JP2016051791A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転送路の幅に関係なく浮遊拡散層の容量を小さくできる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様は、Ｐ型ウェル１２と、Ｐ型ウェル１２に形成されたＮ型低濃度拡散層１８と、Ｎ型低濃度拡散層１８の表面に形成されたＰ型表面拡散層１６と、Ｎ型低濃度拡散層１８の側面とＰ型ウェル１２との境界に形成されたＰ型高濃度ウェル１５と、を具備する固体撮像装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。

従来の固体撮像装置は、フォトダイオードで生成される光電変換キャリアが一時蓄積するための浮遊拡散層に転送路を通って転送されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

上記の固体撮像装置において、フォトダイオードでの光電変換キャリアを浮遊拡散層に効率良く転送する為には、転送路の幅が大きい方が望ましい。一方、浮遊拡散層において、光電変換キャリアを電圧に変換する変換ゲインを大きくする為には、浮遊拡散層の容量（断面積）を小さくすることが望ましく、必然的に転送路の幅を小さくすることが必要となる。そのため、転送路の幅を大きくしつつ浮遊拡散層の容量を小さくすることを両立させることが困難であった。

実開平６−３３８５２４

本発明の幾つかの態様は、転送路の幅に関係なく浮遊拡散層の容量を小さくできる固体撮像装置及びその製造方法に関連している。

本発明の一態様は、第１の第１導電型ウェルと、前記第１の第１導電型ウェルに形成された第１の第２導電型拡散層と、前記第１の第２導電型拡散層の表面に形成された第１導電型拡散層と、前記第１の第２導電型拡散層の側面と前記第１の第１導電型ウェルとの境界に形成された第２の第１導電型ウェルと、を具備することを特徴とする固体撮像装置である。

上記本発明の一態様によれば、第１の第２導電型拡散層に第１導電型拡散層及び第２の第１導電型ウェルを形成することで、転送路の幅に関係なく第１の第２導電型拡散層の容量を小さくすることができる。

また、本発明の一態様において、前記第１の第１導電型ウェルの表面に第１の絶縁膜を介して形成された第１の電極と、前記第１の第１導電型ウェルに形成された第２の第２導電型拡散層、を有し、前記第１の第２導電型拡散層は、前記第１の電極によって前記第２の第２導電型拡散層と接続されている。これにより、転送路の幅に関係なく第１の第２導電型拡散層の容量を小さくすることができる。

また、本発明の一態様において、前記第１の第１導電型ウェルの表面に第２の絶縁膜を介して形成された第２の電極と、前記第１の第１導電型ウェルに形成された第３の第２導電型拡散層と、を有し、前記第１の第２導電型拡散層は、前記第２の電極によって前記第３の第２導電型拡散層と接続されている。

また、本発明の一態様において、前記第１の第１導電型ウェルの表面には前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する素子分離膜が形成され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記第１の第２導電型拡散層は、前記素子分離膜の相互間に位置し、前記第２の第１導電型ウェルは前記素子分離膜下に形成されており、前記第１導電型拡散層は前記素子分離膜の素子領域側に形成されている。

上記の本発明の一態様によれば、第１導電型拡散層を素子分離膜の素子領域側に形成するため、第１の第２導電型拡散層の容量を小さくすることができる。

また、本発明の一態様において、前記第２の第１導電型ウェルは前記素子分離膜の素子領域側に形成されており、前記第１導電型拡散層は前記第２の第１導電型ウェルに接続されている。このように第１導電型拡散層が第２の第１導電型ウェルに接続されることで、第１の第２導電型拡散層の容量をより低減できる。

また、本発明の一態様において、前記第１導電型拡散層及び前記第２の第１導電型ウェルそれぞれの濃度は、前記第１の第１導電型ウェルの濃度より高い。このように第２の第１導電型ウェルの濃度を第１の第１導電型ウェルの濃度より高くすることで素子分離の機能を高めることができる。

また、本発明の一態様において、前記第１の電極と対向する前記第２の電極の面の長手方向と平行方向の前記第１の第２導電型拡散層の幅は、前記第１の電極側より前記第２の電極側の方が広い。これにより、キャリアの転送が容易となる。

また、本発明の一態様において、前記第１の電極と対向する前記第２の電極の面の長手方向と平行方向の前記第１導電型拡散層の幅は、前記第１の電極側より前記第２の電極側の方が狭い。これにより、キャリアの転送が容易となる。

また、本発明の一態様において、前記第１の第１導電型ウェルの表面に第３の絶縁膜を介して形成された第３の電極と、前記第１の第１導電型ウェルに形成された第４の第２導電型拡散層と、を有し、前記第２の第２導電型拡散層は、前記第３の電極によって前記第４の第２導電型拡散層と接続されている。

上記本発明の一態様によれば、第２の第２導電型拡散層にキャリアを一時蓄積することで、読み出し処理等の他の処理を行う時間をかせぐことができ、また一括電子シャッターの動作や解像度の制御が容易となる。

また、本発明の一態様において、前記第１の第２導電型拡散層の表面に第４の絶縁膜を介して形成された第４の電極を有し、前記第４の電極は前記第１の電極の隣に位置する。

上記本発明の一態様によれば、第４の電極を接地電位に固定すれば第４の電極によって第１の第２導電型拡散層に転送する際の障壁を作ることができる。それにより、読み出し時間を短くするなどの高速処理が容易になり、ノイズの低減にも役立つ。

本発明の一態様は、第１の第１導電型ウェルに第２の第１導電型ウェルを形成する工程と、前記第１の第１導電型ウェルに第１の第２導電型拡散層及び第２の第２導電型拡散層を形成する工程と、前記第１の第１導電型ウェルの表面に第１の絶縁膜を介して第１の電極を形成する工程と、前記第１の第２導電型拡散層及び前記第２の第２導電型拡散層それぞれの表面に、前記第１の電極に対して自己整合的に第１導電型拡散層を形成する工程と、を具備し、前記第１の第２導電型拡散層は、前記第１の電極によって前記第２の第２導電型拡散層と接続され、前記第２の第１導電型ウェルは、前記第１の第２導電型拡散層の側面と前記第１の第１導電型ウェルとの境界に形成されることを特徴とする固体撮像装置の製造方法である。なお、第１の電極に対して自己整合的に第１導電型拡散層を形成するとは、第１の電極の一部または全部をマスクとして不純物をイオン注入することで第１導電型拡散層を形成することを意味する。

上記本発明の一態様によれば、第１の第２導電型拡散層に形成する第１導電型拡散層を、第２の第２導電型拡散層に形成する第１導電型拡散層と同時に形成することで、工程を簡略化でき、製造コストを低減できる。

また、本発明の一態様において、前記第１導電型拡散層の濃度は、前記第１の第１導電型ウェルの濃度より高い。

（Ａ）は本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すｂ−ｂ'線に沿った断面図。 図１（Ｃ）に示すＮ型浮遊拡散層のＮ型低濃度領域１８からＰ型表面拡散層１６とＰ型高濃度ウェル１５を無くしたものの断面図。 本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図。 本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図。 （Ａ）は本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図。 （Ａ）は本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すｂ−ｂ'線に沿った断面図。 （Ａ），（Ｂ）は図６に示す固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図。 （Ａ）〜（Ｃ）は図６に示す固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図。 （Ａ）は本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すｂ−ｂ'線に沿った断面図。 図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための図。 図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための図。 図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための図。 図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための図。 図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための駆動シーケンスの図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

［実施の形態１］
図１（Ａ）は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示すｂ−ｂ'線に沿った断面図である。

半導体基板としてのＮ型シリコン基板１１にはＰ型ウェル１２が形成されており、Ｐ型ウェル１２には素子分離膜としてのＬＯＣＯＳ酸化膜１３が形成されている。ＬＯＣＯＳ酸化膜１３の内側にはアクティブ領域１４が形成される。ＬＯＣＯＳ酸化膜１３の下及びアクティブ領域１４側（素子領域側）にはＰ型高濃度ウェル１５が形成されている。Ｐ型高濃度ウェル１５はＰ型ウェル１２より高濃度のウェルである。これにより、Ｐ型高濃度ウェル１５が画素の分離領域を形成するウェルを兼ねることができ、素子分離の機能を高めることができる。なお、本実施の形態では、素子分離膜としてＬＯＣＯＳ酸化膜１３を用いているが、これに限定されるものではなく、トレンチ素子分離膜等の他の素子分離膜を用いることも可能である。

Ｐ型高濃度ウェル１５の内側に位置するＰ型ウェル１２にはＮ型蓄積層１７が形成されている。Ｎ型蓄積層１７は、光電変換キャリアを蓄積する層であり、光電変換素子（フォトダイオード）２３の一部を構成する。

Ｐ型ウェル１２の表面上にはゲート絶縁膜１１ａを介して転送ゲート電極（以下、「転送電極」ともいう。）２１が形成されており、Ｐ型ウェル１２の表面上にはゲート絶縁膜１１ｂを介してリセットゲート電極（以下、「リセット電極」ともいう。）２２が形成されている。

Ｐ型高濃度ウェル１５の内側に位置するＰ型ウェル１２にはＮ型低濃度拡散層１８が形成されており、Ｎ型低濃度拡散層１８は転送電極２１とリセット電極２２の相互間に位置する。Ｎ型低濃度拡散層１８は、転送電極２１とリセット電極２２の相互間に位置するＬＯＣＯＳ酸化膜１３、転送電極２１及びリセット電極２２に対して自己整合的に形成されている。Ｎ型低濃度拡散層１８の表面にはＮ型中濃度拡散層１９が形成されており、Ｎ型低濃度拡散層１８及びＮ型中濃度拡散層１９によってＮ型浮遊拡散層２４が形成される。つまり、Ｎ型浮遊拡散層２４は、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３の相互間に位置し、且つ転送電極２１とリセット電極２２との間に位置する。

Ｎ型浮遊拡散層２４は、転送電極２１によってＮ型蓄積層１７と接続されている。つまり、転送電極２１、Ｎ型蓄積層１７及びＮ型浮遊拡散層２４によって転送トランジスターが構成され、光電変換素子２３のＮ型蓄積層１７に光電変換キャリアが蓄積され、その光電変換キャリアは転送電極２１によってＮ型浮遊拡散層２４に転送される。

Ｐ型高濃度ウェル１５の内側に位置するＰ型ウェル１２にはＮ型高濃度拡散層２０が形成されており、Ｎ型高濃度拡散層２０はリセット電極２２に対して自己整合的に形成されている。Ｎ型高濃度拡散層２０、Ｎ型低濃度拡散層１８、Ｎ型蓄積層１７の順に深さが深くなっている（図１（Ｂ）参照）。

Ｎ型浮遊拡散層２４は、リセット電極２２によってＮ型高濃度拡散層２０と接続されている。つまり、リセット電極２２、Ｎ型浮遊拡散層２４及びＮ型高濃度拡散層２０によってリセットトランジスターが構成され、Ｎ型浮遊拡散層２４に一時蓄積されたキャリアはリセット電極２２によってＮ型高濃度拡散層２０に放出される。

Ｎ型蓄積層１７の表面及びＮ型蓄積層１７に隣接するＰ型高濃度ウェル１５の表面にはＰ型表面拡散層１６が形成されている。このＰ型表面拡散層１６の濃度はＰ型ウェル１２の濃度より高い。このＰ型表面拡散層１６は、光電変換素子２３において光によらない熱励起キャリアによって生じる暗電流を抑制する為に設けるピニング層を兼ねる。

また、Ｐ型表面拡散層１６は、Ｎ型低濃度拡散層１８の表面にも形成され、転送電極２１からリセット電極２２まで連続的に形成されている。Ｐ型表面拡散層１６は、転送電極２１、リセット電極２２、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３及びレジストマスク（図示せず）をマスクとしてイオン注入されることで形成されている。このレジストマスクの開口領域１６ａは図１（Ａ）に示されている。Ｐ型表面拡散層１６は、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３のアクティブ領域１４側（素子領域側）に形成されている。Ｐ型表面拡散層１６はＰ型高濃度ウェル１５に電気的に接続されており、Ｐ型高濃度ウェル１５はＰ型ウェル１２に電気的に接続されている。これにより、Ｐ型ウェル１２の電位を表面に伝えることができる。

また、Ｎ型低濃度拡散層１８の表面に形成されるＰ型表面拡散層１６と、Ｎ型蓄積層１７の表面に形成されるＰ型表面拡散層１６を同じイオン注入工程で形成することにより、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。

図１（Ｃ）に示すように、Ｐ型高濃度ウェル１５は、Ｎ型浮遊拡散層２４のＮ型低濃度拡散層１８の側面とＰ型ウェル１２との境界に形成されており、Ｎ型低濃度拡散層１８の底面には形成されていない。

Ｐ型高濃度ウェル１５は、転送トランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域１４の端部、リセットトランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域１４の端部、Ｎ型浮遊拡散層２４のキャリア転送方向に垂直な方向のアクティブ領域１４の端部に連続的に形成されている。

Ｐ型表面拡散層１６は、転送トランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域１４の端部、リセットトランジスターのチャネル幅方向のアクティブ領域１４の端部、Ｎ型浮遊拡散層２４のキャリア転送方向に垂直な方向のアクティブ領域１４の端部を含み、Ｎ型中濃度拡散層１９近くまで延在する。

本実施の形態によれば、図１（Ｃ）に示すようにＮ型浮遊拡散層２４が反対導電型のＰ型表面拡散層１６とＰ型高濃度ウェル１５に挟まれることにより、Ｎ型浮遊拡散層２４のキャリア蓄積領域の周囲を空乏化させることができ、キャリア蓄積領域の容量を小さくすることができる。従って、転送効率を犠牲にすることなく（転送路の幅に関係なく）、Ｎ型浮遊拡散層２４の低容量化を実現できる。

つまり、転送路の幅を大きくして転送効率を高くしても、Ｎ型浮遊拡散層２４がＰ型表面拡散層１６とＰ型高濃度ウェル１５に挟まれることで、Ｎ型浮遊拡散層２４のキャリア蓄積領域の周囲を空乏化して、キャリア蓄積領域の容量を小さくすることができる。従って、光電変換キャリアを電圧に変換する変換ゲインを大きくすることができる。

上記の効果をさらに詳細に説明する。
図２は、図１（Ｃ）に示すＮ型浮遊拡散層２４のＮ型低濃度領域１８からＰ型表面拡散層１６とＰ型高濃度ウェル１５を無くしたものの断面図である。

図１（Ｃ）に示すＮ型低濃度拡散層１８にはＰ型表面拡散層１６とＰ型高濃度ウェル１５によって空乏層が形成されるのに対し、図２に示すＮ型低濃度拡散層１８には、Ｐ型表面拡散層１６とＰ型高濃度ウェル１５が無いため、そのような空乏層は形成されない。それにより、図１（Ｃ）に示すＮ型浮遊拡散層２４では、キャリア蓄積領域の容量（断面積）を小さくすることができる。キャリアの蓄積量Ｑとキャリア蓄積領域の容量Ｃと出力電圧Ｖとの関係はＶ＝Ｑ／Ｃであるため、容量Ｃを小さくすればキャリア蓄積領域に蓄積されるキャリアが同じ数でも出力電圧Ｖを高くすることができる。よって、光電変換キャリアを電圧に変換する変換ゲインを大きくすることができる。

なお、Ｎ型浮遊拡散層２４の低容量化を実現するためにはＰ型表面拡散層１６及びＰ型高濃度ウェル１５それぞれの濃度がＰ型ウェル１２の濃度より高くなくてもよい。

［実施の形態２］
図３は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図１（Ａ）と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

転送電極２１と対向するリセット電極２２の側面の長手方向と平行方向のＮ型浮遊拡散層のＮ型低濃度拡散層１８ａは、転送電極２１側の幅５２よりリセット電極２２側の幅５１の方が広い。つまり、Ｎ型低濃度拡散層１８ａの幅５１，５２はＰ型高濃度ウェル１５ａの相互間隔に相当するため、本実施の形態では、Ｐ型高濃度ウェル１５ａの相互間隔を転送電極２１側よりリセット電極２２側の方を広くすることで、転送電極２１側のＮ型低濃度拡散層１８ａの幅５２よりリセット電極２２側のＮ型低濃度拡散層１８ａの幅５１を広くすることができる。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、Ｐ型高濃度ウェル１５ａを形成するアクティブ領域１４の端部からの幅を、転送トランジスターからリセットトランジスターへ向かうほど小さくすることで、Ｎ型浮遊拡散層のＮ型低濃度拡散層１８ａの空乏化する領域（断面積）を大きくすることがでる。その結果、キャリアが流れ易いポテンシャルプロファイルを形成させることができる。よって、キャリアの転送が容易となる。

［実施の形態３］
図４は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図１（Ａ）と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

転送電極２１と対向するリセット電極２２の側面の長手方向と平行方向のＰ型表面拡散層は、転送電極２１側の幅５４よりリセット電極２２側の幅５３の方が狭い。これにより、Ｐ型表面拡散層の相互間に位置するＮ型低濃度拡散層１８の幅を、転送電極２１側よりリセット電極２２側の方が広くすることができる。

Ｐ型表面拡散層は、転送電極２１、リセット電極２２、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３及びレジストマスク（図示せず）をマスクとしてイオン注入されることで形成されている。このレジストマスクの開口領域１６ｂは図４に示されている。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、Ｐ型表面拡散層を形成するアクティブ領域１４の端部からの幅を、転送トランジスターからリセットトランジスターへ向かうほど小さくすることで、Ｎ型浮遊拡散層のＮ型低濃度拡散層１８の空乏化する領域（断面積）を大きくすることがでる。その結果、キャリアが流れ易いポテンシャルプロファイルを形成させることができる。よって、キャリアの転送が容易となる。

［実施の形態４］
図５（Ａ）は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施の形態による固体撮像装置は、転送電極２１とＮ型浮遊拡散層２４との間にキャリア一時蓄積層３２と転送電極３１を配置する点が実施の形態１と異なる。つまり、Ｐ型ウェル１２の表面にゲート絶縁膜１１ｃを介して転送電極３１が形成されており、Ｐ型ウェル１２にはキャリアを一時蓄積するＮ型蓄積層３３が形成されている。Ｎ型蓄積層３３の表面にはＰ型表面拡散層１６が形成されている。

Ｎ型蓄積層３３は、転送電極２１によってＮ型蓄積層１７と接続され、転送電極３１によってＮ型浮遊拡散層２４と接続されている。つまり、転送電極２１、Ｎ型蓄積層１７及びＮ型蓄積層３３によって転送トランジスターが構成され、光電変換素子２３のＮ型蓄積層１７に光電変換キャリアが蓄積され、その光電変換キャリアは転送電極２１によってＮ型蓄積層３３に転送される。また、転送電極３１、Ｎ型浮遊拡散層２４及びＮ型蓄積層３３によって転送トランジスターが構成され、Ｎ型蓄積層３３に一時蓄積されたキャリアは転送電極３１によってＮ型浮遊拡散層２４に転送される。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、Ｎ型蓄積層３３にキャリアを一時蓄積することで、読み出し処理等の他の処理を行う時間をかせぐことができ、また一括電子シャッターの動作や解像度の制御が容易となる。

［実施の形態５］
図６（Ａ）は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示すｂ−ｂ'線に沿った断面図であり、図５と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施の形態による固体撮像装置は、Ｎ型浮遊拡散層のＮ型低濃度拡散層１８の表面にゲート絶縁膜１１ｄを介して障壁電極３５が形成されている点が実施の形態１と異なり、障壁電極３５は転送電極３１の隣に位置する。

本実施形態では、障壁電極３５を接地電位（ＧＮＤ）に固定することで、Ｎ型蓄積層３３に一時蓄積されたキャリアを転送電極３１によってＮ型浮遊拡散層２４に転送する際の障壁を作ることができる。それにより、読み出し時間を短くするなどの高速処理が容易になり、ノイズの低減にも役立つ。

図７及び図８は、図６に示す固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。

まず、図７（Ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１１にＬＯＣＯＳ酸化膜１３を形成する。これにより、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３の内側にはアクティブ領域１４が形成される。次いで、Ｎ型シリコン基板１１に不純物をイオン注入することでＰ型ウェル１２を形成する。次いで、Ｐ型ウェル１２に不純物をイオン注入することでＰ型高濃度ウェル１５を形成する。Ｐ型高濃度ウェル１５は分離領域としても機能する。

次に、図７（Ｂ）に示すように、Ｐ型ウェル１２に不純物をイオン注入することでＮ型蓄積層１７，３３、Ｎ型浮遊拡散層のＮ型低濃度拡散層１８及びＮ型中濃度拡散層１９を形成する。

この後、図８（Ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１１の表面を熱酸化することで、Ｎ型シリコン基板１１の表面にゲート絶縁膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとなるゲート酸化膜を形成する。次いで、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜を成膜し、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりパターニングする。これにより、ゲート絶縁膜１１ａ上には転送電極２１が形成され、ゲート絶縁膜１１ｂ上にはリセット電極２２が形成され、ゲート絶縁膜１１ｃ上には転送電極３１が形成され、ゲート絶縁膜１１ｄ上には障壁電極３５が形成される。

次に、図８（Ｂ），（Ｃ）に示すように、転送電極２１，３１、障壁電極３５、リセット電極２２、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３及びレジストマスク（図示せず）をマスクとして、Ｎ型蓄積層１７，３３及びＮ型低濃度拡散層１８に不純物をイオン注入することでＰ型表面拡散層１６を形成する。この際に使用するレジストマスクは、図６（Ａ）に示す開口領域１６ｃを有している。

本実施形態では、Ｎ型低濃度拡散層１８の表面に形成されるＰ型表面拡散層１６と、Ｎ型蓄積層１７，３３の表面に形成されるピニング層を兼ねるＰ型表面拡散層１６を同じイオン注入工程で形成することにより、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。

［実施の形態６］
図９（Ａ）は、本発明の一態様に係る固体撮像装置を示す平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すａ−ａ'線に沿った断面図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示すｂ−ｂ'線に沿った断面図であり、図６と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施の形態による固体撮像装置は、Ｐ型表面拡散層１６を形成する際のレジストマスクの開口領域１６ｄが、図９（Ａ）に示すとおりであり、図６（Ａ）に示す開口領域１６ｃと異なる。つまり、図９（Ａ）に示すレジストマスクの開口領域１６ｄでは、Ｎ型中濃度拡散層１９及びその周囲が開口されていないのに対し、図６（Ａ）に示すレジストマスクの開口領域１６ｃでは、Ｎ型中濃度拡散層１９及びその周囲と障壁電極３５からリセット電極２２まで連続的に開口されていない。

本実施の形態においても実施の形態５と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態７］
図１０〜図１３は、図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための図である。図１４は、図６に示す固体撮像装置の電荷転送動作を説明するための駆動シーケンスである。

図１０に示すように、フォトダイオードで電荷が蓄積され、Ｎ型蓄積層３３に電荷が一時蓄積される（０）。次いで、Ｎ型浮遊拡散層に蓄積された電荷をリセットトランジスターRst Trによってリセットする（１）。これが図１４に示す１画素目のリセット動作に相当する。

次に、図１１に示すように、Ｎ型蓄積層３３に蓄積された電荷を、第二転送ゲートをＯｎすることで第二転送ゲートとＮ型低濃度拡散層１８の低濃度蓄積領域のオーバーラップ領域に転送する（２）。これが図１４に示す１画素目の第２転送動作に相当する。次いで、第二転送ゲートをＯｎのままで、Ｎ型浮遊拡散層の電位レベルを増幅トランジスターのソースフォロアで読み出してNoiseレベルの読み出しを行う（３）。これが図１４に示す１画素目のNoise読み出しに相当する。

次に、図１２に示すように、第二転送ゲートとＮ型低濃度拡散層１８の低濃度蓄積領域のオーバーラップ領域の電荷を、第二転送ゲートをＯｆｆすることでＮ型浮遊拡散層のＮ型低濃度拡散層１８に転送する（４）。これが図１４に示す１画素目の第三転送動作に相当する。次いで、第二転送ゲートをＯｆｆしたまたでＮ型浮遊拡散層の電位レベルを増幅トランジスターのソースフォロアで読み出してSignalレベルの読み出しを行う（５）。これが図１４に示す１画素目のSignal読み出しに相当する。

次に、図１３に示すように、フォトダイオードに蓄積された電荷を、第一転送ゲートをＯｎとＯｆｆすることで、一時蓄積層であるＮ型蓄積層３３に転送する（６）。次いで、フォトダイオードで電荷が蓄積される（０）。

なお、本発明の種々の態様において、特定のＡ（以下「Ａ」という）の上（または下）に特定のＢ（以下「Ｂ」という）を形成する（Ｂが形成される）というとき、Ａの上（または下）に直接Ｂを形成する（Ｂが形成される）場合に限定されない。Ａの上（または下）に本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してＢを形成する（Ｂが形成される）場合も含む。

また、上記の実施の形態１〜７では、Ｐ型ウェル１２を第１の第１導電型ウェルと読み替え、Ｎ型浮遊拡散層２４を第１の第２導電型拡散層と読み替え、Ｐ型表面拡散層１６を第１導電型拡散層と読み替え、Ｐ型高濃度ウェル１５，１５ａを第２の第１導電型ウェルと読み替え、転送電極２１を第１の電極と読み替え、Ｎ型蓄積層１７を第２の第２導電型拡散層と読み替え、リセット電極２２を第２の電極と読み替え、Ｎ型高濃度拡散層２０を第３の第２導電型拡散層と読み替え、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３を素子分離膜と読み替えてもよい。また、転送電極２１を第３の電極と読み替え、Ｎ型蓄積層１７を第４の第２導電型拡散層と読み替えてもよいが、この場合は転送電極３１を第１の電極と読み替え、Ｎ型蓄積層３３を第２の第２導電型拡散層と読み替えることとする。また、障壁電極３５を第４の電極と読み替えてもよい。

また、上記の実施の形態１〜７を適宜組合せて実施することも可能である。

１１…Ｎ型シリコン基板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…ゲート絶縁膜、１２…Ｐ型ウェル、１３…ＬＯＣＯＳ酸化膜、１４…アクティブ領域、１５，１５ａ…Ｐ型高濃度ウェル、１６…Ｐ型表面拡散層、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…レジストマスクの開口領域、１７…Ｎ型蓄積層、１８，１８ａ…Ｎ型低濃度拡散層、１９…Ｎ型中濃度拡散層、２０…Ｎ型高濃度拡散層、２１…転送電極、２２…リセット電極、２３…光電変換素子（フォトダイオード）、２４…Ｎ型浮遊拡散層、３１…転送電極、３２…キャリア一時蓄積層、３３…Ｎ型蓄積層、３５…障壁電極、５１…Ｎ型低濃度拡散層のリセット電極側の幅、５２…Ｎ型低濃度拡散層の転送電極側の幅、５３…Ｐ型表面拡散層のリセット電極側の幅、５４…Ｐ型表面拡散層の転送電極側の幅。

特開平６−３３８５２４

Claims (12)

1. 第１の第１導電型ウェルと、
   前記第１の第１導電型ウェルに形成された第１の第２導電型拡散層と、
   前記第１の第２導電型拡散層の表面に形成された第１導電型拡散層と、
   前記第１の第２導電型拡散層の側面と前記第１の第１導電型ウェルとの境界に形成された第２の第１導電型ウェルと、
   を具備することを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の第１導電型ウェルの表面に第１の絶縁膜を介して形成された第１の電極と、
   前記第１の第１導電型ウェルに形成された第２の第２導電型拡散層、
   を有し、
   前記第１の第２導電型拡散層は、前記第１の電極によって前記第２の第２導電型拡散層と接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項２において、
   前記第１の第１導電型ウェルの表面に第２の絶縁膜を介して形成された第２の電極と、
   前記第１の第１導電型ウェルに形成された第３の第２導電型拡散層と、
   を有し、
   前記第１の第２導電型拡散層は、前記第２の電極によって前記第３の第２導電型拡散層と接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項３において、
   前記第１の第１導電型ウェルの表面には前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する素子分離膜が形成され、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記第１の第２導電型拡散層は、前記素子分離膜の相互間に位置し、
   前記第２の第１導電型ウェルは前記素子分離膜下に形成されており、
   前記第１導電型拡散層は前記素子分離膜の素子領域側に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項４において、
   前記第２の第１導電型ウェルは前記素子分離膜の素子領域側に形成されており、
   前記第１導電型拡散層は前記第２の第１導電型ウェルに接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項４または５において、
   前記第１導電型拡散層及び前記第２の第１導電型ウェルそれぞれの濃度は、前記第１の第１導電型ウェルの濃度より高いことを特徴とする固体撮像装置。
7. 請求項３乃至６のいずれか一項において、
   前記第１の電極と対向する前記第２の電極の面の長手方向と平行方向の前記第１の第２導電型拡散層の幅は、前記第１の電極側より前記第２の電極側の方が広いことを特徴とする固体撮像装置。
8. 請求項３乃至７のいずれか一項において、
   前記第１の電極と対向する前記第２の電極の面の長手方向と平行方向の前記第１導電型拡散層の幅は、前記第１の電極側より前記第２の電極側の方が狭いことを特徴とする固体撮像装置。
9. 請求項２乃至８のいずれか一項において、
   前記第１の第１導電型ウェルの表面に第３の絶縁膜を介して形成された第３の電極と、
   前記第１の第１導電型ウェルに形成された第４の第２導電型拡散層と、
   を有し、
   前記第２の第２導電型拡散層は、前記第３の電極によって前記第４の第２導電型拡散層と接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
10. 請求項２乃至９のいずれか一項において、
    前記第１の第２導電型拡散層の表面に第４の絶縁膜を介して形成された第４の電極を有し、
    前記第４の電極は前記第１の電極の隣に位置することを特徴とする固体撮像装置。
11. 第１の第１導電型ウェルに第２の第１導電型ウェルを形成する工程と、
    前記第１の第１導電型ウェルに第１の第２導電型拡散層及び第２の第２導電型拡散層を形成する工程と、
    前記第１の第１導電型ウェルの表面に第１の絶縁膜を介して第１の電極を形成する工程と、
    前記第１の第２導電型拡散層及び前記第２の第２導電型拡散層それぞれの表面に、前記第１の電極に対して自己整合的に第１導電型拡散層を形成する工程と、
    を具備し、
    前記第１の第２導電型拡散層は、前記第１の電極によって前記第２の第２導電型拡散層と接続され、
    前記第２の第１導電型ウェルは、前記第１の第２導電型拡散層の側面と前記第１の第１導電型ウェルとの境界に形成されることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
12. 請求項１１において、
    前記第１導電型拡散層の濃度は、前記第１の第１導電型ウェルの濃度より高いことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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