JP5164370B2

JP5164370B2 - 撮像装置の製造方法

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Publication number: JP5164370B2
Application number: JP2006336369A
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Inventors: 俊明小野
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Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2026-12-13
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Description

本発明は、撮像装置の製造方法に関する。

従来より、ＣＭＯＳプロセスにより形成された撮像装置が提案されている。

ＣＭＯＳプロセスにより形成された撮像装置が用いられる撮像機器（例えば、デジタルスチルカメラ）では、コンパクト化及び多画素化が要求されている。それに伴い、撮像装置（例えば、ＣＭＯＳセンサ）の面積の低減が要求されている。それに対して、増幅素子や制御素子が複数の光電変換素子に共通に設けられる画素ユニットを含む撮像装置がある。この撮像装置では、感度の低下を抑えることができ、飽和電荷量の減少を抑えることができ、面積を低減することができる。このような撮像装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１では電荷保持部（フローティングディフュージョン領域）を複数の光電変換素子に共通に設けている。
特開２００５−１６７９５８号公報

しかしながら、特許文献１においては、光電変換素子、光電変換素子の電荷を電荷保持部に転送する転送ゲート、電荷保持部の配置関係に関しては、検討の余地があった。

たとえば、１つの電荷保持部を第１光電変換部及び第２光電変換部で共通化した場合には、その配置関係によっては、光電変換部を形成するための製造工程が多くなることが考えられる。

また、１つの電荷保持部を共通化する第１光電変換部が形成される工程と、第２光電変換部が形成される工程とを別々にしなくてはならなくなる場合も考えられる。これにより、例えば、第１光電変換部が形成される際のＮ型のイオンの注入角度と、第２光電変換部が形成される際のＮ型のイオンの注入角度とが異なることがある。このような場合、第１転送ゲートに対する第１光電変換部のもぐりこみ量と、第２転送ゲートに対する第２光電変換部のもぐりこみ量との差が大きくなる傾向にある。これにより、第１光電変換部と第２光電変換部との特性のずれが大きくなる傾向にある。これにより、良好な画像が得られなくなるおそれがある。

なお、「もぐりこみ量」とは、半導体基板の表面に垂直な方向から透視した場合、第１光電変換部と第１転送ゲートとが重複している部分における第１転送ゲートの長手方向と垂直な方向の幅を平均したものである。あるいは、第２光電変換部と第２転送ゲートとが重複している部分における第２転送ゲートの長手方向と垂直な方向の幅を平均したものである。

よって、このような課題を鑑みて、本発明の目的は、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる撮像装置と撮像装置の製造方法とを提供することにある。

本発明は、第１画素ユニットおよび第２画素ユニットを含み、前記第１画素ユニットが、第１光電変換部と、第２光電変換部と、第１電荷保持部と、前記第１光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部へ転送する第１転送ゲートと、前記第２光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部へ転送する第２転送ゲートとを含み、前記第２画素ユニットが、第３光電変換部と、第４光電変換部と、第２電荷保持部と、前記第３光電変換部に蓄積された電荷を前記第２電荷保持部へ転送する第３転送ゲートと、前記第４光電変換部に蓄積された電荷を前記第２電荷保持部へ転送する第４転送ゲートとを含む撮像装置の製造方法であって、前記第１転送ゲートおよび前記第２転送ゲートは、前記第１光電変換部の重心及び前記第２光電変換部の重心を通る第１線に対して斜め方向に延びていて、前記第３転送ゲートおよび前記第４転送ゲートは、前記第１線に平行で前記第３光電変換部の重心及び前記第４光電変換部の重心を通る第２線に対して斜め方向に延びていて、前記第１画素ユニットおよび前記第２画素ユニットは、前記第１光電変換部に前記第３光電変換部が隣接し、前記第２光電変換部に前記第４光電変換部が隣接するように、前記第１線および前記第２線が並んだ方向に並んでいて、前記第１画素ユニットに含まれる前記第１または第２光電変換部と前記第２画素ユニットに含まれる前記第３または第４光電変換部との間に増幅素子が配置され、前記製造方法は、前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートが形成されるゲート形成工程と、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部における第１導電型の領域を形成すべき領域に対して前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートをそれぞれマスクの一部として第１導電型のイオンが斜め方向に同時に注入される第１注入工程と、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部における第２導電型の領域を形成すべき領域に対して前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートをそれぞれマスクの一部として第２導電型のイオンが斜め方向に同時に注入される第２注入工程と、を含み、前記第１注入工程は、前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートの下に第１導電型のイオンが注入されるように、前記方向に傾斜した注入角度で実施される、ことを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像装置の製造方法は、第１光電変換部と、第２光電変換部と、電荷保持部と、前記第１光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第１転送ゲートと、前記第２光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第２転送ゲートとを含む撮像装置の製造方法であって、前記第１転送ゲート及び前記第２転送ゲートが形成されるゲート形成工程と、前記第１転送ゲート及び前記第２転送ゲートをマスクの一部として第１導電型のイオンが注入されて、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部における第１導電型の領域が形成される第１注入工程と、前記第１転送ゲート及び前記第２転送ゲートをマスクの一部として第２導電型のイオンが注入されて、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部における第２導電型の領域が形成される第２注入工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の第３側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面又は第２側面に係る撮像装置と、前記撮像装置へ光を結像する光学系と、前記撮像装置からの出力信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る撮像装置では、第１光電変換部が形成される工程と第２光電変換部が形成される工程とを共通化することができる。これにより、例えば工程数を低減することができ、複数の光電変換素子の特性のずれを抑制できる。このため、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる。

本発明に係る撮像装置の製造方法では、第１光電変換部が形成される工程と第２光電変換部が形成される工程とが共通化される。これにより、例えば工程数を低減することができ、複数の光電変換素子の特性のずれを抑制できる。このため、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる。

＜本発明の好適な第１実施形態に係る撮像装置＞
本発明の好適な第１実施形態に係る撮像装置について、図１〜図９を参照して説明する。図１は、撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例を示す。画素ユニットは、２画素が共通化されている。図２は、図１のＢ−Ｂ’断面図である。図３は、図１のＣ−Ｃ’断面図である。図４〜図９は、撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。

（撮像装置の構成）
撮像装置１００は、図１に示すように、主として、半導体基板５、第１光電変換部１１０、第２光電変換部１２０、第１転送ゲート１３０、第２転送ゲート１４０、電荷保持部１５０、増幅素子（増幅部）６０及び制御素子７０を備える。

半導体基板５は、略板形状であり、シリコンなどの半導体で形成されている。

第１光電変換部１１０は、半導体基板５に設けられている。第１光電変換部１１０は、矩形の角がかけた５角形状をしている。第１光電変換部１１０は、主として、第１蓄積領域１１１及び第１保護領域１１２を含む（図２参照）。第１蓄積領域１１１は、その一部が第１転送ゲート１３０の下方まで潜り込むように形成されている。第１保護領域１１２は、第１転送ゲート１３０と隔離されて形成されている。第１蓄積領域１１１と第１保護領域１１２との間の空乏層に照射された光は、信号用の電荷に変換される。その電荷（光電荷）は、第１蓄積領域１１１に蓄積される。一方、第１保護領域１１２は、第１蓄積領域１１１が（半導体基板５の）表面に露出することを抑制し、ノイズ電荷が信号電荷に混入することを低減する。

第２光電変換部１２０は、半導体基板５に設けられている。第２光電変換部１２０は、矩形の角がかけた５角形状をしている。第２光電変換部１２０は、主として、第２蓄積領域１２１及び第２保護領域１２２を含む（図２参照）。第２蓄積領域１２１は、その一部が第２転送ゲート１４０の下方まで潜り込むように形成されている。第２保護領域１２２は、第２転送ゲート１４０と隔離されて形成されている。第２蓄積領域１２１と第２保護領域１２２との間の空乏層に照射された光は、信号用の電荷に変換される。その電荷は、第２蓄積領域１２１に蓄積される。一方、第２保護領域１２２は、第２蓄積領域１２１が（半導体基板５の）表面に露出することを抑制し、ノイズ電荷が信号電荷に混入することを低減する。

ここで、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０の配列方向は、中心線ＣＡ１０１に沿った方向になる。

第１転送ゲート１３０は、半導体基板５の上であって第１光電変換部１１０と電荷保持部１５０との間において、その重心（図示せず）が中心線ＣＡ１０１から外れた箇所に位置している。第１転送ゲート１３０は、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０の間の素子分離膜３ａから遠ざかるにしたがって中心線ＣＡ１０１から離れるように延びている。中心線ＣＡ１０１は、第１光電変換部１１０の重心ＡＣ１０１と第２光電変換部１２０の重心ＡＣ１０２とを結ぶ線である。第１転送ゲート１３０が延びている方向に沿う延長線は、中心線ＣＡ１０１と交差している。第１転送ゲート１３０は、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０の配列方向に対して、斜めの方向に延びている。第１転送ゲート１３０が延びている方向と中心線ＣＡ１０１とのなす角度は、例えば、４５度である。

なお、「転送ゲート」とは、典型的なＭＯＳトランジスタのゲート電極を意味している。例えば、第１転送ゲート１３０に対して、第１光電変換部１１０がソース又はドレインとなり、電荷保持部１５０がドレイン又はソースとなって、ＭＯＳトランジスタとして機能する。

第２転送ゲート１４０は、半導体基板５の上であって第２光電変換部１２０と電荷保持部１５０との間において、その重心（図示せず）が中心線ＣＡ１０１から外れた箇所に位置している。第２転送ゲート１４０は、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０の間の素子分離膜３ａから遠ざかるにしたがって中心線ＣＡ１０１から離れるように延びている。中心線ＣＡ１０１は、第１光電変換部１１０の重心ＡＣ１０１と第２光電変換部１２０の重心ＡＣ１０２とを結ぶ線である。第２転送ゲート１４０が延びている方向に沿う延長線は、中心線ＣＡ１０１と交差している。また、第２転送ゲート１４０が延びている方向に沿う延長線は、中心線ＣＡ１０１の付近において、第１転送ゲート１３０が延びている方向に沿う延長線とも交差している。第２転送ゲート１４０は、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０の配列方向に対して、斜めの方向に延びている。第２転送ゲート１４０が延びている方向と中心線ＣＡ１０１とのなす角度は、例えば、４５度である。

なお、「転送ゲート」とは、典型的なＭＯＳトランジスタのゲート電極を意味している。例えば、第２転送ゲート１４０に対して、第２光電変換部１２０がソース又はドレインとなり、電荷保持部１５０がドレイン又はソースとなって、ＭＯＳトランジスタとして機能する。

電荷保持部１５０は、半導体基板５において、第１転送ゲート１３０と第２転送ゲート１４０との間を、その重心（図示せず）が中心線ＣＡ１０１から外れた箇所に位置している。電荷保持部１５０は、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０の配列方向に対して、第１転送ゲート１３０及び前記第２転送ゲート１４０と同じ側に位置している。電荷保持部１５０は、半導体基板５において、第１転送ゲート１３０と第２転送ゲート１４０との間を、中心線ＣＡ１０１と平行に延びるように形成されている。電荷保持部１５０は、例えばフローティングディフュージョンである。電荷保持部１５０は、第１光電変換部１１０に蓄積された電荷を、第１転送ゲート１３０を介して第１光電変換部１１０から受け取り一時的に保持する。あるいは、電荷保持部１５０は、第２光電変換部１２０に蓄積された電荷を、第２転送ゲート１４０を介して第２光電変換部１２０から受け取り一時的に保持する。すなわち、電荷保持部１５０は、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０のいずれかに蓄積された電荷を一時的に保持する。

増幅素子６０は、図示しない配線により電荷保持部１５０に接続されている。これにより、電荷保持部１５０に保持された電荷による信号を増幅して読み出す。増幅素子６０は、電荷保持部１５０の近くに配置されることが好ましい。

制御素子７０は、図示しない配線により電荷保持部１５０に接続されている。これにより、電荷保持部１５０に保持された電荷をリセットする。制御素子７０は、電荷保持部１５０の近くに配置されることが好ましい。

以上のような構成により、第１光電変換部１１０が形成される工程と第２光電変換部１２０が形成される工程とを共通化することができる。すなわち、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０において、第１蓄積領域１１１と第２蓄積領域１２１とを同時に形成することができる。また、第１保護領域１１２と第２保護領域１２２とを同時に形成することができる。これにより、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０を形成するための工程数を低減することができ、第１光電変換部１１０と第２光電変換部１２０との特性のずれを抑制することができる。このため、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる。

（撮像装置の製造方法）
撮像装置の製造方法を、図２、図３の断面図及び図４〜図９の工程断面図を用いて説明する。

ゲート形成工程では、図４及び図５に示すように、半導体基板５の上に、第１転送ゲート１３０及び第２転送ゲート１４０のパターンが形成される。

第１注入工程では、図４に示すように、第１転送ゲート１３０及びレジストＲ１０１のパターンを介して、第１光電変換部１１０の重心ＡＣ１０１の上方から第１転送ゲート１３０の下方へ向かう方向（図１参照）へ、Ｎ型のイオン（第１イオン）が注入される。それと同時に、図５に示すように、第２転送ゲート１４０及びレジストＲ１０１のパターンを介して、重心ＡＣ１０２の上方から第２転送ゲート１４０の下方へ向かう方向（図１参照）へ、Ｎ型（第１導電型）のイオン（第１イオン）が注入される。これらにより、第１蓄積領域１１１と第２蓄積領域１２１とが同時に形成される。そして、レジストＲ１０１は除去される。

第２注入工程では、図６に示すように、第１転送ゲート１３０及びレジストＲ１０３のパターンを介して、第１転送ゲート１３０の上方から第１光電変換部１１０の重心ＡＣ１０１へ向かう方向（図１参照）へ、Ｐ型のイオン（第２イオン）が注入される。それと同時に、図７に示すように、第２転送ゲート１４０及びレジストＲ１０３のパターンを介して、第２転送ゲート１４０の上方から第２光電変換部１２０の重心ＡＣ１０２へ向かう方向（図１参照）へ、Ｐ型（第２導電型）のイオン（第２イオン）が注入される。これらにより、第１保護領域１１２と第２保護領域１２２とが同時に形成される。そして、レジストＲ１０３は除去される。

次の工程では、図８，図９に示すように、第１転送ゲート１３０、第２転送ゲート１４０及びレジストＲ１０５のパターンを介して、Ｎ型のイオン（第１イオン）が注入される。これにより、電荷保持部１５０が形成される。そして、レジストＲ１０５は除去され、図２，図３に示すような構造が得られる。

以上のように、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０を形成するために、レジストＲ１０１，Ｒ１０３，Ｒ１０５を形成するために３つのマスクで十分であり、３回のイオン注入で十分である。すなわち、本発明の課題における撮像装置の製造方法（５つのマスク、５回の注入工程）に比べて、工程数が低減されている。これにより、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０を形成するための製造コストが低減されている。

また、第１光電変換部１１０が形成される工程と、第２光電変換部１２０が形成される工程とが共通化されている。これにより、例えば、第１光電変換部１１０が形成される際のＮ型のイオンの注入角度と、第２光電変換部１２０が形成される際のＮ型のイオンの注入角度とは略同一になる。また、例えば、第１光電変換部１１０が形成される際のＰ型のイオンの注入角度と、第２光電変換部１２０が形成される際のＰ型のイオンの注入角度とは略同一になる。このような場合、第１転送ゲート１３０に対する第１光電変換部１１０のもぐりこみ量ＯＬ１０１と、第２転送ゲート１４０に対する第２光電変換部１２０のもぐりこみ量ＯＬ１０２との差が小さくなる傾向にある（図２、図３参照）。これにより、第１光電変換部１１０と第２光電変換部１２０との特性のずれが小さくなる傾向にある。このため、良好な画像信号が得られるようになる。

なお、「もぐりこみ量」とは、半導体基板５の表面に垂直な方向から透視した場合、第１光電変換部１１０と第１転送ゲート１３０とが重複している部分における第１転送ゲート１３０の長手方向と垂直な方向の幅を平均したものである。あるいは、第２光電変換部１２０と第２転送ゲート１４０とが重複している部分における第２転送ゲート１４０の長手方向と垂直な方向の幅を平均したものである。

（変形例）
撮像装置において、画素ユニットは、２画素が共通化されたものである代わりに、３以上の画素が共通化されたものであっても良い。この場合、撮像装置の面積はさらに低減される。

＜撮像装置の応用＞
本発明の撮像装置の応用として、撮像システムに適用した場合を示す。

撮像システム９０は、図１０に示すように、主として、光学系、撮像装置１００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。

シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。

撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置１００へ被写体の像を結像させる。

絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像装置１００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像装置１００へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置１００は、結像された被写体の像を画像信号に変換する。

撮像信号処理回路９５は、撮像装置１００に接続されており、撮像装置１００から出力された画像信号（出力信号）を処理する。

Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。

画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。

メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。

外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。

タイミング発生部９８は、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。

記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。

以上の構成により、撮像装置１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

＜本発明の好適な第２実施形態に係る撮像装置＞
本発明の好適な第２実施形態に係る撮像装置について、図１１，図１２を参照して説明する。図１１は、撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例を示す。図１２は、図１１のＤ−Ｄ’断面図である。以下では、第１実施形態に係る撮像装置と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。なお、図１１、図１２には、後述の第３実施形態との比較のために隣接する画素ユニットのレイアウト構成も同時に示されている。

撮像装置３００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、増幅素子６０の代わりに増幅素子３６０を備え、制御素子７０の代わりに制御素子３７０を備える。

増幅素子３６０は、半導体基板５において、第１光電変換部１１０と第２光電変換部１２０との間に位置している。制御素子３７０は、半導体基板５において、第１光電変換部１１０と第２光電変換部１２０との間に位置している。これらにより、撮像装置２００の全体の面積がさらに低減されている。

なお、このような撮像装置３００によっても、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる。

また、１つの画素ユニットの第１光電変換部１１０と、隣接する画素ユニットの第１光電変換部１１０との間隔は、図１２に示されるように、Ｌ１である。このＬ１は、素子分離膜３や電荷保持部１５０の設計寸法により決められる。

＜本発明の好適な第３実施形態に係る撮像装置＞
本発明の好適な第３実施形態に係る撮像装置について、図１３〜図１８を参照して説明する。図１３は、撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例を示す。図１４は、図１３のＥ−Ｅ’断面図である。図１５は、もぐりこみ量を説明するための図である。図１６〜図１８は、撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。以下では、第２実施形態に係る撮像装置と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。なお、図１３、図１４には、第２実施形態との比較のために隣接する画素ユニットのレイアウト構成も同時に示されている。

撮像装置４００は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるが、増幅素子３６０の代わりに増幅素子４６０を備え、制御素子３７０の代わりに制御素子４７０を備える。

増幅素子４６０は、半導体基板５において、第１光電変換部１１０と、隣接する画素ユニットの第１光電変換部１１０との間に位置している。制御素子４７０は、半導体基板５において、第２光電変換部１２０と、隣接する画素ユニットの第２光電変換部１２０との間に位置している。これらにより、１つの画素ユニットの第１光電変換部１１０と、隣接する画素ユニットの第１光電変換部１１０との間隔は、図１４に示されるように、Ｌ２になる。このＬ２は、Ｌ１（図１２参照）よりも大きな長さである。これにより、もぐりこみ量を確保するためイオン注入の注入角度を大きくした場合でも、第１光電変換部１１０及び第２光電変換部１２０のシャドウイングが防がれる。

（もぐりこみ量について）
もぐりこみ量について、図１５を参照して説明する。図１５（ａ）は、第１光電変換部２１０と第１転送ゲート２３０との拡大平面図である。図１５（ｂ）は、第３実施形態における第１光電変換部１１０と第１転送ゲート１３０との拡大平面図である。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）において、白抜き矢印で示される方向であって半導体基板５の表面の垂線に対して傾斜した方向からＮ型又はＰ型のイオンが注入される。まず、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）の場合においてイオン注入の注入角度（半導体基板５の垂線となす角度）が等しい場合を考える。

ここで、「もぐりこみ量」とは、半導体基板５の表面に垂直な方向から透視した場合、第１光電変換部２１０と第１転送ゲート２３０とが重複している部分における第１転送ゲート２３０の長手方向と垂直な方向の幅を平均したものである。例えば、図１５（ａ）の場合、第１光電変換部２１０と第１転送ゲート２３０とが重複している部分が一点鎖線で示されている。もぐりこみ量ＯＬ２０１が点線で示されている。

あるいは、「もぐりこみ量」とは、半導体基板５の表面に垂直な方向から透視した場合、第１光電変換部１１０と第１転送ゲート１３０とが重複している部分における第１転送ゲート１３０の長手方向と垂直な方向の幅を平均したものである。図１５（ｂ）の場合、第１光電変換部１１０と第１転送ゲート１３０とが重複している部分が一点鎖線で示されている。もぐりこみ量ＯＬ４０１ａが点線で示されている。

このとき、一点鎖線で示される部分における白抜き矢印で示される方向の幅ＯＬ２０１，ＯＬ４０１ａ１は互いに等しい。すなわち、
ＯＬ４０１ａ１＝ＯＬ２０１（１）
である。ここで、幅ＯＬ２０１は、図１５（ａ）におけるもぐりこみ量にもなっている。一方、図１５（ｂ）において、第１転送ゲート１３０が延びている方向と中心線ＣＡ１０１（図１参照）とのなす角度が４５度である場合、幅ＯＬ４０１ａ１ともぐりこみ量ＯＬ４０１ａとは次の関係にある。すなわち、
ＯＬ４０１ａ＝ＯＬ４０１ａ１×ｓｉｎ４５°
≒ＯＬ４０１ａ１×０．７１（２）
式（１）、（２）より、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）におけるもぐりこみ量は次の関係になる。

ＯＬ４０１ａ≒ＯＬ２０１×０．７１（３）
すなわち、図１５（ａ）の場合に比べて図１５（ｂ）の場合の方が、もぐりこみ量が小さくなる傾向にある。

次に、図１５（ａ）の場合の注入角度はそのままで、図１５（ｂ）の場合の注入角度を大きくした場合を考える。

ここで、例えば、図１５（ｂ）の場合、第１光電変換部１１０と第１転送ゲート１３０とが重複している部分が二点鎖線で示されている。もぐりこみ量ＯＬ４０１ｂが点線で示されている。白抜き矢印で示される方向の幅ＯＬ４０１ｂ１が
ＯＬ４０１ｂ１＝ＯＬ４０１ａ１×１．４１（４）
を満たすように、注入角度が大きくされているとする。このとき、式（２）と同様に、次の式が成立する。

ＯＬ４０１ｂ＝ＯＬ４０１ｂ１×ｓｉｎ４５°
≒ＯＬ４０１ｂ１×０．７１（５）
式（１）、（４）、（５）により、もぐりこみ量ＯＬ４０１ｂは、
ＯＬ４０１ｂ≒ＯＬ２０１×０．７１×１．４１
≒ＯＬ２０１（５）
となる。すなわち、図１５（ｂ）の場合には、図１５（ａ）の場合と同等のもぐりこみ量を確保するために注入角度を大きくする必要がある。

（シャドウイングについて）
シャドウイングについて、図１６〜図１８を参照して説明する。例えば、イオン注入により第１蓄積領域１１１を形成する際には、第１光電変換部１１０の重心の上方から第１転送ゲート１３０の下方へ向かう方向へＮ型のイオン（第１イオン）が注入される。このとき、シャドウイング領域ＳＲ１には、活性領域であるにも関わらず、レジストＲ４０１の陰となりＮ型のイオンが注入されないことがある。特に、イオン注入の注入角度を大きくした場合に、この傾向が顕著になる。この場合、第１蓄積領域１１１の面積が十分に確保されにくい。

このとき、図１６におけるレジストＲ４０１の長さＲＬ１の部分を、図１７に示すように、レジストＲ４０２の長さＲＬ２の部分に置き換えることが考えられる。この場合、シャドウイング領域ＳＲ１にもＮ型のイオンが注入されて、第１蓄積領域１１１の面積が十分に確保される。しかしながら、デザインルール上の制約や露光装置の制約などにより、長さＲＬ１の部分を長さＲＬ２の部分に置き換えることが困難なことがある。

一方、第３実施形態では、第１光電変換部１１０と、隣接する画素ユニットの第１光電変換部１１０との間に増幅素子４６０が位置している。これにより、画素ユニット全体の面積を必要以上に増加させることなく、第１光電変換部１１０と、隣接する画素ユニットの第１光電変換部１１０との間隔Ｌ２がＬ１に比べて十分に確保されている（図１２、図１４参照）。このため、図１８に示すように、もぐりこみ量を確保するためにイオン注入の注入角度を大きくしたときに、レジストＲ４０３に長さＲＬ１の部分があっても、シャドウイング領域ＳＲ１にＮ型のイオンが注入される。これらの点で第２実施形態に係る撮像装置と異なる。

なお、以上のような撮像装置４００によっても、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる。

＜本発明の好適な第４実施形態に係る撮像装置＞
本発明の好適な第４実施形態に係る撮像装置について、図１９を参照して説明する。図１９は、撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例を示す。画素ユニットは、４画素が共通化されている。以下では、第１実施形態に係る撮像装置と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。

撮像装置５００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、次の点で第１実施形態と異なる。撮像装置５００は、１つの第１光電変換部１１０の代わりに２つの第１光電変換部（第１光電変換部、第３光電変換部）１１０ａ，１１０ｂを備える。撮像装置５００は、１つの第２光電変換部１２０の代わりに２つの第２光電変換部（第２光電変換部、第４光電変換部）１２０ａ，１２０ｂを備える。また、撮像装置５００は、１つの第１転送ゲート１３０の代わりに２つの第１転送ゲート１３０ａ，１３０ｂを備え、１つの第２転送ゲート１４０の代わりに２つの第２転送ゲート１４０ａ，１４０ｂを備える。撮像装置５００は、電荷保持部１５０の代わりに電荷保持部５５０を備え、増幅素子６０の代わりに増幅素子５６０を備え、制御素子７０の代わりに制御素子５７０を備える。

電荷保持部５５０は、２つの電荷保持部（第１保持領域、第２保持領域）１５０ａ，１５０ｂを備える。２つの電荷保持部１５０ａ，１５０ｂは、導電線５５３で接続されている。増幅素子５６０及び制御素子５７０は、電荷保持部５５０の（特に導電線５５３の）近くに配置されている。これにより、増幅素子５６０や制御素子５７０が、２つの第１光電変換部１１０ａ，１１０ｂ及び２つの第２光電変換部１２０ａ，１２０ｂに共通の素子として形成されているので、撮像装置５００全体の面積をさらに低減することができる。

なお、以上のような撮像装置５００によっても、例えば製造コストを抑制することができ、良好な画像信号を得ることができる。

本発明の好適な第１実施形態に係る撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例。図１のＢ−Ｂ’断面図。図１のＣ−Ｃ’断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置が応用された撮像システムを示す構成図。本発明の好適な第２実施形態に係る撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例。図１１のＤ−Ｄ’断面図。本発明の好適な第３実施形態に係る撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例。図１３のＥ−Ｅ’断面図。もぐりこみ量を説明する図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。撮像装置の製造方法を示す工程断面図。本発明の好適な第４実施形態に係る撮像装置における画素ユニットのレイアウト構成例。

符号の説明

１，１００，２００，３００，４００，５００撮像装置
１０，１１０，１１０ａ等，２１０第１光電変換部
２０，１２０，１２０ａ等，２２０第２光電変換部
３０，１３０，１３０ａ等，２３０第１転送ゲート
４０，１４０，１４０ａ等，２４０第２転送ゲート
５０，１５０，１５０ａ等，２５０，５５０電荷保持部
６０，３６０，４６０，５６０増幅素子
７０，３７０，４７０，５７０制御素子

Claims

第１画素ユニットおよび第２画素ユニットを含み、前記第１画素ユニットが、第１光電変換部と、第２光電変換部と、第１電荷保持部と、前記第１光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部へ転送する第１転送ゲートと、前記第２光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部へ転送する第２転送ゲートとを含み、前記第２画素ユニットが、第３光電変換部と、第４光電変換部と、第２電荷保持部と、前記第３光電変換部に蓄積された電荷を前記第２電荷保持部へ転送する第３転送ゲートと、前記第４光電変換部に蓄積された電荷を前記第２電荷保持部へ転送する第４転送ゲートとを含む撮像装置の製造方法であって、
前記第１転送ゲートおよび前記第２転送ゲートは、前記第１光電変換部の重心及び前記第２光電変換部の重心を通る第１線に対して斜め方向に延びていて、
前記第３転送ゲートおよび前記第４転送ゲートは、前記第１線に平行で前記第３光電変換部の重心及び前記第４光電変換部の重心を通る第２線に対して斜め方向に延びていて、
前記第１画素ユニットおよび前記第２画素ユニットは、前記第１光電変換部に前記第３光電変換部が隣接し、前記第２光電変換部に前記第４光電変換部が隣接するように、前記第１線および前記第２線が並んだ方向に並んでいて、
前記第１画素ユニットに含まれる前記第１または第２光電変換部と前記第２画素ユニットに含まれる前記第３または第４光電変換部との間に増幅素子が配置され、
前記製造方法は、
前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートが形成されるゲート形成工程と、
前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部における第１導電型の領域を形成すべき領域に対して前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートをそれぞれマスクの一部として第１導電型のイオンが斜め方向に同時に注入される第１注入工程と、
前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部における第２導電型の領域を形成すべき領域に対して前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートをそれぞれマスクの一部として第２導電型のイオンが斜め方向に同時に注入される第２注入工程と、を含み、
前記第１注入工程は、前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートの下に第１導電型のイオンが注入されるように、前記方向に傾斜した注入角度で実施される、
ことを特徴とする撮像装置の製造方法。
前記第２注入工程は、前記第１転送ゲートの前記第１光電変換部の側の側面付近、前記第２転送ゲートの前記第２光電変換部の側の側面付近、前記第３転送ゲートの前記第３光電変換部の側の側面付近、前記第４転送ゲートの前記第４光電変換部の側の側面付近にそれぞれ前記第１転送ゲート、前記第２転送ゲート、前記第３転送ゲート及び前記第４転送ゲートの陰ができる注入角度で実施される、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の製造方法。