１の電圧が印加され、転送電極３１１に電圧φＶ２の電圧が印加され、転送電極３１３及び３１４に電圧φＨ１の電圧が印加される。通常、電圧φＶ１は−６〜−７Ｖ程度の電圧であり、電圧φＶ２は０Ｖ程度の電圧であり、電圧φＨ１は３．０〜３．３Ｖ程度の電圧である。

図２３に示す実線の電位分布３４１は、水平駆動電圧が高い場合の、従来の固体撮像装置５００における電荷転送時の電位分布である。具体的には、電位分布３４１は、転送電極３１２にφＶ１（＝−６Ｖ）の電圧が印加され、転送電極３１１にφＶ２（＝０Ｖ）の電圧が印加され、且つ転送電極３１３及び３１４にφＨ１（＝３．３Ｖ）の電圧が印加された場合の電位分布である。

図２３に示す破線の電位分布３４２は、水平駆動電圧が低い場合の、従来の固体撮像装置５００における電荷転送時の電位分布である。具体的には、電位分布３４２は、転送電極３１２にφＶ１（＝−６Ｖ）の電圧が印加され、転送電極３１１にφＶ２（＝０Ｖ）の電圧が印加され、且つ転送電極３１３及び３１４にφＨ１（＝２．５Ｖ）の電圧が印加された場合の電位分布である。

電位３４８は、転送電極３１１下のｎ型不純物領域３０１の空乏化電位である。電位３４９は、転送電極３１１下のｎ型不純物領域３０２の空乏化電位である。電位３５０及び電位３５１は、転送電極３１４下のｎ型不純物領域３０３の空乏化電位である。また、電位差３４３は、電位３４９と電位３５０との電位差である。電位差３４４は、電位３４９と電位３５１との電位差である。電位差３４３及び３４４は、垂直転送部３２１から水平転送部３２３へ信号電荷を転送するための電位差である。すなわち、電位差３４３及び３４４により、垂直転送部３２１から水平転送部３２３へ信号電荷が転送される。

従来の固体撮像装置５００は、マスクの位置ずれ等で発生する電位障壁をなくすために、垂直転送部３２１の最終段の転送電極３１１下の水平転送部３２３側の概略半分の領域に形成される不純物濃度の高いｎ型不純物領域３０２を有する。そのため、図２３に示すように、転送電極３１１下の水平転送部３２３側の電位３４９は、同じ転送電極３１１下の電位３４８より電位が深くなる。これにより、電位差３４３が小さくなり、垂直転送部３２１から水平転送部３２３へ電荷転送する際のフリンジ電界が低下し転送効率が低下する。

さらに、従来の固体撮像装置５００において、水平駆動電圧を低くすると、転送電極３１４に印加される電圧φＨ１が低くなる。これにより、転送電極３１４下の電位３５０は、水平駆動電圧が高い場合の電位３５１に比べて浅くなる。また、転送電極３１１に印加される電圧が一定の場合、転送電極３１１下の電位３４９は一定である。よって、水平駆動電圧を低くした場合、垂直転送部３２１から水平転送部３２３へ信号電荷を転送するための電位差３４４は、水平駆動電圧が高い場合の電位差３４３よりさらに小さくなる。これにより、従来の固体撮像装置５００は、垂直転送部３２１から水平転送部３２３へ電荷転送する際のフリンジ電界が低下し転送効率が低下する。

以上のように、従来の固体撮像装置５００において、水平駆動電圧の低電圧化を図ると垂直転送部３２１から水平転送部３２３への転送効率が劣化するという問題がある。特に、低照度時の転送効率の劣化は著しく、上記問題は顕著になる。

本発明は、上記問題を解決するものであり、垂直転送部の飽和電荷量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を第１の目的とする。また、本発明は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる固体撮像装置を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、光を信号電荷に変換する受光部と、前記受光部により変換された信号電荷を転送する垂直転送部と、前記垂直転送部により転送された信号電荷を転送する水平転送部とを備え、前記垂直転送部は、第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域上に形成される第１絶縁膜と、前記第１導電型の第１不純物領域上に前記第１絶縁膜を介して形成される複数の第１転送電極とを備え、前記複数の第１転送電極は、複数の第２転送電極と、前記垂直転送部の転送方向において前記各第２転送電極とそれぞれ交互に形成される複数の第３転送電極とを含み、前記第１不純物領域は、前記複数の第２転送電極下に前記第１絶縁膜を介して形成される複数の第２不純物領域と、前記複数の第３転送電極下に前記第１絶縁膜を介して形成され、前記垂直転送部の転送方向において前記各第２不純物領域とそれぞれ交互に形成される複数の第３不純物領域とを含み、前記複数の第３不純物領域の不純物濃度は、前記複数の第２不純物領域の不純物濃度より高い。

この構成によれば、第１絶縁膜の絶縁膜厚が厚い等により、電位が浅くなる第３不純物領域の不純物濃度を高くすることで、第３不純物領域の電位を深くすることができる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送部の飽和電荷量を向上させることができる。

また、前記複数の第２転送電極下の前記第１絶縁膜の膜厚は、前記複数の第３転送電極下の前記第１絶縁膜の膜厚より厚くてもよい。

この構成によれば、第１絶縁膜の絶縁膜厚が厚く、電位が浅くなる第３不純物領域の不純物濃度を高くすることで、第３不純物領域の電位を深くすることができる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送部の飽和電荷量を向上させることができる。

また、前記水平転送部は、第１導電型の第４不純物領域と、前記第４不純物領域上に形成される第２絶縁膜と、前記第４不純物領域上に前記第２絶縁膜を介して形成される複数の第４転送電極とを備え、前記固体撮像装置は、さらに、前記垂直転送部と前記水平転送部との間に形成され、前記垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部に転送する垂直水平遷移部を備え、前記垂直水平遷移部は、前記第１不純物領域及び前記第４不純物領域に接する第１導電型の第５不純物領域と、前記第５不純物領域上に形成される第３絶縁膜と、前記第５不純物領域上に前記第３絶縁膜を介して形成される１以上の第５転送電極とを備え、前記第５不純物領域の不純物濃度は、前記複数の第１転送電極のうち前記垂直転送部の転送方向に対して最終段の第１転送電極下の第１不純物領域の不純物濃度より高くてもよい。

この構成によれば、第１不純物領域と接する垂直水平遷移部の第５不純物領域の不純物濃度は、垂直転送部の最終段の転送電極下の第１不純物領域の不純物濃度より高くなる。これにより、垂直転送部から水平転送部へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。これにより、水平駆動電圧を低くしても、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送部から水平転送部へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

また、前記水平転送部は、第１導電型の第４不純物領域と、前記第４不純物領域上に形成される第２絶縁膜と、前記第４不純物領域上に前記第２絶縁膜を介して形成される複数の第４転送電極とを備え、前記固体撮像装置は、さらに、前記垂直転送部と前記水平転送部との間に形成され、前記垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部に転送する垂直水平遷移部を備え、前記垂直水平遷移部は、前記第１不純物領域に接する第１導電型の第５不純物領域と、前記第４不純物領域及び前記第５不純物領域に接する第１導電型の第６不純物領域と、前記第５不純物領域及び前記第６不純物領域上に形成される第３絶縁膜と、前記第５不純物領域上に前記第３絶縁膜を介して形成される第５転送電極と、前記第６不純物領域上に前記第３絶縁膜を介して形成される第６転送電極とを含み、前記第５不純物領域の不純物濃度は、前記複数の第１転送電極のうち前記垂直転送部の転送方向に対して最終段の第１転送電極下の前記第１不純物領域の不純物濃度より高く、前記第６不純物領域の不純物濃度は、前記最終段の第１転送電極下の前記第１不純物領域の不純物濃度と略等しくてもよい。

この構成によれば、第１不純物領域と接する垂直水平遷移部の第５不純物領域の不純物濃度は、垂直転送部の最終段の転送電極下の第１不純物領域の不純物濃度より高くなる。これにより、垂直転送部から水平転送部へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。これにより、水平駆動電圧を低くしても、垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送部から水平転送部へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

さらに、本発明に係る固体撮像装置において、垂直水平遷移部の第５転送電極下の第５不純物領域の不純物濃度のみを高くする。これにより、垂直転送部の最終段の転送電極及び第６転送電極をマスクとして用いて、第１導電型の不純物種を注入することで、不純物濃度が高い第５不純物領域を形成することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、垂直水平遷移部の転送チャネルとして機能する第５不純物領域の位置変動を抑制し特性バラツキを低減することができる。

また、前記第２不純物領域及び前記第３不純物領域の不純物濃度は、前記第２不純物領域のピンニング電圧と前記第３不純物領域のピンニング電圧とが略等しくなる不純物濃度であってもよい。

この構成によれば、ピンニング電圧が第２転送電極及び第３転送電極下で一致するため暗電流の発生を防止することができる。

また、前記複数の第１転送電極のうち前記垂直転送部の転送方向に対して最終段の第１転送電極は、前記複数の第２転送電極に含まれてもよい。

この構成によれば、垂直転送部の最終段の転送電極下の不純物領域の不純物濃度が低くなる。よって、垂直水平遷移部の垂直転送部に隣接する不純物領域の不純物濃度を、最終段の転送電極下の不純物領域の不純物濃度より容易に高くすることができる。さらに、垂直水平遷移部の垂直転送部に隣接する不純物濃度が高い不純物領域を、第３不純物領域と同時に形成することができる。よって、本発明は、垂直転送部の飽和電荷量を向上させ、且つ転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる固体撮像装置を容易に形成することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記固体撮像装置の製造方法であって、前記第１不純物領域を形成する工程と、前記第１不純物領域上に前記第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜上に前記複数の第２転送電極を形成する工程と、前記複数の第２転送電極をマスクとして用いて前記第１不純物領域に選択的に第１導電型の不純物種をイオン注入することで、前記複数の第３不純物領域を形成する工程と、前記第１絶縁膜上に前記複数の第３転送電極を形成する工程とを含む。

これによれば、第２転送電極をマスクとして用いて、第１導電型の不純物種を注入することで、不純物濃度が高い第３不純物領域を形成することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、垂直転送部の転送チャネルとして機能する第３不純物領域の位置変動を抑制し特性バラツキを低減することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記固体撮像装置の製造方法であって、前記第１不純物領域を形成する工程と、前記第１不純物領域に選択的に第２導電型の不純物種をイオン注入することで、前記複数の第２不純物領域を形成する工程とを含む。

本発明は、垂直転送部の飽和電荷量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ができる。また、本発明は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる固体撮像装置を提供することができる。

以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置は、垂直水平遷移部のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、垂直転送部の最終段の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より高くする。これにより、水平駆動電圧の低電圧化による転送効率の低下を抑制することができる。

まず、図１〜図４を用いて本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。図１に示す固体撮像装置１００は、ＣＣＤ型固体撮像装置である。固体撮像装置１００は、複数の受光部２０と、複数の垂直転送部２１と、水平転送部２３と出力部１９とを備える。

複数の受光部２０は、半導体基板上に行列状に配置される。複数の受光部２０は、受光した光を受光量に応じた信号電荷に変換し蓄積する。

各垂直転送部２１は、列方向に並ぶ複数の受光部２０により変換され蓄積される信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を垂直方向に転送する。

水平転送部２３は、複数の垂直転送部２１により転送された信号電荷を水平方向（行方向）に転送する。

出力部１９は、水平転送部２３により転送された信号電荷を、電圧又は電流に変換し出力する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１００の垂直転送部２１と水平転送部２３との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。図３は、図２のＡ０−Ａ１面の概略構成を示す断面図である。図４は、図２のＢ０−Ｂ１面の概略構成を示す断面図である。なお、図１〜図４において、同一の要素には、同一の符号を付している。

図２〜図４に示すように、固体撮像装置１００は、ｎ型半導体基板３０と、ｐ型不純物領域２４、２７、３１及び３２と、ｎ型不純物領域１、２、４及び５と、絶縁膜２５及び２６と、転送電極１１〜１６とを備える。また、固体撮像装置１００は、垂直水平遷移部２２を備える。

垂直水平遷移部２２は、垂直転送部２１と水平転送部２３との間に形成され、垂直転送部２１と、水平転送部２３とを接続する。垂直水平遷移部２２は、垂直転送部２１により転送された信号電荷を、水平転送部２３に転送する。

ｐ型不純物領域２７は、ｎ型半導体基板３０の主面上に形成される。
ｐ型不純物領域３１は、垂直転送部２１及び垂直水平遷移部２２のｐ型不純物領域２７上に形成される。ｐ型不純物領域３１は、ｎ型不純物領域１及び２とｎ型半導体基板３０とを分離する領域である。

ｎ型不純物領域１は、垂直転送部２１のｐ型不純物領域３１上に形成される。ｎ型不純物領域１は、垂直転送部２１の転送チャネルとして機能する。

ｐ型不純物領域２４は、ｎ型半導体基板３０上に形成される。ｐ型不純物領域２４は、垂直転送部２１の転送方向に対するｎ型不純物領域１の側面に接して形成される。ｐ型不純物領域２４は、チャネルストップの役目を果たす。

ｐ型不純物領域３２は、水平転送部２３のｐ型不純物領域２７上に形成される。ｎ型不純物領域４及び５は、ｐ型不純物領域３２上に形成される。ｎ型不純物領域４及び５は、水平転送部２３の転送チャネルとして機能する。

ｎ型不純物領域２は、垂直水平遷移部２２のｐ型不純物領域３１上に形成される。ｎ型不純物領域２の垂直転送部２１側の側面はｎ型不純物領域１と接する。ｎ型不純物領域２の水平転送部２３側の側面はｎ型不純物領域５と接する。ｎ型不純物領域２のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高い。すなわち、垂直転送部２１の転送方向に対して最終段の転送電極１１下のｎ型不純物領域１の垂直水平遷移部２２側の端部から、水平転送部２３のｎ型不純物領域５の垂直水平遷移部２２側の端部までの転送チャネルのｎ型不純物濃度は、転送電極１１下のｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高い。ｎ型不純物領域２は、垂直水平遷移部２２の転送チャネルとして機能する。

例えば、ｎ型不純物領域１、２、４及び５はｎ型拡散層であり、ｐ型不純物領域２４、３１及び３２はｐ型拡散層であり、ｐ型不純物領域２７はｐ型ウェルである。

絶縁膜２５は、ゲート絶縁膜であり、ｎ型不純物領域１、２、４及び５上に形成される。転送電極１１〜１６は、絶縁膜２５上に形成される。すなわち、転送電極１１〜１６は、ｎ型不純物領域１、２、４及び５上に絶縁膜２５を介して形成される。絶縁膜２６は、転送電極１１、１３及び１５上に形成される。

転送電極１１、１３及び１５は１層目のポリシリコン層で形成され、転送電極１２、１４及び１６は２層目のポリシリコン層で形成される。転送電極１１及び１２は、垂直転送部２１に形成される。転送電極１１及び１２は、ｎ型不純物領域１上に絶縁膜２５を介して形成される。垂直転送部２１において、１層目のポリシリコン層で形成される転送電極と、２層目のポリシリコン層で形成される転送電極とは、垂直転送部２１の転送方向においてそれぞれ交互に形成される。また、転送電極１１は、垂直転送部２１の最終段の転送電極である。転送電極１３及び１４は、垂直水平遷移部２２及び水平転送部２３に形成される。転送電極１３は、ｎ型不純物領域２及び５上に絶縁膜２５を介して形成される。転送電極１４は、ｎ型不純物領域２及び４上に絶縁膜２５を介して形成される。転送電極１５及び１６は、水平転送部２３に形成される。転送電極１５は、ｎ型不純物領域５上に絶縁膜２５を介して形成される。転送電極１６は、ｎ型不純物領域４上に絶縁膜２５を介して形成される。

次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１００の動作を、図５を用いて説明する。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１００の垂直転送部２１と水平転送部２３と接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。なお、図５において、転送電極１１〜１４、垂直転送部２１、垂直水平遷移部２２及び水平転送部２３は図４に示す断面構成に対応している。また、垂直転送部２１から水平転送部２３へ電荷転送する際、転送電極１２にφＶ１の電圧が印加され、転送電極１１にφＶ２の電圧が印加され、転送電極１４及び転送電極１３にφＨ１の電圧が印加される。

図５に示す実線の電位分布４１は、水平駆動電圧が低い場合の、固体撮像装置１００における電荷転送時の電位分布である。具体的には、電位分布４１は、転送電極１２にφＶ１（＝−６Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１１にφＶ２（＝０Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１３及び１４にφＨ１（＝２．５Ｖ）の電圧が印加された際の電荷転送時の電位分布である。

図５に示す破線の電位分布４２は、図４に示す垂直水平遷移部２２のｎ型不純物領域２のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高く設定しない構造における電荷転送時の電位分布である。なお、転送電極１１〜１４への印加電圧φＶ１、φＶ２及びφＨ１は電位分布４１と同じである。

電位４８は、転送電極１１下のｎ型不純物領域１の空乏化電位、電位５０及び５１は、転送電極１３及び１４下のｎ型不純物領域２の空乏化電位である。電位差４３は、電位４８と電位５０との電位差である。電位差４４は、電位４８と電位５１との電位差である。電位差４３及び４４は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差である。すなわち、電位差４３及び４４により、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷が転送される。

図５に示すように、ｎ型不純物領域２のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高くすることで、電位差４３は電位差４４より大きくなる。すなわち、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。これにより、水平駆動電圧φＨ１を低くしても、垂直転送部２１から水平転送部２３への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。よって、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１００は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。これにより、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１００は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、垂直水平遷移部の垂直転送部側に形成される転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、垂直転送部の最終段の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より高くする。さらに、垂直水平遷移部の水平転送部側に形成される転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、垂直転送部の最終段の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度と等しくする。これにより、水平駆動電圧の低電圧化による転送効率の低下を抑制することができる。また、マスクの位置ずれ等の発生を防止し、垂直水平遷移部の垂直転送部側に形成される転送電極下のｎ型不純物領域を精度良く形成することができる。

まず、図６及び図７を用いて本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。図７は、図６のＤ０−Ｄ１面の概略構成を示す断面図である。なお、図６のＣ０−Ｃ１面の概略構成は、図３に示す断面図と同様である。なお、図６及び図７において、図２及び図４と同一の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図６及び図７に示す第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１００に対して、垂直水平遷移部２２のｎ型不純物濃度が高いｎ型不純物領域６３が転送電極１４直下のみに形成されている点が異なる。すなわち、固体撮像装置２００は、固体撮像装置１００が備えるｎ型不純物領域２の代わりに、ｎ型不純物領域６３及び６４を備える。

ｎ型不純物領域６３は、垂直水平遷移部２２のｐ型不純物領域３１上に形成される。ｎ型不純物領域６３は、転送電極１４下に絶縁膜２５を介して形成される。ｎ型不純物領域６３の垂直転送部２１側の側面は、ｎ型不純物領域１と接する。ｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高い。

ｎ型不純物領域６４は、垂直水平遷移部２２のｐ型不純物領域３１上に形成される。ｎ型不純物領域６４は、転送電極１３下に絶縁膜２５を介して形成される。ｎ型不純物領域６４の垂直転送部２１側の側面は、ｎ型不純物領域６３と接する。ｎ型不純物領域６４の水平転送部２３側の側面は、ｎ型不純物領域５と接する。ｎ型不純物領域６４のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度と略等しい。例えば、ｎ型不純物領域６３及び６４は、ｎ型拡散層である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００の動作を、図８を用いて説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００の垂直転送部２１と水平転送部２３との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。なお、図８において、転送電極１１〜１４、垂直転送部２１、垂直水平遷移部２２及び水平転送部２３は図７に示す断面構成に対応している。

図８に示す実線の電位分布７１は、水平駆動電圧が低い場合の、固体撮像装置２００における電荷転送時の電位分布である。具体的には、電位分布７１は、転送電極１２にφＶ１（＝−６Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１１にφＶ２（＝０Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１３及び１４にφＨ１（＝２．５Ｖ）の電圧が印加された際の電荷転送時の電位分布である。

図８に示す破線の電位分布７２は、図７に示す垂直水平遷移部のｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高く設定しない構造における電荷転送時の電位分布である。なお、各転送電極１１〜１４への印加電圧φＶ１、φＶ２及びφＨ１は電位分布７１と同じである。

電位７８は、転送電極１１下のｎ型不純物領域１の空乏化電位である。電位８０及び電位８１は転送電極１４下のｎ型不純物領域６３の空乏化電位である。電位差７３は、電位７８と電位８０との電位差である。電位差７４は、電位７８と電位８１との電位差である。電位差７３及び７４は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差である。すなわち、電位差７３及び７４により、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷が転送される。

図８に示すように、垂直水平遷移部２２の転送電極１４直下のｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高くすることで、電位差７３は、電位差７４より大きくなる。すなわち、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。これにより、水平駆動電圧が低くても、垂直転送部２１から水平転送部２３への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。よって、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。これにより、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

さらに、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００の製造方法については第３の実施形態で後述するが、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、マスクの位置ずれ等の発生を防止し精度良くｎ型不純物領域６３を形成することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置は、垂直転送部の２層目のポリシリコン層で形成される転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、１層目のポリシリコン層で形成される転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より高くする。これにより、垂直転送部の飽和電荷量を向上させることができる。

まず、図９及び図１１を用いて本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。図１０は、図９のＥ０−Ｅ１面の概略構成を示す断面図である。図１１は、図９のＦ０−Ｆ１面の概略構成を示す断面図である。なお、図９、図１０及び図１１において、図６、図３及び図７と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図９及び図１１において、図６及び図３に示す構成に加え、垂直転送部２１に転送電極１０１及び１０２を図示している。転送電極１０１は、は１層目のポリシリコン層で形成され、転送電極１０２は２層目のポリシリコン層で形成される。また、垂直転送部２１において、１層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極（転送電極１１及び１０１等）と、２層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極（転送電極１２及び１０２等）とは、垂直転送部２１の転送方向においてそれぞれ交互に形成される。

図９、図１０及び図１１に示す固体撮像装置３００は、第２の実施に形態に係る固体撮像装置２００に対して、ｎ型不純物領域９１を備える点が異なる。

ｎ型不純物領域９１は、垂直転送部２１の２層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極１２及び１０２の直下に、絶縁膜２５を介して形成される。ｎ型不純物領域９１は、垂直転送部２１の転送チャネルとして機能する。また、固体撮像装置３００において、ｎ型不純物領域１は、垂直転送部２１の１層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極１１及び１０１の直下に、絶縁膜２５を介して形成される。すなわち、ｎ型不純物領域１と、ｎ型不純物領域９１とは、垂直転送部２１の転送方向においてそれぞれ交互に形成される。ｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高い。ｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度と略等しい。例えば、ｎ型不純物領域９１は、ｎ型拡散層である。

次に、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００の動作を、図１２及び図１３を用いて説明する。

図１２は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００の垂直転送部２１と水平転送部２３との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。なお、図１２において、転送電極１１〜１４、垂直転送部２１、垂直水平遷移部２２及び水平転送部２３は図１１に示す断面構成に対応している。

図１２に示す実線の電位分布１１１は、水平駆動電圧が低い場合の、固体撮像装置３００における電荷転送時の電位分布である。具体的には、電位分布１１１は、転送電極１２にφＶ１（＝−６Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１１にφＶ２（＝０Ｖ）が印加され、転送電極１３及び１４にφＨ１（＝２．５Ｖ）の電圧が印加された際の電荷転送時の電位分布である。

図１２に示す破線の電位分布１１２は、ｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高く設定しない構造における電荷転送時の電位分布である。なお、各転送電極１１〜１４の印加電圧φＶ１、φＶ２及びφＨ１は電位分布１１１と同じである。

電位１１８は、転送電極１１下のｎ型不純物領域１の空乏化電位である。電位１２０及び１２１は、転送電極１４下のｎ型不純物領域６３の空乏化電位である。電位１２２及び１２３は、転送電極１２下のｎ型不純物領域９１の空乏化電位である。電位差１１３は、電位１１８と電位１２０との電位差である。電位差１１４は、電位１１８と電位１２１との電位差である。電位差１１３及び１１４は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差である。すなわち、電位差１１３及び１１４により、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷が転送される。

図１２に示すように、垂直水平遷移部２２の転送電極１４直下のｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高くすることで、電位差１１３を電位差１１４より大きくすることができる。すなわち、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。これにより、水平駆動電圧を低くしても、垂直転送部２１から水平転送部２３への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。よって、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。これにより、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

また、図１２に示すように、ｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度が、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高いので、転送電極１２下の電位１２２は、電位１２３より深くなる。しかしながら、転送電極１２下の電位が変化しても、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差１１３は一定である。よって、ｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高くしても、転送悪化を招くことはない。

次に、図１３を用いて、固体撮像装置３００における、垂直転送部２１の飽和電荷量の向上について説明する。

図１３は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００の垂直転送部２１における電荷蓄積状態を模式的に示す図である。図１３は、転送電極１０１及び１２の２つの転送電極に渡って電荷が蓄積されている状態を示す図である。なお、図１３において、転送電極１１〜１４、１０１は図１１に示す断面構成に対応している。

図１３に示す電位１６３は、転送電極１０１下のｎ型不純物領域１の空乏化電位である。電位１６０は、転送電極１２下のｎ型不純物領域９１の空乏化電位である。また、電位１６１は、転送電極１２下にｎ型不純物濃度が高いｎ型不純物領域９１を形成せず、転送電極１２下にｎ型不純物領域１が形成された場合の、転送電極１２下の空乏化電位である。

ここで、上述したように、転送電極１２及び１０２下の絶縁膜２５の膜厚と、転送電極１１及び１０１下の絶縁膜２５の膜厚に差がある。具体的には、転送電極１１及び１０１下の絶縁膜２５の膜厚は、転送電極１２及び１０２下の絶縁膜２５の膜厚より厚い。これにより、図１３に示すように、転送電極１０１下と転送電極１２下とのｎ型不純物濃度が同じ場合には、絶縁膜２５の絶縁膜厚の差により、絶縁膜２５の膜厚が薄い転送電極１２下の電位１６１は、転送電極１０１の電位１６３より電位が浅くなる。よって、転送電極１０１下のｎ型不純物領域と転送電極１２下のｎ型不純物領域とのｎ型不純物濃度が同じ場合には、十分な飽和電荷量を確保することができない。

一方、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００では、転送電極１２下のｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度が転送電極１０１下のｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高いので、転送電極１２下の電位１６０を転送電極１１下の電位１６３より深く形成することできる。例えば、ｎ型不純物領域１及び９１のｎ型不純物濃度は、転送電極１２下のｎ型不純物領域９１のピンニング電圧と、転送電極１０１下のｎ型不純物領域１のピンニング電圧とが略等しくなるように設定される。具体的には、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度は１×１０¹⁷〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度であり、ｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１に対して１０％程度不純物濃度が高く設定される。

このように、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、垂直転送部２１の飽和電荷量を向上することができる。さらに、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、ピンニング電圧が転送電極１０１及び１２下で一致するので、暗電流の増大を防止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態である固体撮像装置３００の製造方法について図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００の製造過程における断面構造を模式的に示す図である。

まず、図１４（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板３０上にｐ型不純物領域２７を形成する。次に、ｐ型不純物領域２７上にｐ型不純物領域３１を形成する。次に、ｐ型不純物領域３１上にｎ型不純物領域１を形成する。

次に、図１４（ｂ）に示すように、ｎ型不純物領域１上に、絶縁膜２５を熱酸化、又は熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいは両方を用いて形成する。次に、絶縁膜２５上に、減圧ＣＶＤ法により多結晶シリコン膜を形成する。次に、フォトリソグラフィにより、形成された多結晶シリコン膜上の転送電極１１、１３及び１０１が形成される所定領域にレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクとして用いて、絶縁膜２５が完全に露出するまでドライエッチングを行う。次に、レジストパターンを除去する。以上の工程により、転送電極１１、１３及び１０１が形成される。

次に、図１４（ｃ）に示すように、転送電極１１、１３及び１０１をマスクとして用いて、ｎ型不純物種を追加イオン注入４２０することで、ｎ型不純物領域６３及び９１を形成する。

上記工程により、ｎ型不純物領域６３の両端の位置は、転送電極１１及び１３の端部の位置と一致する。また、ｎ型不純物領域９１の両端の位置は、転送電極１１及び１０１の端部の位置と一致する。すなわち、ｎ型不純物種の追加イオン注入４２０は、転送電極１１、１３及び１０１をマスクとして用いるので、マスク合わせズレに起因する不純物領域の位置ズレは発生しない。そのため、ｎ型不純物領域６３及び９１は後工程で形成される転送電極１２及び１４下にのみ非常に精度良く形成される。なお、転送電極１１及び１３をマスクとして用いて、ｐ型不純物種を追加イオン注入する場合も同様であり、マスク合わせズレに起因する不純物領域の位置ズレは発生しない。

次に、図１４（ｄ）に示すように、熱酸化により転送電極１１、１３及び１０１上に絶縁膜２６を形成する。次に、絶縁膜２５及び２６の上表面全体に多結晶シリコン膜を形成する。次に、フォトリソグラフィにより、形成された多結晶シリコン膜の転送電極１２及び１４が形成される所定の領域にレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクとして用い、絶縁膜２６が完全に露出するまでドライエッチングを実施する。以上の工程により、絶縁膜２５及び２６上に転送電極１２及び１４が形成される。

以上のように、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００の製造方法は、垂直転送部２１及び垂直水平遷移部２２の転送チャネルとして機能するｎ型不純物領域６３及び９１の位置変動を抑制することができる。これにより、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００の製造方法は、特性バラツキを低減することができる。

以上より、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００と同様に、垂直転送部２１の最終段の転送電極１１下のｎ型不純物領域１と接するｎ型不純物領域６３の不純物濃度が、転送電極１１下のｎ型不純物領域１の不純物濃度より高くなる。これにより、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。よって、水平駆動電圧を低くしても、垂直転送部２１から水平転送部２３への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。これにより、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。よって、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

さらに、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、垂直転送部２１の２層目のポリシリコン層で形成される転送電極下のｎ型不純物領域９１のｎ型不純物濃度を、１層目のポリシリコン層で形成される転送電極下のｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高くする。すなわち、絶縁膜２５の絶縁膜厚が厚く、電位が浅くなるｎ型不純物領域９１の不純物濃度を高くすることで、ｎ型不純物領域９１の電位を深くすることができる。これにより、本発明に係る固体撮像装置３００は、垂直転送部２１の飽和電荷量を向上させることができる。

さらに、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００において、ｎ型不純物領域１及び９１の不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のピンニング電圧とｎ型不純物領域９１のピンニング電圧とが略等しくなる不純物濃度である。これにより、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、暗電流の発生を防止することができる。

さらに、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、１層目のポリシリコン層で形成される転送電極１１、１３及び１０１をマスクとして用いて、ｎ型不純物領域６３及び９１を形成する。これにより、垂直転送部２１の転送チャネル及び垂直水平遷移部２２の転送チャネルとして機能するｎ型不純物領域６３及び９１の位置変動を抑制し特性バラツキを低減することができる。

さらに、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００において、垂直転送部２１の最終段の転送電極１１が１層目のポリシリコン層で形成される。これにより、垂直転送部２１の最終段の転送電極１１下のｎ型不純物領域１の不純物濃度が低くなる。よって、垂直水平遷移部２２の垂直転送部２１に隣接するｎ型不純物領域６３の不純物濃度を、最終段の転送電極１１下のｎ型不純物領域１の不純物濃度より容易に高くすることができる。さらに、ｎ型不純物領域６３を、ｎ型不純物領域９１と同時に形成することができる。よって、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、垂直転送部２１の飽和電荷量を向上させることと、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧を低電圧化することとを容易に同時に実現することができる。

なお、上記説明において、ｎ型不純物領域６４のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度に略等しいとしたが、上述した第１の実施形態と同様に、垂直水平遷移部２２の転送電極１３及び１４下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より高くしてもよい。

また、上記説明において、垂直転送部２１の最終段の転送電極１１が１層目のポリシリコンで形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、転送電極１１及び１０１が２層目のポリシリコンで形成され、転送電極１２及び１０２が１層目のポリシリコンで形成されてもよい。この場合でも、２層目のポリシリコン層で形成される転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、１層目のポリシリコン層で形成される転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より高くすることで、垂直転送部の飽和電荷量を向上させることができる。

さらに、最終段の転送電極が２層目のポリシリコン層で形成される場合、すなわち、最終段の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度が高い場合において、転送電極１４下のｎ型不純物領域６３のｎ型不純物濃度を、最終段の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より高くすることで、水平駆動電圧を低くした場合の転送悪化を防ぐことができる。

また、図１４に示す製造方法と同様の製造方法により、上述した第２の実施形態に係る固体撮像装置２００のｎ型不純物領域６３を形成することができる。これにより、上述した第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、マスクの位置ずれ等の発生を防止し精度良くｎ型不純物領域６３を形成することができる。よって、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、特性バラツキを低減することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置は、垂直転送部の最終段の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、該転送電極の前段の転送電極下のｎ型不純物領域、及び垂直水平遷移部の垂直転送部側の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より低くする。これにより、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

まず、図１５及び図１６を用いて本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。

図１５は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。図１６は、図１５のＨ０−Ｈ１面の概略構成を示す断面図である。なお、図１５のＧ０−Ｇ１面の概略構成を示す断面図は、図３と同様である。なお、図１５及び図１６において、図２及び図４と同一の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図１５及び図１６に示す第４の実施形態に係る固体撮像装置は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１００の構成に加え、さらに、ｎ型不純物領域１３１及び１３２を備える。

ｎ型不純物領域１３１は、垂直転送部２１の最終段の転送電極１１下に形成される。ｎ型不純物領域１３１のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より低い。例えば、ｎ型不純物領域１３１は、ｎ型拡散層である。ｎ型不純物領域１３１は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度と略等しいｎ型不純物濃度のｎ型不純物領域を形成した後、該ｎ型不純物領域に選択的にｐ型不純物を追加注入することにより形成される。

ｎ型不純物領域１３２は、垂直水平遷移部２２の転送電極１３及び１４下に形成される。ｎ型不純物領域１３２のｎ型不純物濃度は、ｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度と等しい。例えば、ｎ型不純物領域１３２は、ｎ型拡散層である。例えば、ｎ型不純物領域１３２は、ｎ型不純物領域１と同時に形成される。

次に、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置４００の動作を、図１７を用いて説明する。

図１７は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置４００の垂直転送部２１と水平転送部２３との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。なお、図１７において、転送電極１１〜１４、垂直転送部２１、垂直水平遷移部２２及び水平転送部２３は図１６に示す断面構成に対応している。

図１７に示す実線の電位分布１４１は、水平駆動電圧が低い場合の、固体撮像装置４００における電荷転送時の電位分布である。具体的には、電位分布１４１は、転送電極１２にφＶ１（＝−６Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１１にφＶ２（＝０Ｖ）の電圧が印加され、転送電極１３及び１４にφＨ１（＝２．５Ｖ）の電圧が印加された際の電荷転送時の電位分布である。

図１７に示す破線の電位分布１４２は、図１６に示す転送電極１１下のｎ型不純物領域１３１のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より低く設定しない構造における電荷転送時の電位分布である。なお、各転送電極１１〜１４の印加電圧φＶ１、φＶ２及びφＨ１は電位分布１４１と同じである。

電位１４８及び１５１は、転送電極１１下のｎ型不純物領域１３１の空乏化電位である。電位１５０は、転送電極１４下のｎ型不純物領域１３２の空乏化電位である。電位差１４３は、電位１４８と電位１５０との電位差である。電位差１４４は、電位１５１と電位１５０との電位差である。電位差１４３及び１４４は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差である。すなわち、電位差１４３及び１４４により、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷が転送される。

図１７に示すように、転送電極１１下のｎ型不純物領域１３１のｎ型不純物濃度をｎ型不純物領域１のｎ型不純物濃度より低くすることで、電位差１４３を電位差１４４より大きくすることができる。すなわち、垂直転送部２１から水平転送部２３へ信号電荷を転送するための電位差を大きくすることができる。これにより、水平駆動電圧が低くても、垂直転送部２１から水平転送部２３への信号電荷の転送に必要な電位差を十分に確保できる。よって、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置４００は、垂直転送部２１から水平転送部２３へ電荷転送する際のフリンジ電界の低下による転送効率の低下を抑制することができる。これにより、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置４００は、転送効率を悪化させることなく水平駆動電圧の低電圧化を実現できる。

なお、垂直転送部２１の１層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極下のｎ型不純物領域にｐ型不純物を追加注入することで、１層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度を、２層目のポリシリコン層で形成される複数の転送電極下のｎ型不純物領域のｎ型不純物濃度より低くしてもよい。これにより、上述した第３の実施形態と同様に、垂直転送部２１の飽和電荷量を向上させることができる。

また、上記第１〜第４の実施形態において、転送チャネルをｎ型不純物領域で構成する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、転送チャネルをｐ型不純物領域で構成してもよい。

本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に適用でき、特に、ＣＣＤ型固体撮像装置に適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部における電荷蓄積状態を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を模式的に示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。 従来の固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺の概略構成を示す平面図である。 従来の固体撮像装置の垂直転送部の概略構成を示す断面図である。 従来の固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部の周辺の概略構成を示す断面図である。 従来の固体撮像装置の垂直転送部における電荷蓄積状態を模式的に示す図である。 従来の固体撮像装置の製造工程を模式的に示す図である。 従来の固体撮像装置の垂直転送部と水平転送部との接続部周辺における電荷転送時の電位分布を模式的に示す図である。

符号の説明

１、２、４、５、６３、６４、９１、１３１、１３２、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３３４ ｎ型不純物領域
２４、２７、３１、３２、３２４、３３１、３３２ ｐ型不純物領域
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１０１、１０２、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７ 転送電極
１９ 出力部
２０ 受光部
２１、３２１ 垂直転送部
２２、３２２ 垂直水平遷移部
２３、３２３ 水平転送部
２５、２６、３２５、３２６ 絶縁膜
３０、３３０ ｎ型半導体基板
４１、４２、７１、７２、１１１、１１２、１４１、１４２、３４１、３４２ 電位分布
４８、５０、５１、７８、８０、８１、１１８、１２０、１２１、１２２、１２３、１４８、１５０、１５１、１６０、１６１、１６３、３４８、３４９、３５０、３５１，３６１、３６３ 電位
４３、４４、７３、７４、１１３、１１４、１４３、１４４、３４３、３４４ 電位差
２０２、２０３ 絶縁膜厚
２１０ レジストパターン
２１１ 多結晶シリコン膜
２０１ 領域
４２０ イオン注入

Claims (8)

1. 光を信号電荷に変換する受光部と、
   前記受光部により変換された信号電荷を転送する垂直転送部と、
   前記垂直転送部により転送された信号電荷を転送する水平転送部とを備え、
   前記垂直転送部は、
   第１導電型の第１不純物領域と、
   前記第１不純物領域上に形成される第１絶縁膜と、
   前記第１導電型の第１不純物領域上に前記第１絶縁膜を介して形成される複数の第１転送電極とを備え、
   前記複数の第１転送電極は、
   複数の第２転送電極と、
   前記垂直転送部の転送方向において前記各第２転送電極とそれぞれ交互に形成される複数の第３転送電極とを含み、
   前記第１不純物領域は、
   前記複数の第２転送電極下に前記第１絶縁膜を介して形成される複数の第２不純物領域と、
   前記複数の第３転送電極下に前記第１絶縁膜を介して形成され、前記垂直転送部の転送方向において前記各第２不純物領域とそれぞれ交互に形成される複数の第３不純物領域とを含み、
   前記複数の第３不純物領域の不純物濃度は、前記複数の第２不純物領域の不純物濃度より高い
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記複数の第２転送電極下の前記第１絶縁膜の膜厚は、前記複数の第３転送電極下の前記第１絶縁膜の膜厚より厚い
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記水平転送部は、
   第１導電型の第４不純物領域と、
   前記第４不純物領域上に形成される第２絶縁膜と、
   前記第４不純物領域上に前記第２絶縁膜を介して形成される複数の第４転送電極とを備え、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記垂直転送部と前記水平転送部との間に形成され、前記垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部に転送する垂直水平遷移部を備え、
   前記垂直水平遷移部は、
   前記第１不純物領域及び前記第４不純物領域に接する第１導電型の第５不純物領域と、
   前記第５不純物領域上に形成される第３絶縁膜と、
   前記第５不純物領域上に前記第３絶縁膜を介して形成される１以上の第５転送電極とを備え、
   前記第５不純物領域の不純物濃度は、前記複数の第１転送電極のうち前記垂直転送部の転送方向に対して最終段の第１転送電極下の第１不純物領域の不純物濃度より高い
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記水平転送部は、
   第１導電型の第４不純物領域と、
   前記第４不純物領域上に形成される第２絶縁膜と、
   前記第４不純物領域上に前記第２絶縁膜を介して形成される複数の第４転送電極とを備え、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記垂直転送部と前記水平転送部との間に形成され、前記垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部に転送する垂直水平遷移部を備え、
   前記垂直水平遷移部は、
   前記第１不純物領域に接する第１導電型の第５不純物領域と、
   前記第４不純物領域及び前記第５不純物領域に接する第１導電型の第６不純物領域と、
   前記第５不純物領域及び前記第６不純物領域上に形成される第３絶縁膜と、
   前記第５不純物領域上に前記第３絶縁膜を介して形成される第５転送電極と、
   前記第６不純物領域上に前記第３絶縁膜を介して形成される第６転送電極とを含み、
   前記第５不純物領域の不純物濃度は、前記複数の第１転送電極のうち前記垂直転送部の転送方向に対して最終段の第１転送電極下の前記第１不純物領域の不純物濃度より高く、
   前記第６不純物領域の不純物濃度は、前記最終段の第１転送電極下の前記第１不純物領域の不純物濃度と略等しい
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
5. 前記第２不純物領域及び前記第３不純物領域の不純物濃度は、前記第２不純物領域のピンニング電圧と前記第３不純物領域のピンニング電圧とが略等しくなる不純物濃度である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記複数の第１転送電極のうち前記垂直転送部の転送方向に対して最終段の第１転送電極は、前記複数の第２転送電極に含まれる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 請求項１記載の固体撮像装置の製造方法であって、
   前記第１不純物領域を形成する工程と、
   前記第１不純物領域上に前記第１絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１絶縁膜上に前記複数の第２転送電極を形成する工程と、
   前記複数の第２転送電極をマスクとして用いて前記第１不純物領域に選択的に第１導電型の不純物種をイオン注入することで、前記複数の第３不純物領域を形成する工程と、
   前記第１絶縁膜上に前記複数の第３転送電極を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
8. 請求項１記載の固体撮像装置の製造方法であって、
   前記第１不純物領域を形成する工程と、
   前記第１不純物領域に選択的に第２導電型の不純物種をイオン注入することで、前記複数の第２不純物領域を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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