JP4613821B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板に光電変換部を用いた複数の画素と、この画素によって生成した信号電荷を転送するＣＣＤ転送部とを設けた固体撮像素子に関し、特に光電変換部で生成した過剰電荷を半導体基板の裏面方向に排出するための縦形オーバーフローバリア構造を有する固体撮像素子に関する。

従来より、この種の固体撮像素子として画素をマトリクス状に配置したＣＣＤイメージセンサが知られている。
図１０は、従来のＣＣＤイメージセンサの一般的な構成例を示す平面図である。
このＣＣＤイメージセンサは、半導体基板（Ｓｉ基板、半導体チップ）１０上に設けた撮像領域２０内に、それぞれ画素となる光電変換部としてのフォトセンサ（フォトダイオード）２２を配置し、各フォトセンサ列毎に複数の垂直転送レジスタ２４及びチャネルストップ領域２６を配置し、さらに、撮像領域２０の外側に水平転送レジスタ３２及び出力部３４を設けたものである。
なお、撮像領域２０の外側は、バスライン等を配置した周辺領域２１となっている。
各フォトセンサ２２で生成された信号電荷は、垂直転送レジスタ２４に読み出されて各フォトセンサ列毎に垂直方向に転送され、順番に水平転送レジスタ３２に出力される。
水平転送レジスタ３２では、垂直転送レジスタ２４によって転送された各フォトセンサ２２の信号電荷を各行毎に水平方向に転送し、出力部３４に順次出力する。
出力部３４では、水平転送レジスタ３２によって転送された信号電荷を順次電圧信号に変換し、増幅等を施して出力する。
また、チャネルストップ領域２６は、隣接する各フォトセンサ列間の信号の漏洩を阻止している。

また、図１１は、図１０に示すＣＣＤイメージセンサの内部素子構造を示す断面図であり、図１０のａ−ａ断面を示している。
図示のように、半導体基板（Ｓｉ基板）１０の上層に、フォトセンサ２２、垂直転送レジスタ２４、及びチャネルストップ領域２６が形成され、半導体基板１０の上面には、絶縁膜（シリコン酸化膜）４２を介して垂直転送レジスタ２４の転送電極（ポリシリコン膜）４４が配置され、その上層に遮光膜４６が装着されている。
この遮光膜４６には、フォトセンサ２２の受光領域に対応して開口部４６Ａが形成され、この開口部４６Ａを通して光がフォトセンサ２２に入射される。
また、フォトセンサ２２は、上層のＰ＋層２２Ａと下層のＮ層２２Ｂを有し、Ｐ＋層２２Ａに光電変換で発生した正孔が取り込まれ、Ｎ層２２Ｂに信号電荷が生成される。
このＮ層２２Ｂで生成された信号電荷は、Ｎ層２２Ｂの下層に形成される空乏層に蓄積され、フォトセンサ２２と垂直転送レジスタ２４との間に設けられた読み出しゲート部の動作によってフォトセンサ２２から垂直転送レジスタ２４側に読み出される。

また、半導体基板１０の内部領域には、各フォトセンサ２２で生成された信号電荷をＮ層２２Ｂの下部領域に貯留するためのオーバーフローバリア（ＯＦＢ）２８が設けられている。
このオーバーフローバリア２８は、半導体基板内の不純物分布を調整することにより、半導体基板１０の内部領域にポテンシャルによるバリアを形成し、信号電荷の漏洩をせき止めるものである。また、過大光量の入射時には、フォトセンサ２２で過剰に生成された信号電荷が、このオーバーフローバリア２８を越えて半導体基板１０の裏側に排出されるようになっている。

ところで、上述のようなＣＣＤ固体撮像素子では、単位画素の小型化に伴い、単位面積あたりの感度を向上させる技術の開発が急務となっている。
そして、その１つの手段として、従来はＳｉ基板表面から３μｍ程度に形成しているオーバーフローバリアを、より深い位置（たとえば５μｍ〜１０μｍ）に形成することが考えられる。

この状態で従来通りの垂直転送レジスタのポテンシャルを形成すると、その分布は図１２及び図１３に示すようなものとなる。
すなわち、図１２はフォトセンサ及び垂直転送レジスタの各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図であり、縦軸はポテンシャルの深さ、横軸は基板表面からの深さを示している。そして、実線Ａはフォトセンサ部分のポテンシャル分布、破線Ｂは垂直転送レジスタ部分のポテンシャル分布を示している。
また、図１３はフォトセンサ領域におけるポテンシャルの分布を立体的に示す説明図であり、Ｘ軸が水平方向、Ｙ軸がポテンシャル深さ方向、Ｚ軸が基板の深さ方向をそれぞれ示し、Ｘ軸とＹ軸で構成される面が基板表面を示している。
なお、これらの図１２及び図１３において、図１２の縦軸及び図１３のＹ軸は、上から下に向かってポテンシャルが高いことを意味している。また、各軸に付した目盛りの数値は、便宜的に調整した値である。

そして、このようなポテンシャル分布では、基板の深い部分において、フォトセンサのポテンシャルの位置と垂直転送レジスタの下層部分のポテンシャルの位置が等しくなってしまう。
したがって、このような状態では、センサ領域で光電変換された電荷が横方向（図１３中の矢印Ｄで示す）に拡散してしまい、隣接画素のセンサ領域に入り込む、クロストークと呼ぶ問題が発生するという問題がある。

そこで本発明の目的は、オーバーフローバリアを基板の深部に設けた場合にも、隣接する画素間のクロストークを有効に防止することが可能な固体撮像素子を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、半導体基板上に設けられ、入射光量に応じて電荷を生成する光電変換部を含む複数の画素と、前記半導体基板上に形成され、前記画素から読み出された前記電荷を転送する転送部と、前記半導体基板の内部に形成され、前記画素で生じた余剰電荷を半導体基板の裏面方向に排出するためのポテンシャルバリアよりなるオーバーフローバリアとを有し、前記転送部の下層領域のポテンシャルは、前記転送部の最小ポテンシャル位置から前記オーバーフローバリアまでの間で、前記光電変換部の下層領域のポテンシャルより小さく形成されていることを特徴とする。
第１の本発明は、さらに、前記転送部下に一又は複数の不純物領域が形成され、前記フォトセンサ部下に形成された一又は複数の第２の不純物領域が、前記不純物領域とは各々異なる深さとなるように形成され、前記不純物領域が前記基板の深さ方向において４層に形成され、前記第２の不純物領域が前記基板の深さ方向において７層に形成されていることを特徴とする。
第２の本発明は、さらに、前記オーバーフローバリアの前記フォトセンサ部下の領域が、前記オーバーフローバリアでの該領域以外の領域よりも低濃度であり、前記転送部下の前記オーバーフローバリアでのポテンシャルが前記フォトセンサ部下の前記オーバーフローバリアでのポテンシャルよりも小さいことを特徴とする。
第３の本発明は、さらに、前記基板は、第１導電型の第１基板と、前記第１基板の上層に形成され前記第１基板よりも高抵抗である第１導電型又は第２導電型の第２基板とから形成されていることを特徴とする。
第４の本発明は、基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有し、前記オーバーフローバリアの前記フォトセンサ部下の領域に、前記オーバーフローバリアでの該領域以外の領域よりも低濃度である低濃度領域を形成し、前記転送部下のオーバーフローバリアでのポテンシャルが、前記フォトセンサ部下のオーバーフローバリアでのポテンシャルよりも小さいことを特徴とする。
第５の本発明は、基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有する固体撮像素子を製造する際に、前記オーバーフローバリアの前記フォトセンサ部下の領域を、前記オーバーフローバリアでの該領域以外の領域よりも低濃度に形成する工程を含むことを特徴とする。

以下、本発明による固体撮像素子の実施の形態例について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態例によるＣＣＤイメージセンサの内部素子構造を示す断面図である。なお、本例におけるＣＣＤイメージセンサの平面方向の素子配列は図１０に示した従来例と共通であり、図１は図１０のａ−ａ断面を示すものである。
図１に示すように、本例のイメージセンサは、図１１に示すものと同様に、半導体基板（Ｓｉ基板）１１０の上層に、フォトセンサ１２２、垂直転送レジスタ１２４、及びチャネルストップ領域１２６が形成され、半導体基板１１０の上面には、絶縁膜（シリコン酸化膜）１４２を介して垂直転送レジスタ１２４の転送電極（ポリシリコン膜）１４４が配置され、その上層に遮光膜１４６が装着されている。
この遮光膜１４６には、フォトセンサ１２２の受光領域に対応して開口部１４６Ａが形成され、この開口部１４６Ａを通して光がフォトセンサ１２２に入射される。
そして、フォトセンサ１２２は、上層のＰ＋層１２２Ａと下層のＮ層１２２Ｂを有し、Ｐ＋層１２２Ａに光電変換で発生した正孔が取り込まれ、Ｎ層１２２Ｂに信号電荷が生成される。
このＮ層１２２Ｂで生成された信号電荷は、Ｎ層１２２Ｂの下層に形成される空乏層に蓄積され、フォトセンサ１２２と垂直転送レジスタ１２４との間に設けられた読み出しゲート部の動作によってフォトセンサ１２２から垂直転送レジスタ１２４側に読み出される。
なお、本例では、Ｐ＋層１２２Ａの下に１層のＮ層１２２Ｂを設けた構成を示しているが、基板１１０の深い位置にオーバーフローバリア及び空乏層を形成する構成の場合、Ｎ層１２２Ｂの下層に低濃度のＮ−層を設けた構成とすることも可能である。

また、半導体基板１１０の内部領域には、各フォトセンサ１２２で生成された信号電荷をＮ層１２２Ｂの下部領域に貯留するためのオーバーフローバリア（ＯＦＢ）１２８が設けられている。
このオーバーフローバリア１２８は、半導体基板内の不純物分布を調整することにより、半導体基板１１０の内部領域にポテンシャルによるバリアを形成し、信号電荷の漏洩をせき止めるものである。また、過大光量の入射時には、フォトセンサ１２２で過剰に生成された信号電荷が、このオーバーフローバリア１２８を越えて半導体基板１１０の裏側に排出されるようになっている。
なお、半導体基板１１０は、Ｎ型基板１１０Ａの上層に所定の方法（例えばエピタキシャル成長）で高抵抗層１１０Ｂを設け、この高抵抗層１１０Ｂに各種素子を形成したものであってもよい。その場合には、Ｎ型基板１１０Ａと高抵抗層１１０Ｂの境界付近にオーバーフローバリア１２８が形成される。
このオーバーフローバリア１２８は、例えば、基板１１０の表面から５μｍ〜１０μｍの深さ位置に形成されているものとする。

そして、本例においては、垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域の所定位置に、部分的なＰ型領域１５０が形成され、このＰ型領域１５０によって垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが調整され、垂直転送レジスタ１２４の最大ポテンシャル位置からオーバーフローバリア１２８までの間で、フォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルより小さく（すなわち、低く）形成されている。

図２は、フォトセンサ１２２及び垂直転送レジスタ１２４の各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図であり、縦軸はポテンシャルの深さ、横軸は基板表面からの深さを示している。そして、実線Ａはフォトセンサ部分のポテンシャル分布、破線Ｂは垂直転送レジスタ部分のポテンシャル分布を示している。なお、各軸の単位は任意に設定できるものである。

また、図３は、フォトセンサ領域におけるポテンシャルの分布を立体的に示す説明図であり、Ｘ軸が水平方向、Ｙ軸がポテンシャル深さ方向、Ｚ軸が基板の深さ方向をそれぞれ示し、Ｘ軸とＹ軸で構成される面が基板表面を示している。なお、各軸の単位は任意に設定できるものである。また、「基板の深さ方向」とは、基板の表面から裏面に向かう方向のことである。
また、これらの図２及び図３において、図２の縦軸及び図３のＹ軸は、上から下に向かってポテンシャルが高いことを意味している。

上述した図１２及び図１３に示す従来例のポテンシャル分布では、基板の深い部分において、フォトセンサのポテンシャルの位置と垂直転送レジスタの下層部分のポテンシャルの位置が等しくなっていたが、本例では、図２及び図３に示すように、垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが、垂直転送レジスタ１２４の最小ポテンシャル位置からオーバーフローバリア１２８までの間で、フォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルより小さく（すなわち、低く）形成されている。
したがって、本例の状態では、センサ領域で光電変換された電荷は、両側の垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが低いため、このポテンシャルバリアに遮られて、容易に拡散できない状態となり、隣接画素のセンサ領域に漏洩しにくくなることから、クロストークを有効に防止できることになる。

次に、このような第１の実施の形態例によるポテンシャル分布を得るための製造方法の一例について簡単に説明する。
まず、半導体基板１１０（Ｎ型基板１１０Ａ）の上層（すなわち、基板表面からオーバーフローバリアまでの間）に例えばエピタキシャル成長によって１００Ω以上の高抵抗基板（高抵抗層１１０Ｂ）を形成する。
また、半導体基板１１０の表面からボロン等のＰ型不純物をイオン注入することにより、オーバーフローバリア１２８となるＰ型領域を形成する。
また、垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層部分の深い位置（オーバーフローバリア１２８よりも上層）に、Ｐ型不純物をイオン注入することにより、Ｐ型領域１５０を形成する。
このようにして、高抵抗層１１０Ｂ中に部分的な高濃度のＰ型領域１５０を形成すことができる。ただし、これは一例であり、種々の方法が利用できる。

次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。
本発明の第２の実施の形態例では、より有効なバリア効果を発揮するために、上述したオーバーフローバリアを形成するためのＰ型ウェル領域のうち、フォトセンサ部（光電変換部）に対応する領域に部分的な低濃度領域を形成することにより、垂直転送レジスタ（転送部）のオーバーフローバリアにおけるポテンシャル、及び隣接する画素の中間部のオーバーフローバリアにおけるポテンシャルが、フォトセンサ部のオーバーフローバリアにおけるポテンシャルより小さくなるようにし、オーバーフローバリアでの電荷の漏洩をさらに完全に防止するようにしたものである。

図４は、本発明の第２の実施の形態例によるＣＣＤイメージセンサの内部素子構造を示す断面図である。なお、図１に示すものと共通の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。また、本例におけるＣＣＤイメージセンサの平面方向の素子配列は図１０に示した従来例と共通であり、図４は図１０のａ−ａ断面を示すものである。

本例のイメージセンサにおいても、半導体基板（Ｓｉ基板）１１０を構成するＮ型基板１１０Ａと高抵抗層１１０Ｂとの境界付近にオーバーフローバリア１６０が形成されているが、このオーバーフローバリア１６０を形成するＰ型領域は、フォトセンサ１２２に対応する領域に部分的な低濃度領域１６２が形成されており、その他の領域は通常濃度領域１６４となっている。
これにより、垂直転送レジスタ１２４のオーバーフローバリアにおけるポテンシャル、及び隣接する画素の中間部のオーバーフローバリアにおけるポテンシャルが、フォトセンサ１２２のオーバーフローバリアにおけるポテンシャルより小さく（すなわち、低く）なっている。

図５は、フォトセンサ１２２、垂直転送レジスタ１２４、及び隣接画素の中間部の各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図であり、縦軸はポテンシャルの深さ、横軸は基板表面からの深さを示している。そして、実線Ａはフォトセンサ部分のポテンシャル分布、破線Ｂは垂直転送レジスタ部分のポテンシャル分布、一点破線Ｃは隣接画素の中間部のポテンシャル分布を示している。なお、各軸の単位は任意に設定できるものである。

また、図６は、フォトセンサ領域におけるポテンシャルの分布を立体的に示す説明図であり、Ｘ軸が水平方向、Ｙ軸がポテンシャル深さ方向、Ｚ軸が基板の深さ方向をそれぞれ示し、Ｘ軸とＹ軸で構成される面が基板表面を示している。なお、各軸の単位は任意に設定できるものである。
また、これらの図５及び図６において、図５の縦軸及び図６のＹ軸は、上から下に向かってポテンシャルが高いことを意味している。

上述した図２及び図３に示す第１の実施の形態例のポテンシャル分布では、フォトセンサ部のポテンシャルと垂直転送レジスタのポテンシャルがオーバーフローバリアの深さ位置で一致していたが、本例では、図５及び図６に示すように、垂直転送レジスタ１２４のオーバーフローバリア１６０におけるポテンシャル、及び隣接する画素の中間部のオーバーフローバリア１６０におけるポテンシャルが、フォトセンサ１２２のオーバーフローバリア１６０におけるポテンシャルより小さくなる（図５及び図６にポテンシャル差Ｇで示す）ようにし、オーバーフローバリア１６０での電荷の漏洩をさらに完全に防止し、クロストークの抑制効果と感度向上効果を得ることができる。

なお、オーバーフローバリア１６０の不純物濃度に差を持たせることにより、第１の実施の形態例で説明した部分的なＰ型領域１５０を設けることなく、オーバーフローバリア１６０の不純物濃度によって垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが調整され、垂直転送レジスタ１２４の最大ポテンシャル位置からオーバーフローバリア１２８までの間で、フォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルより小さく（すなわち、低く）形成されている。また逆に第１の実施の形態例と併用して実施することも可能である。その他は、上述した第１の実施の形態例と共通であるので説明は省略する。

次に、このような第２の実施の形態例によるポテンシャル分布を得るための製造方法の２つの例について簡単に説明する。
上述のようなオーバーフローバリア１６０の濃度分布を得るには、オーバーフローバリア全体に対する通常濃度のＰ型不純物のイオン注入とフォトセンサ１２２の対応領域へのＮ型不純物のイオン注入とを組み合わせる方法（第１の方法）と、オーバーフローバリア全体に対する低濃度のＰ型不純物のイオン注入とフォトセンサ１２２の対応領域への低濃度のＰ型不純物のイオン注入とを組み合わせる方法（第２の方法）とを用いることができる。

まず、第１の方法を図４に基づき説明する。
この方法では、オーバーフローバリア１６０を形成する全体領域に対して従来と同様の濃度でＰ型不純物のイオン注入を行う。次に、フォトセンサ１２２の対応領域へＮ型不純物のイオン注入を行うことにより、この部分のＰ型不純物濃度を緩和し、低濃度領域１６２を形成する。その他の領域は通常濃度領域１６４となる。

次に、第２の方法を図７に基づき説明する。
まず、図７（Ａ）において、オーバーフローバリア１６０を形成する全体領域に対して低濃度でＰ型不純物のイオン注入を行い、不純物領域１６０Ａを形成する。
次に、図７（Ｂ）において、フォトセンサ１２２の対応領域を除く、垂直転送レジスタ１２４と画素中間部の対応領域に対し、２回目の低濃度のＰ型不純物のイオン注入を行うことにより、この部分のＰ型不純物濃度が通常濃度となり、通常濃度領域１６４となる。
また、２回目のイオン注入を行わなかったフォトセンサ１２２の対応領域は、低濃度のままであり、これが低濃度領域１６２となる。
なお、１回目のイオン注入と２回目のイオン注入のドーズ量の比率は、フォトセンサ部のオーバーフローバリアのポテンシャルをどの程度深くするかで決めることになる。
このような第２の方法では、同じＰ型不純物を注入するため、不純物による飛程差（ボロン＞燐＞ヒ素）を配慮することなく、イオン注入を行うことが可能であり、その分、より深い位置までオーバーフローバリアを容易に形成することができる利点がある。

次に、本発明の第３の実施の形態例について説明する。
本発明の第３の実施の形態例では、垂直転送レジスタ（転送部）においてクロストークを抑制する有効なバリア効果を発揮させるとともに、フォトセンサ部（光電変換部）のポテンシャルを大きくすることにより、フォトセンサ部と垂直転送レジスタとのポテンシャルの差を大きくしてバリア効果を強めるようにしたものである。

図８は、本発明の第３の実施の形態例によるＣＣＤイメージセンサの内部素子構造を示す断面図である。なお、図１に示すものと共通の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。また、本例におけるＣＣＤイメージセンサの平面方向の素子配列は図１０に示した従来例と共通であり、図８は図１０のａ−ａ断面を示すものである。

本例においては、図８に示すように、垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域の所定位置に、部分的なＰ型領域１５０がそれぞれ独立して４層形成され、このＰ型領域１５０によって垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが調整され、垂直転送レジスタ１２４の最大ポテンシャル位置からオーバーフローバリア１２８までの間で、フォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルより小さく（低く）形成されている。
また、本例においては、さらに、フォトセンサ１２２の下層領域の所定位置に、部分的なＮ型領域１５１がそれぞれ独立して７層形成され、このＮ型領域１５１によってフォトセンサ１２２の下層領域におけるポテンシャルが調整され、第１の実施の形態例よりもさらにフォトセンサの１２２の下層領域のポテンシャルが大きく（高く）形成されている。Ｎ型領域１５１は、Ｐ型領域１５０とは各々異なる深さとなるように形成されている。

図９は、フォトセンサ１２２、垂直転送レジスタ１２４、及び隣接画素の中間部の各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図であり、縦軸はポテンシャルの深さ、横軸は基板表面からの深さを示している。そして、実線Ａはフォトセンサ部分のポテンシャル分布、破線Ｂは垂直転送レジスタ部分のポテンシャル分布を示している。なお、各軸の単位は任意に設定できるものである。

本例では、図９に示すように、垂直転送レジスタ１２４及びチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが、垂直転送レジスタ１２４の最小ポテンシャル位置からオーバーフローバリア１２８までの間で、フォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルより小さく（すなわち、低く）形成されている。
また、本例では、さらに、フォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルが、図２に示した第１の実施の形態例の場合よりもさらに大きく形成されている。
したがって、本例の状態では、センサ領域で光電変換された電荷は、両側の垂直転送レジスタ１２４およびチャネルストップ領域１２６の下層領域におけるポテンシャルが低いため、このポテンシャルバリアに遮られて、容易に拡散できない状態となり、隣接画素のセンサ領域に漏洩しにくくなることから、クロストークを有効に防止できることになる。特に、本例ではフォトセンサ１２２の下層領域のポテンシャルが大きくなっていることにより、ポテンシャルバリアとの段差が大きくなり、バリア効果がより強くなっていることから、クロストークをより効果的に防止できることになる。

なお、第３の実施の形態例ではＰ型領域１５０を４層に形成し、Ｎ型領域１５１を７層に形成していたが、Ｐ型領域１５０は４層に限定されるものではなく、１層又は複数層のＰ型領域を形成すれば同様の効果が得られる。同様に、Ｎ型領域１５１は７層に限定されるものではなく、１層又は複数層のＮ型領域を形成すれば同様の効果が得られる。

なお、以上の例は、本発明をフォトセンサが縦横して配列されたＣＣＤイメージセンサについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＣＣＤを用いた他の固体撮像素子についても同様に適用し得るものである。

また、以上の例は、光電変換部で生成した電子を扱う場合について説明したが、同様に正孔を扱う構成に適用してもよい。この場合には、各半導体領域のＰとＮの極性やポテンシャルの極性が逆になる。すなわち、本発明におけるポテンシャルの大小（高低）は絶対値を基準とする意味であるものとする。

以上説明したように本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、転送部の下層領域のポテンシャルが、その最小ポテンシャル位置からオーバーフローバリアまでの間で、光電変換部の下層領域のポテンシャルより小さくなることから、オーバーフローバリアを基板の深い位置に形成した場合でも、光電変換部の下層領域に蓄積された信号電荷が隣接する転送部側に漏洩するのを防止できる。

また、本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、転送部のオーバーフローバリアにおけるポテンシャル、及び隣接する画素の中間部のオーバーフローバリアにおけるポテンシャルが、光電変換部のオーバーフローバリアにおけるポテンシャルより小さくなることから、オーバーフローバリアを基板の深い位置に形成した場合でも、光電変換部の下層領域に蓄積された信号電荷が隣接する転送部や画素側に漏洩するのを防止できる。

この結果、半導体基板の深い位置にオーバーフローバリアを形成したことに伴うクロストークの発生をなくして画質の劣化を防止しつつ、各画素における蓄積電荷量の増大を図ることができ、感度の向上を実現できる効果がある。

本発明の第１の実施の形態例によるＣＣＤイメージセンサの素子構造を示す断面図である。 図１に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ及び垂直転送レジスタの各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図である。 図１に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ領域におけるポテンシャルの分布を立体的に示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態例によるＣＣＤイメージセンサの素子構造を示す断面図である。 図４に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ、垂直転送レジスタ及び画素間部の各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図である。 図４に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ領域におけるポテンシャルの分布を立体的に示す説明図である。 図４に示すＣＣＤイメージセンサのオーバーフローバリアの形成方法を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態例によるＣＣＤイメージセンサの素子構造を示す断面図である。 図８に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ、垂直転送レジスタ及び画素間部の各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図である。 従来のＣＣＤイメージセンサの素子配置を示す平面図である。 図１０に示すＣＣＤイメージセンサの素子構造を示す断面図である。 図１０に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ及び垂直転送レジスタの各基板断面におけるポテンシャルの分布を示す説明図である。 図１０に示すＣＣＤイメージセンサのフォトセンサ領域におけるポテンシャルの分布を立体的に示す説明図である。

符号の説明

１１０……半導体基板
１１０Ａ……Ｎ型基板
１１０Ｂ……Ｐ型層
１２２……フォトセンサ
１２２Ａ……Ｐ＋層
１２２Ｂ……Ｎ層
１２４……垂直転送レジスタ
１２６……チャネルストップ領域
１２８……オーバーフローバリア
１４２……絶縁膜
１４４……転送電極
１４６……遮光膜
１５０……Ｐ型領域

Claims (6)

1. 基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、
   前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、
   前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有し、
   前記転送部下に一又は複数の不純物領域が形成され、
   前記フォトセンサ部下に形成された一又は複数の第２の不純物領域が、前記不純物領域とは各々異なる深さとなるように形成され、
   前記不純物領域が前記基板の深さ方向において４層に形成され、前記第２の不純物領域が前記基板の深さ方向において７層に形成され、
   前記基板の深さ方向において、前記転送部下のポテンシャルが、その最小ポテンシャル位置から前記オーバーフローバリアまでの間に亘って、前記フォトセンサ部下のポテンシャルより小さく形成されている固体撮像素子。
2. 基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、
   前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、
   前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有し、
   前記オーバーフローバリアの前記フォトセンサ部下の領域が、前記オーバーフローバリアでの該領域以外の領域よりも低濃度であり、
   前記基板の深さ方向において、前記転送部下のポテンシャルが、その最小ポテンシャル位置から前記オーバーフローバリアまでの間に亘って、前記フォトセンサ部下のポテンシャルより小さく形成され、
   前記転送部下の前記オーバーフローバリアでのポテンシャルが前記フォトセンサ部下の前記オーバーフローバリアでのポテンシャルよりも小さい固体撮像素子。
3. 基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、
   前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、
   前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有し、
   前記基板は、第１導電型の第１基板と、前記第１基板の上層に形成され前記第１基板よりも高抵抗である第１導電型又は第２導電型の第２基板とから形成され、
   前記基板の深さ方向において、前記転送部下のポテンシャルが、その最小ポテンシャル位置から前記オーバーフローバリアまでの間に亘って、前記フォトセンサ部下のポテンシャルより小さく形成されている固体撮像素子。
4. 前記第１導電型がＮ型であり、前記第２導電型がＰ型である請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、
   前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、
   前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有し、
   前記オーバーフローバリアの前記フォトセンサ部下の領域に、前記オーバーフローバリアでの該領域以外の領域よりも低濃度である低濃度領域を形成し、
   前記転送部下のオーバーフローバリアでのポテンシャルが、前記フォトセンサ部下のオーバーフローバリアでのポテンシャルよりも小さい固体撮像素子。
6. 基板の表面に設けられ、入射光を電荷に変換するフォトセンサ部と、前記基板の表面に形成され、前記フォトセンサ部から読み出された前記電荷を転送する転送部と、前記基板の内部に形成され、前記電荷の不要分を排出するオーバーフローバリアとを有する固体撮像素子の製造方法であって、
   前記オーバーフローバリアの前記フォトセンサ部下の領域を、前記オーバーフローバリアでの該領域以外の領域よりも低濃度に形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。

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