JP4951898B2

JP4951898B2 - 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子を用いた画像撮影装置

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Publication number: JP4951898B2
Application number: JP2005245181A
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Inventors: 耕一原田
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Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2012-06-13
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Description

本発明は、隣接画素間の混色を防止した高感度な固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、その固体撮像素子を用いた画像撮影装置に関するものである。

従来、固体撮像素子のシリコン基板に形成されたフォトセンサのオーバーフローバリアは、シリコン基板表面からの深さを３μｍ以上に延ばすことで感度を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この構造の場合、フォトセンサのＮ型領域とオーバーフローバリアのＰ型領域との間がＮ^-型領域となっているため、フォトセンサのＮ型領域におけるポテンシャルの極大値のシリコン基板表面からの深さが深くなる。この結果、フォトセンサの飽和電荷量が低下するという問題点があった。

また、垂直レジスタのバリア領域とオーバーフローバリアのＰ型領域との間もＮ^-型領域になっているため、隣接画素間の混色に弱くなるという問題点があった。隣接画素間の混色を改善する方法としては、チャンネルストップ部を形成するＰ型不純物を、注入エネルギーを変えた複数回のイオンインプラによって形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この方法では、工程数が増加するという問題点があった。また、チャンネルストップ部を高エネルギーのイオンインプラで形成する必要があるため、レジストからなるイオン注入マスクを厚く形成する必要があり、厚膜のレジスト膜を微細加工することが困難なため、画素の微細化が困難になるという問題点もあった。

上記問題点を解決するために、フォトセンサのＮ型領域や垂直レジスタのバリア領域のＰ型領域とフォトセンサのオーバーフローバリアのＰ型領域との間の領域をＰ^-型領域にすることも考えられるが、この場合は相対的にフォトセンサのオーバーフローバリアを形成するＰ型不純物の濃度が減少し、フォトセンサのオーバーフローバリアのシリコン基板表面からの深さが浅くなり、その分、感度が低下するという問題を生じる。また、垂直レジスタの下部で光電変換された電子がＮ型の基板に抜けてしまう構造となるため、垂直レジスタの下部で光電変換された電子が感度に寄与しないという問題もあった。

上記の隣接画素間の混色に弱くなるという問題点とフォトセンサのオーバーフローバリアのシリコン基板表面からの深さが浅くなり、その分、感度が低下するという問題点を同時に解決するための手段としては、垂直レジスタのバリア領域のＰ型領域とフォトセンサのオーバーフローバリアのＰ型領域との間に、垂直レジスタのバリア領域とは離間してＰ型領域を形成する方法が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、この方法の場合でも、フォトセンサのオーバーフローバリアのシリコン基板表面からの深さが浅くなる事による感度の低下を起こす事無しに隣接画素間の混色を改善する事は出来るが、垂直レジスタの下部で光電変換された電子がＮ型のシリコン基板に抜けてしまう構造になる点は改善されていないため、垂直レジスタの下部で光電変換された電子は十分に利用されないので、高感度な固体撮像素子を得ることが依然として困難であった。

特許第２５７６８１３号公報（特開平８−４６１６７号公報）特開２００４−１６５４６２号公報特願２００２−３２４６１３号明細書

解決しようとする問題点は、固体撮像素子の感度を高めるとともに、隣接画素間の混色を防止することができない点である。

本発明の固体撮像素子は、第１導電型の基板と、前記基板上に形成された第１導電型とは逆の第２導電型のエピタキシャル層と、前記基板と前記エピタキシャル層の間に形成された前記エピタキシャル層よりも高濃度の第２導電型のウエル領域とが形成され、前記エピタキシャル層にフォトセンサ、読み出し部、垂直電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に当該フォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域が形成されていると共に、前記垂直電荷転送部の下部領域が当該第１導電型のウエル領域で占められないように、当該第１導電型のウエル領域が前記読み出し部から当該垂直電荷転送部の下部側に延長されて形成されていることを最も主要な特徴とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、第１導電型の基板と、前記基板上に形成された第１導電型とは逆の第２導電型のエピタキシャル層と、前記基板と前記エピタキシャル層の間に形成された前記エピタキシャル層よりも高濃度の第２導電型のウエル領域とが形成され、前記エピタキシャル層にフォトセンサ、読み出し部、垂直電荷転送部が形成された固体撮像素子の製造方法であって、前記エピタキシャル層中の前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に当該フォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域を形成すると共に、前記垂直電荷転送部の下部領域が当該第１導電型のウエル領域で占められないように前記読み出し部から当該垂直電荷転送部の下部側に当該第１導電型のウエル領域を延長して形成する工程を備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明の画像撮影装置は、固体撮像素子を撮像素子に用いた画像撮影装置において、前記固体撮像素子は、第１導電型の基板と、前記基板上に形成された第１導電型とは逆の第２導電型のエピタキシャル層と、前記基板と前記エピタキシャル層の間に形成された前記エピタキシャル層よりも高濃度の第２導電型のウエル領域とが形成され、前記エピタキシャル層にフォトセンサ、読み出し部、垂直電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に当該フォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域が形成されていると共に、前記垂直電荷転送部の下部領域が当該第１導電型のウエル領域で占められないように、当該第１導電型のウエル領域が前記読み出し部から当該垂直電荷転送部の下部側に延長されて形成されていることを最も主要な特徴とする。

本発明の固体撮像素子は、前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に第１導電型のウエル領域が形成されているため、感度を向上させることができ、しかもフォトセンサの飽和電荷量が低下することがないという利点がある。また、垂直電荷転送部の下部領域及び垂直方向の画素間の下部領域が上記第１導電型のウエル領域で占められていないため、隣接画素間の混色に弱くなることはないので、色再現性に優れた固体撮像素子となる。また垂直電荷転送部の下部で光電変換された電子は十分に利用されるようになるので高感度な固体撮像素子となる。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、エピタキシャル層中の前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に、第１導電型のウエル領域を形成するため、高感度な固体撮像素子を製造することができる。しかもフォトセンサの飽和電荷量が低下することがないという利点もある。また、垂直電荷転送部の下部領域及び垂直方向の画素間の下部領域が上記第１導電型のウエル領域で占められていないため、隣接画素間の混色に弱くなることはないので、色再現性に優れた固体撮像素子を製造することができる。また垂直電荷転送部の下部で光電変換された電子は十分に利用されるようになるので高感度な固体撮像素子を製造することができる。

本発明の画像撮影装置は、本発明の固体撮像素子を撮像素子に用いているため、混色がないので色再現性に優れた画像を得ることができ、しかも高感度な画像を得ることができるという利点がある。

隣接画素間の混色が防止され、かつ高感度な固体撮像素子、その固体撮像素子の製造方法およびその固体撮像素子を用いた画像撮影装置を得るという目的を、フォトセンサとオーバフローバリアとなる第２導電型のウエル領域との間にフォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域を形成することで実現した。

本発明の固体撮像素子に係る第１実施例を、図１、図２の概略構成断面図、図３の平面レイアウト図によって説明する。なお、図１は、図３中のＸ−Ｘ’線断面の概略を示す図面であり、図２は図３中のＹ−Ｙ’線断面の概略を示す図面である。

図１〜図３に示すように、第１導電型（Ｎ型）の基板１１上に、第１導電型とは逆の第２導電型（Ｐ^-型）のエピタキシャル層１２が形成されている。上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間には、上記エピタキシャル層１２よりも高濃度のオーバフローバリアとなる第２導電型の第１ウエル領域１３が形成されている。上記第１ウエル領域１３は、例えば上記エピタキシャル層１２表面からの深さが３μｍ以上、好ましくは４μｍ以上に形成されている。このように、深い位置にオーバフローバリアとなる第１ウエル領域１３を形成することにより、高感度な固体撮像素子１となる。

また、上記エピタキシャル層１２の表面側には、固体撮像素子１に入射した光を光電変換するフォトセンサ２１が形成されている。このフォトセンサ２１は、Ｎ型領域２２からなり、その表層には、Ｐ⁺型領域からなるホール蓄積層２３が形成されている。

上記フォトセンサ２１の一方側（図１において）には読み出し部３１を介して垂直電荷転送部４１が形成されている。この垂直電荷転送部４１は、Ｎ型領域４２からなり、その下部にはＰ型領域の第２ウエル領域４３が形成されている。さらに、上記垂直電荷転送部４１の読み出し部３１とは反対側にはＰ⁺型領域からなるチャネルストップ領域５１が形成されている。また、上記フォトセンサ２１の他方側（図１において）にもチャネルストップ領域（図示せず）が形成されている。

上記フォトセンサ２１と上記第２導電型の第１ウエル領域１３との間には上記フォトセンサ２１と離間して第１導電型（Ｎ^-型）のウエル領域１４が形成されている。したがって、上記フォトセンサ２１と上記第１導電型のウエル領域１４との間に第２導電型の領域として上記エピタキシャル層１２が存在している。上記第１導電型のウエル領域１４は上記読み出し部３１から上記垂直電荷転送部４１の下部側に延長されて形成されている。このウエル領域１４は、ウエル領域１４の垂直電荷転送部４１側の端部が読み出し部３１と垂直電荷転送部４１との境界部から垂直電荷転送部４１の中央部にかけての範囲にあるように形成されている。

また、上記第２導電型の第１ウエル領域１３は、上記フォトセンサ２１下部の領域よりも上記垂直電荷転送部４１下部の領域のほうが高濃度に形成されている。この高濃度に形成された領域を第３ウエル領域１５とする。例えば、第１ウエル領域１３は５．０×１０¹⁴／ｃｍ³〜２．０×１０¹⁵／ｃｍ³程度の濃度に形成され、第３ウエル領域１５は１．０×１０¹⁵／ｃｍ³〜４．０×１０¹⁵／ｃｍ³程度の濃度に形成されている。

さらに、上記読み出し部３１および上記垂直電荷転送部４１における上記エピタキシャル層１２上には、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）６１が形成されている。さらに絶縁膜（図示せず）を介して遮光膜６２が形成され、上記フォトセンサ２１上の遮光膜６２に開口部６３が形成されている。

上記構成の固体撮像素子１では、フォトセンサ２１のＮ型領域２２の下部にはフォトセンサ２１のＮ型領域２２とはある程度の距離を隔ててＮ^-型のウエル領域１４が形成されている。そして、このＮ^-型のウエル領域１４は読み出し部３１側に垂直電荷転送部４１下部の中央部まで延長形成されている。フォトセンサ２１以外の領域のオーバーフローバリアとなるＰ型の不純物領域、すなわち第３ウエル領域１５の不純物濃度は、フォトセンサ２１のオーバーフローバリアとなるＰ型の不純物領域の第１ウエル領域１３の不純物濃度よりも濃く形成されている。その結果、図４の前記図１中のＡ−Ａ’線におけるポテンシャルグラフ、図５の前記図１中Ｂ−Ｂ’線およびＣ−Ｃ’線におけるポテンシャルグラフ、図６の前記図２中Ｄ−Ｄ’線におけるポテンシャルグラフに示すように、上記構成の固体撮像素子１では、隣接するフォトセンサ２１間には隣接画素間の混色を阻止するバリア領域が形成されるとともに、垂直電荷転送部４１の下部で光電変換された電子は基板１１側には抜けずに各垂直電荷転送部４１に対応する１つのフォトセンサ２１に流れ込むことになり、その分、固体撮像素子１の感度が向上することになる。

また、上記固体撮像素子１は、フォトセンサ２１と第２導電型のウエル領域１３との間にフォトセンサ２１と離間して第１導電型のウエル領域１４が形成されているため、感度を向上させることができるとともに、フォトセンサの飽和電荷量が低下することがない。また、垂直電荷転送部４１の下部領域が上記第１導電型のウエル領域１４で占められていないため、隣接画素間の混色に弱くなることがないので、色再現性に優れた固体撮像素子１となる。また、第１導電型のウエル領域１４が、垂直電荷転送部４１下部の中央部まで延長形成されているので、垂直電荷転送部４１の下部で光電変換された電子は基板１１側には抜けずに各垂直電荷転送部４１に対応する１つのフォトセンサ２１に流れ込むことになり、光電変換された電子は十分に利用されるようになる。よって、高感度な固体撮像素子１となる。

さらに、上記固体撮像素子１では、フォトセンサ２１のオーバーフローバリアとなる第１ウエル領域１３は、エピタキシャル層１２表面からの深さが３μｍ以上にして形成されていることから、この点からも固体撮像素子１は高感度なものとなる。

また、第１導電型のウエル領域１４の端部が読み出し部３１の下部から離れて形成されていることから、第１導電型のウエル領域１４の端部のポテンシャルが読み出し部３１のポテンシャルに及ぼす影響を小さくできるので、たとえ、第１導電型のウエル領域１４を形成する際に用いるイオン注入用のマスクのマスクずれが発生した場合でも、読み出し電圧やブルーミングマージンのバラツキを従来構造よりも小さく抑えることができる。

次に、本発明の固体撮像素子に係る第２実施例を、図７、図８の概略構成断面図によって説明する。なお、図７は、前記図１と同様に前記図３で示した平面レイアウト図におけるＸ−Ｘ’線断面の概略を示す図面であり、図８は前記図２と同様に前記図３で示した平面レイアウト図におけるＹ−Ｙ’線断面の概略を示す図面である。

図７〜図８に示すように、第１導電型（Ｎ型）の基板１１上に、第１導電型とは逆の第２導電型（Ｐ^-型）のエピタキシャル層１２が形成されている。上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間には、上記エピタキシャル層１２よりも高濃度のオーバフローバリアとなる第２導電型の第１ウエル領域１３が形成されている。上記第１ウエル領域１３は、例えば上記エピタキシャル層１２表面からの深さが３μｍ以上、好ましくは４μｍ以上に形成されている。このように、深い位置にオーバフローバリアとなる第１ウエル領域１３を形成することにより、高感度な固体撮像素子２となる。

また、上記エピタキシャル層１２の表面側には、固体撮像素子２に入射した光を光電変換するフォトセンサ２１が形成されている。このフォトセンサ２１は、Ｎ型領域２２からなり、その表層には、Ｐ⁺型領域からなるホール蓄積層２３が形成されている。

上記フォトセンサ２１の一方側（図７において）には読み出し部３１を介して垂直電荷転送部４１が形成されている。この垂直電荷転送部４１は、Ｎ型領域からなり、その下部にはＰ型領域の第２ウエル領域４３が形成されている。さらに、上記垂直電荷転送部４１の読み出し部３１とは反対側にはＰ⁺型領域からなるチャネルストップ領域５１が形成されている。また、上記フォトセンサ２１の他方側（図７において）にもチャネルストップ領域（図示せず）が形成されている。

上記フォトセンサ２１の下部側に、このフォトセンサ２１下部の上記第２導電型の第１ウエル領域１３のエピタキシャル層１２表面からの深さと同じ位置、もしくはそれよりも深い位置に第１導電型（Ｎ型）の不純物領域１６が形成されている。また、上記オーバフローバリアとなる第２導電型の第１ウエル領域１３は、基板１１の全域に一定の濃度で形成されている。

上記構成の固体撮像素子２では、前記実施例１で説明した固体撮像素子１と同様なる作用、効果を得ることができる。

また、上記第１実施例の固体撮像素子１に上記第２実施例の第１導電型（Ｎ型）の不純物領域１６を形成することもできる。

＜実施例１の製造方法＞
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を、図９〜図１５の製造工程断面図によって説明する。なお、この製造工程では、前記実施例１の固体撮像素子１を製造する工程を説明する。また、図９〜図１５は前記図３における前記図１と同様な位置の断面を示している。なお、図９〜図１５で説明する製造工程は、前記固体撮像素子１の製造工程であり、以下に説明する各構成部品には前記固体撮像素子１の構成部品と同一の符号を付与した。

図９（１）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１は、第１導電型（Ｎ型）シリコン基板からなり、１Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するものを用いた。

次に、図９（２）に示すように、エピタキシャル成長法によって、上記基板１１上にＰ^-型のエピタキシャル層１２を形成する。このエピタキシャル層１２は、例えば１００Ω・ｃｍ〜５００Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するものとする。

次に、図１０（３）に示すように、上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間に第２導電型（Ｐ型）の第１ウエル領域１３を形成する。この第１ウエル領域１３は、例えばフォトセンサが形成される領域の下方に形成される。なお、上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間における全面に形成されてもよい。上記第１ウエル領域１３は、例えばイオン注入により形成することができる。

次に、図１０（４）に示すように、上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間に第２導電型（Ｐ型）の第３ウエル領域１５を形成する。この第３ウエル領域１５は、例えばフォトセンサが形成される領域以外の領域の下方、例えば読み出し部、電荷転送部、チャネルストップ領域等の下方に形成される。なお、上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間における全面に形成されてもよい。そして、上記第３ウエル領域１５は、上記第１ウエル領域１３よりも高濃度に形成されている。例えば、第１ウエル領域１３は５．０×１０¹⁴／ｃｍ³〜２．０×１０¹⁵／ｃｍ³程度の濃度に形成され、第３ウエル領域１５は１．０×１０¹⁵／ｃｍ³〜４．０×１０¹⁵／ｃｍ³程度の濃度に形成される。上記第３ウエル領域１５は、例えばイオン注入により形成することができる。

次に、図１１（５）に示すように、上記エピタキシャル層１２中のフォトセンサが形成される領域と上記第１ウエル領域１３との間に、上記フォトセンサが形成される領域と離間して第１導電型（Ｎ^-型）のウエル領域１４を形成する。上記ウエル領域１４は、例えばイオン注入により形成することができる。上記第１導電型のウエル領域１４は後に形成される読み出し部から上記垂直電荷転送部の下部側に延長されて形成される。このウエル領域１４は、ウエル領域１４の後に形成される垂直電荷転送部側の端部が後に形成される読み出し部と垂直電荷転送部との境界部から垂直電荷転送部の中央部にかけての範囲にあるように形成される。

次に、図１１（６）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の所定位置にＰ⁺型領域からなるチャネルストップ領域５１を形成する。このチャネルストップ領域５１はイオン注入により形成することができる。

次に、図１２（７）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の所定位置に上記チャネルストップ領域５１に隣接して、垂直電荷転送部が形成される領域にＰ型領域からなる第２ウエル領域４３を形成する。この第２ウエル領域４３はイオン注入により形成することができる。

次に、図１２（８）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の所定位置に上記チャネルストップ領域５１に隣接して、Ｎ型領域からなる垂直電荷転送部４１のＮ型領域４２を形成する。この垂直電荷転送部４１のＮ型領域４２はイオン注入により形成することができる。

次に、図１３（９）に示すように、上記エピタキシャル層１２上の垂直電荷転送部４１上および読み出し部３１となる領域上に、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）６１を形成する。この電極６１は、チャネルストップ領域５１上にオーバーラップするように形成されてもよい。上記電極形成は、例えば、エピタキシャル層１２表面に絶縁膜を形成した後、電極形成膜としてポリシリコン膜を成膜する。その後、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術によりポリシリコン膜を転送電極６１にパターニングして形成することができる。

次に、図１３（１０）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の上記読み出し部３１に隣接して、フォトセンサ２１のＮ型領域２２を形成する。このフォトセンサ２１のＮ型領域２２はイオン注入により形成することができる。

次に、図１４（１１）に示すように、上記フォトセンサ２１のＮ型領域２２表層にＰ⁺型領域からなるホール蓄積層２３を形成する。このホール蓄積層２３はイオン注入により形成することができる。

次に、図１５（１２）に示すように、全面に光透過性を有する層間絶縁膜（図示せず）を形成した後、全面に遮光膜６２を形成する。その後、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術により上記遮光膜６２をエッチング加工して、上記フォトセンサ２１上に開口部６３を形成する。このようにして、固体撮像素子１が形成される。

上記固体撮像素子の製造方法では、フォトセンサ２１のＮ型領域２２の下部にフォトセンサ２１のＮ型領域２２とはある程度の距離を隔ててＮ^-型のウエル領域１４が形成される。そして、このＮ^-型のウエル領域１４は読み出し部３１側に垂直電荷転送部４１下部の中央部の辺りまで延長形成される。フォトセンサ２１以外の領域のオーバーフローバリアとなるＰ型の不純物領域、すなわち第３ウエル領域１５の不純物濃度は、フォトセンサ２１のオーバーフローバリアとなるＰ型の不純物領域の第１ウエル領域１３の不純物濃度よりも濃く形成される。その結果、上記製造方法で製造される固体撮像素子１では、隣接するフォトセンサ２１間には隣接画素間の混色を阻止するバリア領域が形成されるとともに、垂直電荷転送部４１の下部で光電変換された電子は基板１１側には抜けずに各垂直電荷転送部４１に対応する１つのフォトセンサ２１に流れ込むことになり、その分、固体撮像素子１の感度が向上することになる。

また、上記製造方法では、フォトセンサ２１と第２導電型のウエル領域１３との間にフォトセンサ２１と離間して第１導電型のウエル領域１４が形成されるため、感度を向上させることができるとともに、フォトセンサの飽和電荷量が低下することがない。また、垂直電荷転送部４１の下部領域が上記第１導電型のウエル領域１４で占められていないため、隣接画素間の混色に弱くなることはないので、色再現性に優れた固体撮像素子１を形成することができる。また、第１導電型のウエル領域１４は、垂直電荷転送部４１の下部で光電変換された電子が基板１１側には抜けずに各垂直電荷転送部４１に対応する１つのフォトセンサ２１に流れ込む様に、ウエル領域１４の垂直電荷転送部４１側の端部が読み出し部３１と垂直電荷転送部４１との境界部から垂直電荷転送部４１の中央部にかけての範囲にあるように形成されているので、垂直電荷転送部４１下部で光電変換された電子は十分に利用されるようになる。よって、高感度な固体撮像素子１を形成することができる。

さらに、上記固体撮像素子１では、フォトセンサ２１のオーバーフローバリアとなる第１ウエル領域１３を、エピタキシャル層１２表面からの深さが３μｍ以上になるように形成することから、この点からも固体撮像素子１は高感度なものとなる。

また、第１導電型のウエル領域１４の端部が読み出し部３１の下部から離れて形成されていることから、第１導電型のウエル領域１４の端部のポテンシャルが読み出し部３１のポテンシャルに及ぼす影響を小さくできるので、たとえ、第１導電型のウエル領域１４を形成する際に用いるイオン注入用のマスクのマスクずれが発生した場合にも、読み出し電圧やブルーミングマージンのバラツキを従来構造よりも小さく抑えることができる。

また、少なくともオーバーフローバリアとなる第１ウエル領域１３よりも上部側がＰ^-型のエピタキシャル層１２で形成されるので、隣接画素間に混色防止用のバリア領域を、エネルギーを変えて複数回のイオンインプラで形成する必要が無く、隣接画素間混色の悪化無しに工程数を削減できる。

＜実施例２の製造方法＞
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を、図１６〜図２３の製造工程断面図によって説明する。なお、この製造工程では、前記実施例２の固体撮像素子２を製造する工程を説明する。また、図１６〜図２３は前記図３における前記図１と同様な位置の断面を示している。なお、図１６〜図２３で説明する製造工程は、前記固体撮像素子２の製造工程であり、以下に説明する各構成部品には前記固体撮像素子２の構成部品と同一の符号を付与した。

図１６（１）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１は、第１導電型（Ｎ型）シリコン基板からなり、１Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するものを用いた。

次に、図１６（２）に示すように、エピタキシャル成長法によって、上記基板１１上にＰ^-型のエピタキシャル層１２を形成する。このエピタキシャル層１２は、例えば１００Ω・ｃｍ〜５００Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するものとする。

次に、図１７（３）に示すように、フォトセンサが形成される領域下方における上記基板１１中に第１導電型（Ｎ型）の不純物領域１６を形成する。この不純物領域１６は例えばイオン注入により形成することができる。そして、この不純物領域１６は、後工程で形成される第１ウエル領域のエピタキシャル層１２表面からの深さと同じ位置、もしくはそれよりも深い位置に形成される。

次に、図１７（４）に示すように、上記基板１１と上記エピタキシャル層１２との間に第２導電型（Ｐ型）の第１ウエル領域１３を形成する。上記第１ウエル領域１３は、例えばイオン注入により形成することができる。

次に、図１８（５）に示すように、上記エピタキシャル層１２中のフォトセンサが形成される領域と上記第１ウエル領域１３との間に、上記フォトセンサが形成される領域と離間して第１導電型（Ｎ^-型）のウエル領域１４を形成する。上記ウエル領域１４は、例えばイオン注入により形成することができる。上記第１導電型のウエル領域１４は後に形成される読み出し部から上記垂直電荷転送部の下部側に延長されて形成される。このウエル領域１４は、ウエル領域１４の後に形成される垂直電荷転送部側の端部が後に形成される読み出し部と垂直電荷転送部との境界部から垂直電荷転送部の中央部にかけての範囲にあるように形成される。

次に、図１８（６）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の所定位置にＰ⁺型領域からなるチャネルストップ領域５１を形成する。このチャネルストップ領域５１はイオン注入により形成することができる。

次に、図１９（７）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の所定位置に上記チャネルストップ領域５１に隣接して、垂直電荷転送部が形成される領域にＰ型領域からなる第２ウエル領域４３を形成する。この第２ウエル領域４３はイオン注入により形成することができる。

次に、図１９（８）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の所定位置に上記チャネルストップ領域５１に隣接して、Ｎ型領域からなる垂直電荷転送部４１のＮ型領域４２を形成する。この垂直電荷転送部４１のＮ型領域４２はイオン注入により形成することができる。

次に、図２０（９）に示すように、上記エピタキシャル層１２上の垂直電荷転送部４１上および読み出し部３１となる領域上に、絶縁膜（図示せず）を介して電極（転送電極と読み出し電極）６１を形成する。この電極６１は、チャネルストップ領域５１上にオーバーラップするように形成されてもよい。上記電極形成は、例えば、エピタキシャル層１２表面に絶縁膜を形成した後、電極形成膜としてポリシリコン膜を成膜する。その後、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術によりポリシリコン膜を転送電極６１にパターニングして形成することができる。

次に、図２１（１０）に示すように、上記エピタキシャル層１２表層の上記読み出し部３１に隣接して、フォトセンサ２１のＮ型領域２２を形成する。このフォトセンサ２１のＮ型領域２２はイオン注入により形成することができる。

次に、図２２（１１）に示すように、上記フォトセンサ２１のＮ型領域２２表層にＰ⁺型領域からなるホール蓄積層２３を形成する。このホール蓄積層２３はイオン注入により形成することができる。

次に、図２３（１２）に示すように、全面に光透過性を有する層間絶縁膜（図示せず）を形成した後、全面に遮光膜６２を形成する。その後、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術により上記遮光膜６２をエッチング加工して、上記フォトセンサ２１上に開口部６３を形成する。このようにして、固体撮像素子２が形成される。

上記固体撮像素子２の製造方法では、前記実施例１の製造方法で説明した固体撮像素子１の製造方法と同様なる作用、効果を得ることができる。

また、上記第１実施例の固体撮像素子の製造方法において、上記第２実施例の固体撮像素子の製造方法で示される第１導電型（Ｎ型）の不純物領域１６を形成することもできる。

次に、本発明の画像撮影装置に係る一実施例を、図２４のブロック図によって説明する。

画像撮影装置１０１は、固体撮像素子１１１を備えている。この固体撮像素子１１１の集光側には像を結像させる結像光学系１２１が備えられ、また、固体撮像素子１１１には、それを駆動する駆動回路１３１が接続されている。そして固体撮像素子１１１で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路１４１が接続されている。上記信号処理回路１４１によって処理された画像信号は画像記憶部１５１によって記憶される。このような画像撮影装置１０１において、上記固体撮像素子１１１には、前記実施例１および実施例２で説明した固体撮像素子１および固体撮像素子２のうちのいずれかを用いることができる。

本発明の画像撮影装置１０１は、本発明の固体撮像素子１もしくは固体撮像素子２を撮像素子に用いているため、混色がないので色再現性に優れた画像を得ることができ、しかも高感度な画像を得ることができるという利点がある。

なお、本発明の画像撮影装置１０１は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像素子を用いる画像撮影装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。

本発明の固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置は、電子スチルカメラ、カムコーダー等の電子撮影装置に適用できる。

本発明の固体撮像素子に係る第１実施例を示した図３中のＸ−Ｘ’線断面における概略構成断面図である。本発明の固体撮像素子に係る第１実施例を示した図３中のＹ−Ｙ’線断面における概略構成断面図である。本発明の固体撮像素子に係る第１実施例を示した平面レイアウト図である。図１中のＡ−Ａ’線におけるポテンシャルグラフである。図１中Ｂ−Ｂ’線およびＣ−Ｃ’線におけるポテンシャルグラフである。図２中Ｄ−Ｄ’線におけるポテンシャルグラフである。本発明の固体撮像素子に係る第２実施例を示した図３中のＸ−Ｘ’線断面における概略構成断面図である。本発明の固体撮像素子に係る第２実施例を示した図３中のＹ−Ｙ’線断面における概略構成断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の固体撮像素子の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。本発明の画像撮影装置に係る一実施例を示した概略構成ブロック図である。

符号の説明

１，２…固体撮像素子、１１…基板、１２…エピタキシャル層、１３…第１ウエル領域、１４…第１導電型のウエル領域、２１…フォトセンサ、３１…読み出し部、４１…垂直電荷転送部

Claims

第１導電型の基板と、
前記基板上に形成された第１導電型とは逆の第２導電型のエピタキシャル層と、
前記基板と前記エピタキシャル層の間に形成された前記エピタキシャル層よりも高濃度の第２導電型のウエル領域とが形成され、
前記エピタキシャル層にフォトセンサ、読み出し部、垂直電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、
前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に当該フォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域が形成されていると共に、前記垂直電荷転送部の下部領域が当該第１導電型のウエル領域で占められないように、当該第１導電型のウエル領域が前記読み出し部から当該垂直電荷転送部の下部側に延長されて形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
前記フォトセンサと前記第１導電型のウエル領域との間に第２導電型の領域が存在する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記第２導電型の領域は前記エピタキシャル層からなる
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
前記第１導電型のウエル領域の端部は前記読み出し部と前記垂直電荷転送部との境界部から前記垂直電荷転送部の中央部にかけての範囲にある
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか記載の固体撮像素子。
前記第２導電型のウエル領域は、前記フォトセンサ下部の領域よりも前記垂直電荷転送部下部の領域のほうが高濃度に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか記載の固体撮像素子。
前記フォトセンサの下部側において、前記フォトセンサ下部の前記第２導電型のウエル領域表面からの深さと同じ位置、もしくはそれよりも深い位置に第１導電型の不純物領域が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか記載の固体撮像素子。
第１導電型の基板と、
前記基板上に形成された第１導電型とは逆の第２導電型のエピタキシャル層と、
前記基板と前記エピタキシャル層の間に形成された前記エピタキシャル層よりも高濃度の第２導電型のウエル領域とが形成され、
前記エピタキシャル層にフォトセンサ、読み出し部、垂直電荷転送部が形成された固体撮像素子の製造方法であって、
前記エピタキシャル層中の前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に当該フォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域を形成すると共に、前記垂直電荷転送部の下部領域が当該第１導電型のウエル領域で占められないように前記読み出し部から当該垂直電荷転送部の下部側に当該第１導電型のウエル領域を延長して形成する工程
を備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
前記フォトセンサと前記第１導電型のウエル領域との間に第２導電型の領域を存在させる
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
前記第２導電型の領域を前記エピタキシャル層で形成する
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の製造方法。
前記第１導電型のウエル領域の端部を前記読み出し部と前記垂直電荷転送部との境界部から前記垂直電荷転送部の中央部にかけての範囲に形成する
ことを特徴とする請求項７〜９の何れか記載の固体撮像素子の製造方法。
前記フォトセンサ下部の前記第２導電型のウエル領域よりも前記垂直電荷転送部下部の前記第２導電型のウエル領域の方を高濃度に形成する
ことを特徴とする請求項７〜１０の何れか記載の固体撮像素子の製造方法。
前記フォトセンサの下部側において、前記フォトセンサ下部の前記第２導電型のウエル領域表面からの深さと同じ位置、もしくはそれよりも深い位置に第１導電型の不純物領域を形成する
ことを特徴とする請求項７〜１１の何れか記載の固体撮像素子の製造方法。
固体撮像素子を撮像素子に用いた画像撮影装置において、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の基板と、
前記基板上に形成された第１導電型とは逆の第２導電型のエピタキシャル層と、
前記基板と前記エピタキシャル層の間に形成された前記エピタキシャル層よりも高濃度の第２導電型のウエル領域とが形成され、
前記エピタキシャル層にフォトセンサ、読み出し部、垂直電荷転送部が形成された固体撮像素子であって、
前記フォトセンサと前記第２導電型のウエル領域との間に当該フォトセンサと離間して第１導電型のウエル領域が形成されていると共に、前記垂直電荷転送部の下部領域が当該第１導電型のウエル領域で占められないように、当該第１導電型のウエル領域が前記読み出し部から当該垂直電荷転送部の下部側に延長されて形成されている
ことを特徴とする画像撮影装置。